11.2 导体的电阻 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十一章 电路及其应用 第2节 导体的电阻 02 03 01 主题(二) 电阻R的决定因素 主题(一) 电阻 第2节 导体的电阻 目录 CONTENTS 主题(三) 电阻率 04 主题(四) 伏安特性曲线 电流强度由电压和导体对电流的阻碍共同决定。 怎么描述导体对电流的阻碍大小呢？ U/I越大说明导体对电流的阻碍作用越强。 < 新课引入：电流强度的大小是由什么因素决定的？ a A b A Ib= 1A Ia= 2A Ua=2V Ub=6V 一、电阻(resistance) 1.定义： 导体两端U和I的比值 2.定义式：R= 3.单位： 欧姆(Ω) 常用 : 千欧（kΩ）兆欧（MΩ） 1kΩ= 1MΩ= 103Ω 106Ω 4.标矢性： 标量 5.物理意义： 反映导体对 I 的阻碍大小 注意： R与U和I无关， a Ua=2V A 由导体本身决定 I 思考：导体的电阻R由什么因素决定呢？ 1.猜想: 材料、粗细、长度等　 控制变量法 2.实验探究: 3.实验方案: 控制的不变量有 、 。 材料　 粗细 　 ②研究电阻与粗细的关系 控制的不变量有 、 。 材料　 长度 　 ③探究电阻与材料的关系。 控制的不变量有 、 。 长度　粗细 二、实验：导体电阻R的决定因素 a 和b : 长度L不同,横截面积S,材料相同 a 和c ：横截面积S不同，长度L、材料相同 a 和d ：材料不同，长度L、横截面积S相同 a b c d ①探究电阻与长度的关系。 1.猜想: 材料、粗细、长度等　 控制变量法 2.实验探究: a b c d a V b c d V ①探究电阻与长度的关系。 ②研究电阻与粗细的关系 3.实验方案: 二、实验：导体电阻R的决定因素 1.猜想: 材料、粗细、长度等　 控制变量法 2.实验探究: 3.实验方案: a b c d a V b c d ①探究电阻与长度的关系。 ②研究电阻与粗细的关系 V ③探究电阻与材料的关系。 二、实验：导体电阻R的决定因素 1.猜想: 材料、粗细、长度等　 控制变量法 2.实验探究: 3.实验方案: a b c d a V b c d ①探究电阻与长度的关系。 ②研究电阻与粗细的关系 V ③探究电阻与材料的关系。 4.实验结论: ③不同材料,R不同 二、实验：导体电阻R的决定因素 ①R∝L ②R∝ 5.决定式：R= 【典例1】两根完全相同的金属导线A和B，如果把其中的一根导线A均匀拉长到原来的2倍，把另一根导线B对折后绞合起来，则它们的电阻之比为多少（ ） A.2:1 B.4:1 C.8:1 D.16:1 D R= 反应材料对电流的阻碍作用。 三、电阻率(resistivity) 1.定义 : 材料本身对电流阻碍的本领大小。 2.定义式 := 3.单位： 欧·米 (Ω·m) 注意： ①电阻率由材料本身及温度决定 数值上等于单位长度、单位横截面构成元件的电阻。 R= 实验现象：用酒精灯给灯丝加热，发现小灯泡变暗 实验结论：温度升高，灯丝的电阻率变大了 几种金属材料在20℃时的电阻率 材料 电阻率(Ω m) 材料 电阻率(Ω m) 银 1.6×10-8 铂 1.0×10-7 铜 1.7×10-8 铁 1.0×10-7 铝 2.9×10-8 汞 9.6×10-7 钨 5.3×10-8 锰铜合金 4.4×10-7 其导电性能由外界条件控制，如改变温度,光照,掺入微量杂质等。 三、电阻率(resistivity) 1.定义 : 材料本身对电流阻碍的本领大小。 2.定义式 := 3.单位： 欧·米 (Ω·m) 注意: ①电阻率由材料本身及温度决定 ③导体的随温度升高而增大 ④半导体的随温度升高而减小 ⑤某些合金几乎不随温度变化, ⑥超导现象: 当温度降低到一定程度时,电阻消失。 纯金属比合金的小 思考：导体的电阻率随温度降低而减小，那一直降低导体的温度会怎么样？ ②<10–6Ω·m的叫导体, >105Ω·m的叫绝缘体。 介于导体和绝缘体之间的叫半导体, 1911年，荷兰莱顿大学的卡末林—昂内斯(1853~1926)意外地发现，将汞冷却到零下268.98℃时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林—昂内斯称之为超导态。卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。 海克·卡末林·昂内斯(1853~1926)，荷兰物理学家， 超导现象 1987年，华裔美国籍科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继研制出钇—钡—铜—氧系材料，超导转变温度提高到90 K （－183.15 ℃） 超导现象 三、电阻率(resistivity) 1.定义 : 材料本身对电流阻碍的本领大小。 2.定义式 := 3.单位： 欧·米 (Ω·m) 4.应用： ①制作标准电阻 有些合金，电阻率几乎不受温度变化的影响 ②制作金属温度计 金属的电阻率随温度的升高而增大 电阻R 电阻率ρ 描述对象 物理意义 决定因素 单位 联系与区别 欧姆·米(Ω·m) 欧姆(Ω) 由材料、温度决定，与导体形状无关 由材料、温度和导体形状决定 反映材料导电性能的好坏，ρ大，导电性能差 反映导体对电流阻碍作用的大小 材料（抽象概念） 导体（制成品） 电阻R与电阻率ρ ρ大R不一定大，导体对电流的阻碍作用不一定大。 R大ρ不一定大，材料的导电性能不一定差。 R1 = R2 a h R1 电流方向 b R2 h 由此可知导体的电阻与表面积无关,只与导体的厚度有关。这样在制造电路元件时,可以将其表面积做得很小,而不增大电阻, 有利于电路元件的微型化。 思考：R1和R2是材料相同、厚度相同、表面为正方形的导体,但R2的尺寸比R1小很多。通过两导体的电流方向如图所示。这两个导体的电阻有什么关系?你认为这种关系对电路元件的微型化有什么意义? 思考：对于用钨丝制成的小灯泡，它的U随I怎么变？ 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 3.02.52.0 1.5 1.0 0.5 I U 0 灯泡 电压（V） 电流（A） ①只有一组数据，如何改变小灯泡的U和I呢？ 灯泡 电压（V） 电流（A） 思考：对于用钨丝制成的小灯泡，它的U随I怎么变？ 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 3.02.52.0 1.5 1.0 0.5 I U 0 ①只有一组数据，如何改变小灯泡的U和I呢？ ②滑片最开始滑到那端？ 灯泡 电压（V） 电流（A） 思考：对于用钨丝制成的小灯泡，它的U随I怎么变？ 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 3.02.52.0 1.5 1.0 0.5 I U 0 3.00 0.40 0.35 0.28 0.20 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 0.43 0.47 ③小灯泡的（U/I）在怎么变？ ①只有一组数据，如何改变小灯泡的U和I呢？ 增大? ④如何让小灯泡的U、I从零开始变化? ②滑片最开始滑到那端？ 思考：对于用钨丝制成的小灯泡，它的U随I怎么变？ ④如何让小灯泡的U、I从零开始变化? E S V A 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 3.02.52.0 1.5 1.0 0.5 I U 0 四、伏安特性曲线 元件电压U跟电流I的变化图. 1.定义: 2.种类: ①U-I图 I U 0 E S V A 合金1 R1 R2 哪个电阻大？ > 合金2 ②I-U图 ΔI ΔU U I 0 R1 R2 哪个电阻大？ < U ΔU ΔI 3.线性元件: 伏安特性曲线是直线的元件 ①线性元件I和U成正比， ΔI ΔU R I U R= = R1= I1 I2 U1 U2 I R1= ΔU ΔI = = =k =k R R= = 四、伏安特性曲线 I U 0 R1 U I 0 R1 U 3.线性元件: 伏安特性曲线是直线的元件 ①线性元件I和U成正比， ΔI ΔU R I U I1 U1 I ΔU ΔI R I= I= y=kx U=IR U=RI U-I图斜率k等于R， I-U斜率k等于1/R。 ②非线性元件R=U/I , R变 大 R变 小 U-I割线斜率等于R， I-U割线斜率等于1/R ΔI ΔU ΔU ΔI 四、伏安特性曲线 U I 0 R1 3.线性元件: 伏安特性曲线是直线的元件 ①线性元件I和U成正比， R U-I图斜率k等于R， I-U斜率k等于1/R。 ②非线性元件R=U/I , U-I割线斜率等于R， I-U割线斜率等于1/R ③金属或电解质溶液是线性元件(温度不变)。 同一温度下，金属导体或电解质溶液 气体导体或半导体元件 气体导体和半导体是非线性元件 欧姆(1787~1854年)德国物理学家。其研究主要是在1817~1827年 担任中学物理教师期间进行的。欧姆以金属为材质，研究了其电流跟电压的关系，从而得出了著名的“欧姆定律” 四、伏安特性曲线 4.欧姆定律: I跟U成正比，I跟R成反比。 I= y=kx I= 注意： ①只适用于金属、电解液等纯电阻。 ②欧姆定律是是在金属导电的基础上总结出来的，定律中的U、I必须是相对于同一个导体或同一段电路而言的，并且针对同一时刻的值。 气体导体、半导体及电动机、电解槽等电器元件不适用。 U I 0 R1 R 同一温度下，金属导体或电解质溶液 气体导体或半导体元件 ✬决定式: 【典例2】(多选)电阻R1、R2的伏安特性曲线如图所示，由图可知( 　 ) A．R1为线性元件，R2为非线性元件 B．R1的阻值为tan 45° Ω，即1 Ω C．R2的阻值随电压的增大而减小 D．当U＝1 V时，R2的阻值等于R1的阻值 AD 【典例3】 某一导体的伏安特性曲线如图中AB段(曲线)所示，关于导体的电阻，以下说法正确的是(　 ) A．对应于B点的电阻为12 Ω B．对应于B点的电阻为40 Ω C．工作状态从A变化到B时，导体 的电阻因温度的影响改变了1 Ω D．工作状态从A变化到B时，导体的电阻因温度的影响改变了9 Ω B 【典例4】北金属铂的电阻对温度的高低非常敏感，可用于制作电阻温度计。金属铂的电阻率随温度升高而增大。现有甲、乙两个U-I图像，其中一个为描述金属铂的图像，下列判断正确的是（　　） A．图甲应为铂的U-I图像， 且电压为U1时，电阻为U1/I1 B．图甲应为铂的U-I图像， 且电压为U1时，电阻为(U1-U2)/I1 C．图乙应为铂的U-I图像，且电压为U1时，电阻为U1/I1 D．图乙应为铂的U-I图像，且电压为U1时，电阻为U1/(I1-I2) C 四、伏安特性曲线 5.描绘元件伏安特性曲线: ①滑动变阻器接法: E S V A (1)分压法(三接) 可以调节元件U、I从零开始 (2)限流法(二接) 连接简单，耗电少 必选分压。 ②不同元件的图像: 四、伏安特性曲线 ②不同元件的图像: (1)小灯泡 不控制温度 控制温度 (2)二极管 理想二极管：正向电阻为零，反向电阻无穷大。 + 【典例4】(多选)稳压管是一种用硅材料制成的晶体二极管，广泛应用于稳压电源。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内，两端电压几乎不变，表现出稳压特性。图为某稳压二极管的图像。下列说法正确的是（　　） A．RA<RB B．RA>RB C．稳压管属于非线性元件 D．稳压管属于线性元件 BC 导体的电阻 电阻 伏安特性曲线 电阻率 课堂小结 电阻的决定因素 a V b c d V 决定式：R= = 电阻的决定式 【练习1】(多选)小强在探究定值电阻(该电阻的阻值不受温度的影响)两端电压和电流的关系，当在该电阻两端加U＝20 V的电压时，通过该电阻的电流为I＝5 A。下列说法正确的是(　 ) A．该电阻的阻值为4 Ω B．如果仅将电压升高到30 V，则通过的电流为6 A C．如果仅将该电阻换成阻值为10 Ω的定值电阻，则通过的电流应为2 A D．当该电阻两端不加电压时，定值电阻的阻值应为零 课堂练习 AC 【练习2】如图中R1和R2是两个材料相同、厚度相同、表面均为正方形的导体，但R2的尺寸远远小于R1的尺寸。通过两导体的电流方向如图所示，则关于这两个导体的电阻R1、R2大小关系的说法正确的是(　 ) A．R1＝R2　　　　　 B．R1<R2 C．R1>R2 D．无法确定 课堂练习 A 【练习3】对于常温下一根阻值为R的金属电阻丝，下列说法正确的是（　） A．常温下，若将电阻丝均匀拉长为原来的10倍，则电阻变为10R B．常温下，若将电阻丝从中点对折，电阻变为4R C．加在电阻丝上的电压从0逐渐加大到U，则在任意状态下的的值不变 D．若把温度降到绝对零度附近，电阻丝的电阻突然变为零，这种现象称为超导现象 D 课堂练习 【练习4】如图所示，P是一个表面均匀镀有很薄电热膜的长陶瓷管，其长度为L，直径为D，镀膜材料的电阻率为ρ，膜的厚度为d。管两端有导电金属箍M、N。现把它接入电路中，测得M、N两端电压为U，通过它的电流为I，则金属膜的电阻率的值为（　　） A．U/I B． C． D． C 课堂练习 【练习5】两段材料不同、横截面积相同的均匀导线a和b，其长度分别为2m和1m。串联在电路中时，沿长度方向电势变化如图所示，则a、b两种材料的电阻率之比为（    ） A．1:2 B．1:4 C．2:1 D．4:1 A 课堂练习 【练习6】(多选)如图所示为A、B、C三个通电导体的I-U关系图像。由图可知( 　 ) A．三个导体的电阻大小关系为RA>RB>RC B．三个导体的电阻大小关系为RA<RB<RC C．若在导体B两端加上10 V的电压， 通过导体B的电流是2.5 A D．若在导体B两端加上10 V的电压， 通过导体B的电流是40 A 课堂练习 BC 【练习7】如图所示，一块均匀的正六面体样品，长为a、宽为b、厚为c，若沿着AB方向测得的电阻为R，下列说法正确的是（　　） A．样品的电阻率为 B．沿CD方向的电阻为R C．若a=b，增加厚度c，则沿着AB方向的电阻不变 D．若a=b，减小厚度c，则沿着CD方向的电阻不变 A 课堂练习 谢 谢 观 看 $$