2 导体的电阻（培优教学课件）物理人教版2019必修第三册

第2节 导体的电阻 第十一章 电路及其应用 人教版（2019）必修第一册 导入新课 为了减小输电线上电能的损耗，人们尽量把输电线做得粗一点，这是因为导体的电阻与导体的长度、横截面积有关。 那么，它们之间的定量关系是怎样的呢？ 物理观念 1. 物质观念：认识导体的电阻是导体本身的固有属性，与材料、长度、横截面积及温度等物质特性相关。 2. 运动与相互作用观：理解自由电子在导体中定向移动时，与晶格离子碰撞是形成电阻的微观机制。 科学思维 1. 模型建构：通过建立“电阻定律”数学模型（R=ρL/S），定量描述电阻与影响因素的关系。 2. 科学推理：从实验数据归纳电阻与长度、横截面积的正比/反比关系，推导电阻定律。 学习目标 科学探究 1. 探究能力：设计控制变量法实验，探究导体电阻与材料、长度、横截面积的关系。 2. 创新意识：尝试改进实验装置（如用不同材料导线），提高数据测量精度。 学习目标 科学态度 与责任 1. 严谨态度：重视实验数据的客观性，理解误差分析对结论的影响。 2. 应用责任：认识电阻在电路中的作用，体会其在电子设备设计中的实际意义。 重点难点 重点 1. 电阻定律的理解与应用，包括公式R=ρL/S中各物理量的含义及单位。 2. 控制变量法在探究电阻影响因素实验中的具体操作。 难点 1. 电阻率的物理意义，及其与材料、温度的关系，区分电阻与电阻率的概念差异。 1. 电阻 2. 影响导体电阻的因素 3. 导体的伏安特性曲线 4.课堂总结 4. 练习与应用 5. 提升训练 学习内容 第2节 导体的电阻 一、电源 第2节 导体的电阻 一、电阻 选取一个导体，研究导体两端的电压随导体中的电流的变化情况。 V A S R 一、电阻 实验数据：换用不同的导体，重复上述实验，记录数据。 通过导体的电流 I/A 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 导体A两端的电压 U/V 0 0.90 1.80 2.60 3.5 4.6 导体B两端的电压 U/V 0 0.63 1.25 1.87 2.49 3.00 一、电阻 作出两个金属导体的U-I图像。 B A I/A U/V 思考：图像反映哪些信息？ 1.金属导体的U-I图像是一条过原点的直线。 2.同一个导体，不管电流、电压怎样变化，电压跟电流之比都是一个常量。 3.不同导体，相同电压，比值()大的导体，电流小。 反映了导体对电流的阻碍作用 电阻 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.63 1.25 1.87 2.49 3 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.9 1.8 2.6 3.5 4.6 一、电阻 导体两端的电压U与通过导体的电流I的比值 3.定义式： 4.单位： 1.物理意义： 2.定义： 国际单位制中 欧姆（Ω） 反映导体对电流的阻碍作用 (R只与导体本身性质有关) 欧姆定律 一、电阻 【总结提升】 欧姆定律I=、电阻定义式R=的比较   欧姆定律I= 电阻的定义式R= 内容 或 意义 在电路中，通过导体的电流I与导体两端的电压U成正比，与导体的电阻R成反比 这是电阻的基本定义式，是比值法定义的物理量，但R与电压U和电流I无关 一、电阻 【总结提升】 欧姆定律I=、电阻定义式R=的比较   欧姆定律I= 电阻的定义式R= 适用 范围 欧姆定律适用于纯电阻电路，即线性元件(如金属导体、电解质溶液)在恒定温度下的情况。对于非线性元件(如气态导体、半导体元件)或温度变化较大的情况，欧姆定律可能不适用 适用于所有导体(不适用于电动机、电解槽等非纯电阻电路) 应用 场景 常用于计算电路中的电流，尤其是在已知电压和电阻的情况下 常用于测量或计算电阻值，尤其是在已知电压和电流的情况下 一、电阻 【例1】(多选)小强在探究定值电阻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.当通过该电阻电流为零时，定值电阻的阻值应为零 一、电阻 【解析】由欧姆定律得R== Ω=4 Ω，该电阻的阻值为4 Ω，A正确； 由于该电阻的阻值不变，则仅将电压升高到30 V， 通过该电阻的电流应为I1== A=7.5 A，B错误； 如果仅将电阻换为阻值为10 Ω的定值电阻， 由欧姆定律得I'== A=2 A，C正确； 定值电阻的阻值是一定的，与通过电阻的电流大小无关，D错误。 故选A、C。 二、影响导体电阻的因素 第2节 导体的电阻 二、影响导体电阻的因素 电阻R与导体本身的哪些因素有关呢？ 1.实验装置：如图所示，a、b、c、d是四条不同的金属导体。 导体b、c、d在长度、横截面积、材料三个因素方面， 分别只有一个因素与导体a不同。 2.实验原理 (1)四个不同的导体串联，电流相同，因此，电阻之比等于相应的电压之比。 (2)用控制变量法，探究导体的电阻与长度、横截面积、材料的关系。 V V V V a b c d 二、影响导体电阻的因素 二、影响导体电阻的因素 3.探究过程及结论： 下表所示为四个串联导体的各方面因素关系及导体两端的电压关系。 三个因素及电压 不同导体 长度 横截面积 材料 电压 a l S 铁 U b 2l S 铁 2U c l 2S 铁 d l S 镍铜合金 5U 二、影响导体电阻的因素 (1)对比导体a和b说明什么？ 答案　导体电阻和长度成正比 三个因素及电压 不同导体 长度 横截面积 材料 电压 a l S 铁 U b 2l S 铁 2U c l 2S 铁 d l S 镍铜合金 5U 二、影响导体电阻的因素 (2)对比导体a和c说明什么？ 答案　导体电阻和横截面积成反比 三个因素及电压 不同导体 长度 横截面积 材料 电压 a l S 铁 U b 2l S 铁 2U c l 2S 铁 d l S 镍铜合金 5U 二、影响导体电阻的因素 (3)对比导体a和d说明什么？ 答案　导体电阻和材料有关 三个因素及电压 不同导体 长度 横截面积 材料 电压 a l S 铁 U b 2l S 铁 2U c l 2S 铁 d l S 镍铜合金 5U 二、影响导体电阻的因素 1.电阻定律 (1)内容：同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比；导体电阻还与构成它的材料有关。 (2)表达式：R=ρ，此式为电阻的决定式，式中ρ是比例系数，ρ叫作这种材料的电阻率，单位为Ω·m。 二、影响导体电阻的因素 2.电阻率 (1)电阻率是反映导体导电性能的物理量，是导体材料本身的属性。 (2)电阻率与温度的关系及应用 ①金属的电阻率随温度的升高而增大，可用于制作电阻温度计。 ②大部分半导体的电阻率随温度的升高而减小，半导体的电阻率随温度的变化较大，可用于制作热敏电阻。 ③有些合金，如锰铜合金和镍铜合金，电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻。 ④一些金属在温度特别低时电阻可以降到零，这种现象叫作超导现象。 二、影响导体电阻的因素 3.R=与R=ρ的区别与联系 公式 区别、联系 R= R=ρ 区别 1 提供了一种测量电阻R的方法：只要测出U、I就可求出R 提供了一种测导体的电阻率ρ的方法：只要测出R、l、S就可求出ρ 2 适用于纯电阻元件 适用于粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液 二、影响导体电阻的因素 公式 区别、联系 R= R=ρ 联系 R=ρ是对R=的进一步说明，即导体的电阻与U和I无关，仅取决于导体本身的材料、长度和横截面积 二、影响导体电阻的因素 【例2】 (2024·杭州市高二期中)有一个长方体金属电阻，材料分布均匀，边长分别为a、b、c，且a>b>c。电流沿以下方向流过该金属电阻，其中电阻阻值最大的是 二、影响导体电阻的因素 【解析】根据电阻定律，选项中的阻值依次为RA=ρ，RB=ρ，RC=ρ，RD=ρ，由于a>b>c，则RC>RA=RD>RB，故选C。 二、影响导体电阻的因素 【例3】 (2024·安徽师范大学附属中学高二月考)现有两电阻R1和R2是材料、厚度相同的正方形导体板，但R1的尺寸比R2的尺寸大，下列说法中正确的是 A.按如图方式分别与电源串联，若用相同恒压电源， 则I1>I2 B.按如图方式分别与电源串联，若用相同恒压电源，则I1<I2 C.按如图方式分别与电源串联，若用相同恒压电源，则I1=I2 D.无论怎样接电源，正方形导体板电阻R1>R2 二、影响导体电阻的因素 【解析】根据题意，设正方形导体板的边长为a，厚度为d，按题图方式与电源串联，由电阻定律有R=ρ=ρ=ρ 可知，由于两电阻R1和R2是材料、厚度相同的正方形导体板，则R1=R2 若用相同恒压电源，由欧姆定律I=， 则有I1=I2，故选C。 二、影响导体电阻的因素 【例4】(2024·上海市高二期末)某同学将待测量的金属丝单层缠绕在底面半径为r的圆柱形铅笔上，测得N圈的电阻丝宽度为d，电阻丝的总电阻值为R，总长度为L，则该电阻丝的电阻率为 A. B. C. D. 【解析】N圈的电阻丝宽度为d，则电阻丝的直径为D=，电阻丝的横截面积为S=π()2，由电阻定律有R=ρ，解得ρ=，故选C。 二、影响导体电阻的因素 【总结提升】公式R=ρ的应用技巧 1.公式R=ρ中的l是沿电流方向的导体长度，S是垂直电流方向的横截面积。 2.一定几何形状的导体的电阻大小与接入电路的具体方式有关，在应用公式R=ρ求电阻时要注意导体长度和横截面积的确定。 三、导体的伏安特性曲线 第2节 导体的电阻 三、导体的伏安特性曲线 在实际应用中，常用横坐标表示电压U，纵坐标表示电流I，这样画出的I-U图像叫作导体的伏安特性曲线。 三、导体的伏安特性曲线 线性元件：伏安特性曲线是一条过原点的直线，即电流I与电压U成正比，具有这种伏安特性的电性元件叫线性元件(欧姆定律适用的元件) 如金属导体、电解质溶液。 三、导体的伏安特性曲线 非线性元件：伏安特性曲线不是过原点的直线，即电流与电压不成正比，这类电学元件叫非线性元件(欧姆定律不适用的元件)。 如气态导体(如日光灯管、霓虹灯管中的气体)和半导体元件。 三、导体的伏安特性曲线 I-U图像与U-I图像 图像 比较内容 I-U图像 U-I图像 坐标轴 横坐标表示电压U、纵坐标表示电流I 横坐标表示电流I、纵坐标表示电压U 斜率 图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体电阻的倒数 图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体的电阻 三、导体的伏安特性曲线 图像 比较内容 I-U图像 U-I图像 线性元件图线的形状  R1>R2 R1<R2 非线性元件图线的形状 电阻随U的增大而增大，R1>R2 电阻随I的增大而减小，R2>R1 三、导体的伏安特性曲线 【例5】(多选)(2024·广州市高二期末)图中的实线分别是电阻a、b的伏安特性曲线，虚线c是b(U=1 V)的切线，a、c相互平行，下列说法正确的是 A.U=1 V时，b的电阻为5 Ω B.U=1 V时，a、b的电阻相等 C.b的电阻随电压的升高而增大 D.U=3 V时，a、b的电阻相等 三、导体的伏安特性曲线 【解析】根据I-U图像可知，电阻a的阻值保持不变，大小为Ra== Ω=5 Ω，根据电阻b的伏安特性曲线可知，曲线上的点与原点连线的斜率逐渐减小，而连线斜率为k==，可知b的电阻随电压的升高而增大，U=1 V时，b的电阻为Rb== Ω=2.5 Ω<Ra=5 Ω，故A、B错误，C正确； U=3 V时，b的电阻为Rb'== Ω=5 Ω，此时Ra=Rb'=5 Ω，故D正确。 四、课堂总结 第2节 导体的电阻 四、课堂总结 导体的电阻 电阻的定义式 电阻的决定式 伏安特性曲线 电阻率ρ= 物理意义 应用 五、练习与应用 第2节 导体的电阻 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 六、提升训练 第2节 导体的电阻 六、提升训练 六、提升训练 六、提升训练 六、提升训练 六、提升训练 $$