16.3 电阻 同步知识点对点讲义 2026-2027学年人教版 物理九年级全一册
2026-09-06
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摘要:
本讲义聚焦电阻这一核心知识点,系统阐述电阻的概念、单位及导体本身性质,通过实验探究材料、长度、横截面积和温度对电阻的影响,延伸半导体与超导现象,构建从基础概念到应用拓展的完整学习支架。
以生活中导线材料选择问题导入,运用控制变量法和转换法设计实验培养科学探究能力,结合中考真题强化应用,拓展内容融入我国超导研究成果渗透科学态度,课中辅助实验教学,课后助力知识巩固与查漏补缺。
内容正文:
第十六章 电压 电阻
第3节 电阻
· 导入
导线多是用铜或铝做的,特别重要的电气设备的导线还要用昂贵的银来做。铁也是导体,既多又便宜,为什么很少用它来做导线呢?
铜质导线
铝质导线
镀银音响线
图16.3-1不同材质的导线
答:铜、铝和铁都是导体,但它们的导电性能不同。我们通过研究不同材料的导电性来回答这个问题。
· 知识点对点
知识1 电阻☆
实验:探究导体对电流的阻碍作用
实验过程
将电池、电流表、小灯泡、开关和一小段细铁丝如图所示串联起来,观察电流表的示数和小灯泡的亮度。把细铁丝换成其他导体,例如铅笔芯,电流表的示数和小灯泡的亮度是否发生变化?
图16.3-2 用细铁丝连接电路
实验现象
(1)电池提供的电压是相同的,当电路中接入不同的导体时,电流表的示数通常不同。
(2)把细铁丝接入电路时,电流表的示数较大,小灯泡较亮;
(3)把铅笔芯接入电路时,电流表的示数较小,小灯泡较暗。
实验分析
(1)导体虽然容易导电,但对电流也有一定的阻碍作用。
(2)在相同的电压下,通过铁丝的电流较大,表明铁丝对电流的阻碍作用较小;
(3)通过铅笔芯的电流较小,表明铅笔芯对电流的阻碍作用较大。
实验结论
导体在导电的同时,对电流也有一定的阻碍作用,且不同导体对电流的阻碍作用大小不同。在物理学中,用电阻来表示导体的这种性质。
图16.3-3
项目
电阻
概念
物理学中用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。通常用符号“R”来表示。
单位
(1)在国际单位制中,电阻的单位是欧姆,简称欧,符号Ω。
(2)常用单位还有千欧(kΩ)、兆欧(MΩ)。
(3)换算关系:1kΩ=103Ω,1MΩ=103kΩ,1MΩ=106Ω。
理解
可从“阻碍作用”和“性质”两个角度分析。
(1)导体的电阻越大,表示导体对电流的阻碍作用越大。相同的电压下,导体对电流的阻碍作用(电阻)越大,电路中电流越小。而绝缘体之所以起绝缘作用,就是由于其电阻很大。
(2)导体的电阻是导体本身的一种性质,由自身情况决定。不管这个导体是否连入电路,是否有电流通过,也不管它两端的电压是否改变,导体对电流的阻碍作用(电阻)总是存在的。无电流通过时,这种阻碍作用仅仅是没有体现出来而已。
电阻器
经常用到具有一定电阻的元件—电阻器,也叫定值电阻,在电路图中的符号是“”
图16.3-4 常见的电阻器
其他电阻器
普通电阻
贴片电阻
热敏电阻
陶瓷电阻
压电电阻
线绕电阻
图16.3-5 其他电阻器
· 例题
考点:电阻的概念
1.(2025秋•鼎湖区校级月考)·【易】关于导体电阻,下列说法中正确的是( )
A.导体两端的电压越大,导体的电阻也越大
B.通过导体的电流越大,导体的电阻也越小
C.导体的电阻跟导体两端的电压和通过的电流都无关
D.导体的电阻只决定于导体的长度、横截面积和温度
【答案】C
【解答】解:A、因为电阻是导体的属性,只与长度、横截面积和材料有关;故A错误;
B、因为电阻是导体的属性,只与长度、横截面积和材料有关;故B错误;
C、电阻是导体的属性,只与长度、横截面积和材料有关;导体的电阻跟导体两端的电压和通过的电流都无关;故C正确;
D、导体的电阻除了与长度、横截面积和温度还与材料有关;故D错误。
故选:C。
考点:电阻的单位及换算
2.(2025秋•增城区期中)·【易】300mA= 0.3 A;30kV= 30000 V;6MΩ= 6×106 Ω。
【答案】0.3;30000;6×106。
【解答】解:
300mA=300×10﹣3A=0.3A;
30kV=30×103V=3×104V;
6MΩ=6×106Ω。
故答案为:0.3;30000;6×106。
考点:电阻是导体本身的一种性质
3.(2025秋•连州市期末)·【较易】关于导体的电阻的计算公式R,下列说法正确的是( )
A.电阻值等于导体两端的电压与通过导体的电流的比值
B.电阻跟电流成反比,电流越大,电阻越小
C.电阻跟电压成正比,电压越大,电阻越大
D.当电压为零时,导体的电阻也为零
【答案】A
【解答】解:A.电阻值可以通过测量该导体两端的电压和流经它的电流计算得出,等于导体两端的电压与通过导体的电流的比值,故A正确;
BCD.导体的电阻是其本身的一种固有属性,由导体的材料、长度、横截面积和温度决定,与导体两端的电压和通过的电流无关,当电压为零时,导体的电阻仍然存在,故BCD错误。
故选:A。
知识2 影响导体电阻大小的因素☆
实验:影响电阻大小的因素
提出问题
电阻的大小与哪些因素有关呢?
猜想与假设
(1)路越窄,车辆越难行—导体的横截面积越细,可能阻碍作用越大,电阻越大;
(2)道路越长,人走得越累—导体的长度越长,可能阻碍作用越大,电阻越大;
(3)不同道路通行效率不同,导体电阻可能与制作导体的材料(铁、铜)有关;
图16.3-6
实验器材
电源、规格不同(长度、横截面积不同)的镍铬合金丝、锰铜合金丝、电流表、导线、开关等。
实验方法
(1) 转换法:用电流表测量通过导体的电流,通过比较电流的大小来间接转换为电阻的大小。电流越大,则导体的电阻越小,电流越小,则导体的电阻越大。注意要保持导体两端的电压不变(用同一个电源)
(2)控制变量法:利用控制变量法探究每一个因素对电阻大小的影响。
探究导体的电阻与材料的关系。应该控制两根导体的长度、横截面积相等,材料不同,所以应该选择A、B。
探究导体的电阻与长度的关系。应该控制两根导体的材料、横截面积相等,长度不等,所以应该选择B、D。
探究导体的电阻与横截面积的关系。应该控制两根导体的材料、长度相等,横截面积不等。所以应该选择B、C。
图16.3-7
进行实验
把四段合金丝分别接入电路中,闭合开关,观察电流表的示数并记录。
图16.3-8
数据记录
次数
导线
长度
横截面积
电流/A
1
锰铜合金丝A
2l
S
0.50
2
镍铬合金丝B
2l
S
0.28
3
镍铬合金丝C
2l
2S
0.60
4
镍铬合金丝D
l
S
0.62
实验分析
(1)分析实验1与2可得出:长度与横截面积相同的锰铜合金丝和镍铬合金丝,通过它们的电流不同,说明导体的电阻与导体的材料有关。
(2)分析实验2与4可得出:材料和横截面积相同,长度不同的两根镍铬合金丝,长度越大,电流越小,说明导体的电阻与导体的长度有关。
(3)分析实验2与3可得出:材料和长度相同,粗细不同的两根镍铬合金丝,横截面积越大,电流越大,说明导体的电阻与导体的横截面积有关。
实验结论
导体的电阻与导体的材料、长度、横截面积等因素有关
资料
研究表明,材料不同,导电性能也不同。天然橡胶棒的电阻,大约是长度、横截面积相同铁棒的 2×1016倍!下图显示的是不同材料在导电性能上的排序,从下至上,材料的导电性能依次增强。
铜、铝、橡胶、陶瓷都是良好的电工材料。介于中间的锗、硅是常用的半导体材料。
铜的导电性能优于铁。对于长度、横截面积相同的铁丝和铜丝,铁丝的电阻是铜丝的近6倍,所以一般不用铁制作导线。
图16.3-9 不同材料的导电性能
实验:探究导体的电阻与导体的温度的关系
交流与讨论
物质的很多物理性质都受到温度的影响,如密度—导体的电阻可能也受温度的影响。
图16.3-10
实验猜想
那么导体的电阻可能与导体的温度有关。
实验操作
如图所示,闭合开关S小灯泡L正常发光。用酒精灯对日光灯丝加热。
实验现象
灯泡L明显变暗
实验分析
此时通过小灯泡的电流变小
实验结论
导体的电阻与温度有关
· 例题
考点:电阻大小与导线长度、横截面积、材料之间的关系
4.(2025秋•广东期中)·【较易】如图所示,分别将横截面积相同而长度不同的两条镍铬合金线AB和CD接入电路,通过较长的镍铬合金线电流较小,由此可见导体的电阻与( )
A.温度有关系
B.导体的材料有关系
C.导体的横截面积有关系
D.导体的长度有关系
【答案】D
【解答】解:根据题意可知,用横截面积相同而长度不同的两根镍铬合金线AB和CD.现分别将它们接入电路中,当闭合开关后,结果发现较长的镍铬合金线中的电流较小,这说明较长的镍铬合金线的电阻大,实验中,合金线的材料、横截面积、温度相同,长度不同,所以探究的是导体的电阻与长度的关系。
故选:D。
考点:探究影响电阻大小的因素
5.(2026•雷州市模拟)·【较难】小安同学猜想影响导体电阻大小的因素可能与导体的材料、长度和横截面积有关。为了验证以上猜想,设计了如图甲所示电路。(图中:金属丝长度为l,直径为d)
(1)连接电路时开关应处于 断开 状态;
(2)为了验证导体的电阻大小与材料是否有关,可选用 B、C 两根电阻丝进行实验;
(3)小安同学先后将A、B两根电阻丝接入图甲电路a、b间,目的是为了验证导体电阻与 横截面积的关系;
(4)该实验运用了科学实验方法: 控制变量法 (选填“控制变量法”或“类比法”);
(5)在研究导体的电阻与长度关系过程中,电流表突然损坏且没有电流表可替换,于是小安同学设计了图乙所示电路,其中R0为定值电阻。小安先将电阻丝C接入c、d间,读出电压表V1、V2示数分别为2V和0.4V,再换用电阻丝D接入c、d间,电压表V1、V2示数分别为1.8V和0.6V,则电阻丝C、D的电阻之比为 5:3 。小安另选取多组材料、横截面积相同,长度不同的电阻丝重复实验,均得到电阻丝的电阻之比等于电阻丝长度之比,表明当导体的材料、横截面积一定时,导体的电阻与导体的长度成正比。则电阻丝D的长度lD= 300 mm。
【答案】(1)断开;(2)B、C;(3)横截面积;(4)控制变量法;(5)5:3;300。
【解答】解;
(1)为了保护电路,防止连接过程中发生短路而损坏元件,连接电路时开关必须处于断开状态。
(2)验证电阻与材料的关系,根据控制变量法,要探究电阻与材料的关系,必须保持导体的长度和横截面积相同,改变材料。因此,应选用长度和横截面积相同,但材料不同的两根电阻丝B、C进行实验。
(3)A、B两根电阻丝材料、长度相同,横截面积不同。因此,将它们先后接入电路,目的是为了验证导体电阻与横截面积的关系。
(4)本实验中每次只改变一个因素(如材料、长度或横截面积),而保持其他因素不变,这种研究方法叫做控制变量法。
(5)在图乙的串联电路中,电流处处相等。根据欧姆定律 I,串联电路中各部分电阻两端的电压与其电阻成正比,即 。接入电阻丝C时:RC=R05R0,接入电阻丝D时:RD=R03R0。
因此,电阻丝C、D的电阻之比为:RC:RD=5R0:3R0=5:3。
根据题干结论“当导体的材料、横截面积一定时,导体的电阻与导体的长度成正比”,可知电阻丝C、D的长度之比也等于其电阻之比,即 lC:lD=5:3。原题在此处通常会给出电阻丝C的长度 lC。假设原题图甲或表格中标注的电阻丝C的长度为500mm,那么电阻丝D的长度计算如下:
lD=lC500mm300mm。
故答案为:(1)断开;(2)B、C;(3)横截面积;(4)控制变量法;(5)5:3;300。
考点:温度对导体电阻的影响
6.(2025秋•佛山期末)·【较易】如图所示,当开关闭合后,用酒精灯对导线加热,电流表的读数会变小,小灯泡变 暗 (选填“亮”或“暗”),这是因为该导线的电阻与 温度 有关,酒精灯对导线加热时,导线的电阻 变大 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
【答案】暗;温度;变大。
【解答】解:如图所示,当开关闭合后,用酒精灯对导线加热,电流表的读数会减小,则小灯泡亮度变暗,说明此时灯泡的电阻变大,因为酒精灯对导线加热时,导线温度升高,则说明导线的电阻跟温度有关。
故答案为:暗;温度;变大。
考点:探究导体的电阻与温度的关系
7.(2025秋•榕城区期中)·【中档】在“探究影响导体电阻大小的因素”时,小明和小丽两位同学做出了如下猜想:
①导体的电阻与导体的长度有关;
②导体的电阻与导体的横截面积有关;
③导体的电阻与导体的材料有关;
④导体的电阻与导体的温度有关。
他们选择了4根电阻丝,规格、材料如下表,同时他们设计了如图甲所示的实验电路。
编号
材料
长度/m
横截面积/mm2
A
镍铬合金
0.5
0.5
B
镍铬合金
1.0
0.5
C
镍铬合金
0.5
1.0
D
锰铜合金
0.5
0.5
(1)为了验证上述猜想①,应该选用编号为 A、B 两根电阻丝进行实验;如果选用编号为A、C两根电阻丝进行实验,是为了验证猜想 ② (填序号)。分别将A和D两电阻丝接入电路中M、N两点间时,电流表示数不相同,由此,初步得到的结论是:长度和横截面积相同时, 导体的电阻与导体的材料有关 ;
(2)小明和小丽从家带来了如图乙所示的小彩灯,其中有一只玻璃外壳破碎,他们留下玻璃芯和灯丝部分,再利用实验室的实验器材连接成如图丙所示电路,闭合开关,小灯泡微微发光,此时彩灯灯丝通过的电流 等于 (选填“大于”、“等于”或“小于”)小灯泡通过的电流。然后用点燃的酒精灯给彩灯灯丝加热,发现电流表示数变小,由此可知:灯丝温度升高,电阻 变大 (选填“变大”“变小”或“不变”)。过段时间,彩灯灯丝烧断,电流表示数将变为 0 A,用酒精灯给玻璃芯加热至红炽状态,电流表示数变大了,说明了玻璃加热后 能 (“能”或“不能”)导电。
【答案】(1)A、B;②;导体的电阻与导体的材料有关; (2)等于;变大;0;能。
【解答】解:(1)实验中,我们认为电阻丝的温度都相同,为了验证上述猜想①电阻与导体长度有关,保证导体的材料、横截面积相等,而长度不同,所以根据图表选择A、B两根电阻丝进行实验;
如果选用编号为A、C两根电阻丝进行实验,根据表格可知A、C的材料、长度相同,而横截面积不同,所以是验证②电阻与导体横截面积有关;
在一个串联电路中,电阻越大,电路中电流越小,所以分别将A和D两电阻丝接入电路中M、N两点间时,电流表示数大小不同,由此,初步得到的结论是:长度和横截面积相同时,导体的电阻与导体的材料有关。
(2)由图可知,小灯泡与彩灯串联,电流表测电路中电流,
所以闭合开关S,小灯泡微微发光,由串联电路中各处的电流相等可知,此时小灯珠中流过的电流等于彩灯灯丝中流过的电流;
用酒精灯加热彩灯灯丝至红炽状态,灯丝电阻变大,电源电压不变,由I可知,电流表的读数将变小,由此可知:灯丝温度升高,电阻变大;
若用酒精灯加热玻璃芯至红炽状态,玻璃芯变成导体,电流表的读数将变大,说明了玻璃加热后能导电。
故答案是:(1)A、B;②;导体的电阻与导体的材料有关; (2)等于;变大;0;能。
知识3 科学世界:半导体和超导现象☆(拓展)
项目
内容
半导体
(1)定义:有一些材料(如硅、锗)的导电性能介于导体和绝缘体之间,常常称做半导体。
(2)影响:温度、光照、杂质等外界因素对半导体的导电性能有很大影响。
(3)特点:二极管是由半导体材料制成的,具有单向导电性。
(4)应用:二极管、三极管。如果把很多二极管、三极管和电阻器、电容器等元件直接做在基片上,就可以制成集成电路。集成电路是20世纪最重要的发明之一,已经广泛应用于各行各业。电视机、计算机、手机以及其他数字电器中都有集成电路。
我国现已自主研制了北斗导航卫星上的一些芯片。没有半导体技术的进展,就没有我们今天的现代化生活。
图示
北斗导航卫星
上的一些芯片
北斗导航卫星
上的一些芯片
图16.3-2 芯片的应用
图16.3-2 北斗导航卫星上的一些芯片
超导现象
(1)定义:当温度降低到某个临界值时一些全属的电阻就变为零,这种现象叫作超导现象。电阻为零的材料称为超导材料,超导材料也称为超导体。
(2)特性:零电阻和完全抗磁性是超导体的基本特性。
(3)条件:出现超导现象的临界温度低于-250.15°C。
(4)超导现象应用与实际的好处:①能耗少;②尺寸小
(5)发展历程:金属和合金出现超导现象的临界温度低于-250.15°C。1986年,瑞士科学家在铜氧化物材料中发现35K(-238.15 °C)左右的超导现象。1987年,中国科学家赵忠贤和华裔美国籍科学家朱经武的团队各自独立发现临界温度超过90K(-183.15 °C)的钇-钡-铜-氧系材料。
2008年,继日本科学家发现26K铁基超导体之后,中国科学家将铁基超导体的临界温度提高到40K以上,直至55K的最高纪录,实现了高温超导研究领域的第二次突破。在高温超导研究领域,我国科学家作出了突破性的贡献,持续推动了国际高温超导研究的进展。
科学家还在不断探索,寻找具有更高临界温度的超导材料。
(6)应用:超导技术已经得到实际应用,如用于核磁共振成像、高能加速器、磁约束核聚变装置等的超导磁体,检测微弱电磁信号的超导量子干涉仪和移动通信基站的超导滤波器等。超导技术还应用于有色金属加工、污水处理、超导电缆、超导磁悬浮列车、超导量子计算等方面,未来将进一步造福人类。
图示
核磁共振成像
高能加速器
超导电缆
超导磁悬浮列车
图16.3-2 超导现象的应用
· 例题
考点:半导体的特点
8.(2025秋•番禺区期末)·【易】EUV极紫外光技术,是制造7nm及以下先进制程芯片的核心技术。芯片上集成了大量的二极管,制作二极管的主要材料是( )
A.超导材料 B.半导体材料
C.磁性材料 D.绝缘材料
【答案】B
【解答】解:芯片上集成了大量的二极管,制作二极管的主要材料是半导体,具有单向导电性。
故选:B。
考点:二极管
9.(2025秋•榕城区期末)·【较易】发光二极管是电子电路的重要元器件,电路符号为“”,它具有 单向 (填“单向”或“双向”)导电性。它是 半导体 (填“导体”或“半导体”),当开关闭合后,灯泡L2 不亮 (填“亮”或“不亮”)。
【答案】单向;半导体;不亮。
【解答】解:根据二极管的特性可知,发光二极管是由半导体材料制成的,在电路中,电流只能从二极管的正极流入,负极流出,即具有单向导电性。
图中开关S闭合后,上下两条支路的电流方向都是从左到右,由于L2支路上的发光二极管反接,电流不能通过,所以灯泡L2不亮。
故答案为:单向;半导体;不亮。
考点:压敏电阻
10.(2026春•同步)【较易】科学技术智能日新月异,智能手机普及化,智能手机的触摸屏方便了广大用户,深受客户的喜爱。手机触摸屏的核心元件是压敏电阻,这种元件的材料是( )
A.绝缘体 B.超导体 C.导体 D.半导体
【答案】D
【解答】解:手机触摸屏的核心元件是压敏电阻,这种元件的材料是半导体材料制成的,故D正确,ABC错误,
故选:D。
考点:热敏电阻
(多选)11.(2025秋•深圳期中)·【中档】学习了电学的我们发现生活中处处有物理,下列有关说法错误的是( )
A.红外测温仪内部的热敏电阻是超导体材料
B.铜、铝、陶瓷都是很好的导体
C.超市条形码识别仪的光敏二极管的主要制作材料是半导体
D.LED灯在发光时,导线中的自由电子在做定向运动
【答案】AB
【解答】解:A、红外测温仪内部的热敏电阻是半导体材料,故A错误。
B、陶瓷是绝缘体,故B错误。
C、超市条形码识别仪的光敏二极管的主要制作材料是半导体,故B正确。
D、LED灯在发光时,导线中的自由电子在做定向运动,故D正确。
故选:AB。
考点:光敏电阻
12.(2026•佛山模拟)·【易】现代生产生活中需要各种各样的材料,下列说法不正确的是( )
A.塑料是绝缘体用来制作电源插座的外壳
B.液态氢密度小用来作为火箭发动机的燃料
C.水的比热容较大用来冷却汽车发动机
D.有些半导体材料对光比较敏感,可以用来制造光敏电阻
【答案】B
【解答】解:A、塑料是很好的绝缘体,可用来制作电源插座的外壳,故A正确。
B、液态氢的热值大,可用来作为火箭发动机的燃料,故B不正确。
C、水的比热容较大用来冷却汽车发动机,故C正确。
D、有些半导体材料对光比较敏感,可以用来制造光敏电阻,故D正确。
故选:B。
考点:超导现象和超导材料
13.(2025秋•罗湖区校级期末)·【易】2025年诺贝尔物理学奖颁给约翰•克拉克、米歇尔•德沃雷特、约翰•马丁尼斯,他们利用超导体构建了电路,实现不同量子态之间的隧穿。下列不能用超导体材料制作的是( )
A.输电线 B.电动机线圈
C.电热丝 D.发电机线圈
【答案】C
【解答】解:A.输电线在输送电能时因为导线有一定的电阻,要有一部分电能转化为内能,如果输电线的电阻变成0,没有电阻就没有能量损耗,所以,可以用超导材料制作输电线,故A不符合题意;
B.电动机工作时,因为线圈存在电阻,会有一部分电能变成内能,电动机会发热,如果线圈没有电阻,线圈就不会发热,电动机也不会过热而烧坏,所以,可以用超导材料制作电动机线圈,故B不符合题意;
C.电热丝是利用电流的热效应工作的,如果电热丝阻值为零,它就不会发热了,所以不能用超导材料制作电热丝,故C符合题意;
D.发电机工作时,因为线圈有一定的阻值,线圈也会发热,如果线圈没有电阻,它就不会发热,线圈永远不会被烧坏,所以可以用超导材料制作发电机线圈,故D不符合题意。
故选:C。
考点:超导体在磁悬浮列车、超导输电的应用
14.(2025秋•梅州期末)·【较易】“护套线”是一种家用电线,由电线芯和塑料层组成(如图所示),电线芯用 铜 (选填“铁”或“铜”)作材料;家用空调所用导线的电阻较小,因此其电线芯 粗 (选填“粗”或“细”)一些;在电厂发电、输送电能等方面若能采用 超导 材料,可以大大降低电能损耗。
【答案】铜;粗;超导。
【解答】解:电线芯一般采用电阻率较小,导电性好的材料,铜的导电性好于铁,因此电线芯用铜作材料;
家用空调所用导线的电阻较小,在材料、长度不变的情况下,所以它所用电线的铜芯要粗一些;
超导体材料的电阻为零,用作传输电能的导线,可以大大降低电能损失。
故答案为:铜;粗;超导。
· 小结
· 16.3 电阻
· 一、电阻
· 1.概念:物理学中用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。通常用符号“R”来表示。
· 2.单位:
· (1)在国际单位制中,电阻的单位是欧姆,简称欧,符号Ω。
· (2)常用单位还有千欧(kΩ)、兆欧(MΩ)。
· (3)换算关系:1kΩ=103Ω,1MΩ=103kΩ,1MΩ=106Ω。
· 3.理解:
· (1)导体的电阻是导体本身的一种性质,由自身情况决定。
· (2)是否接入电路无关,与有无电流、电压无关。
· 4.电阻器:也叫定值电阻,在电路图中的符号是“”
· 二、影响导体电阻大小的因素
· 导体的电阻与导体的材料、长度、横截面积等因素有关
· 三、半导体:有一些材料(如硅、锗)的导电性能介于导体和绝缘体之间,常常称做半导体。
· 四、超导现象
· 1.定义:当温度降低到某个临界值时一些全属的电阻就变为零,这种现象叫作超导现象。电阻为零的材料称为超导材料,超导材料也称为超导体。
· 2.特性:零电阻和完全抗磁性是超导体的基本特性。
· 中考真题
考点:电阻大小与导线长度、横截面积、材料之间的关系
1.(2026•天津)·【较易】如图所示,从玻璃管内的盐水柱两端引出A、B两根导线,并将其接入电路。若进行以下四种操作:①将两端活塞向内推;②将两端活塞向外拉;③活塞不动,向管内注入相同浓度的盐水;④活塞不动,适量减少管内盐水。其中能使接入电路的盐水柱电阻变小的是( )
A.①和③ B.②和③ C.①和④ D.②和④
【答案】A
【解答】解:①活塞向内推,盐水柱的长度变短,横截面积变大,使电阻变小,故①符合要求。
②活塞向外拉,盐水柱的长度变长,横截面积变小,使电阻变大,故②不符合要求。
③活塞不动,盐水柱的长度不变,但注入盐水后横截面积变大,电阻变小,故③符合要求。
④活塞不动,盐水柱的长度不变,但减少盐水后横截面积变小,电阻变大,故④不符合要求。
故选:A。
考点:探究影响电阻大小的因素
2.(2026•辽宁)·【较易】某小组探究某款热敏电阻Rt的阻值随温度变化的规律,器材如下:恒压电源(12V)、电流表(0﹣0.6A)、电阻箱R(0﹣999.9Ω)、滑动变阻器(50Ω、1A)、恒温箱M,开关及若干导线。设计的电路图如图(a)所示。
(1)根据图(a)用笔画线代替导线,将图(b)的电路连接完整(导线不能交叉)。
(2)正确连接电路后,移动滑动变阻器的滑片P至最 左 端,将恒温箱的温度调节为10℃。只闭合开关S和S1,移动滑片P,使电流表示数为I;保持滑片P位置不变,只闭合开关S和S2,调节电阻箱,使电流表示数仍为I。此时电阻箱的四个旋钮的位置如图(c)所示,则Rt= 9.7 Ω。
(3)改变温度多次测量,将数据记录在下表中:
实验序号
1
2
3
4
5
6
7
温度t/℃
10
20
30
40
50
60
70
电阻Rt/Ω
10.0
10.3
11.7
12.9
15.3
18.7
当温度为80℃时,只闭合开关S和S1,电流表指针偏转不足一小格,无论怎样移动滑片P,指针几乎不动。经分析,这是Rt的阻值过 大 导致的。
由表中数据可知:Rt的阻值随温度升高而增大。
(4)该小组利用这个热敏电阻,恒压电源(12V)、电流表(0﹣0.6A)、电阻器R0(10Ω),设计了如图(d)所示的电路,该电路能够反映电流表示数与温度的对应关系。
①该电路能反映的最低温度为 20 ℃。
②若要反映更低的温度,只需将R0更换为阻值更 大 的电阻器。
【答案】(1);
(2)左;9.7;
(3)大;
(4)①20;②大。
【解答】解:
(1)根据电路图连接实物图,如图所示。
(2)为保护电路,闭合开关前,滑动变阻器滑片应移至阻值最大处,即最左端;根据等效替代法,电阻箱的示数即为热敏电阻的阻值,由图可知电阻箱读数为9.7Ω,则Rt=9.7Ω。
(3)当温度为80℃时,电流表指针偏转不足一小格,说明电路中电流过小,由欧姆定律可知,在电源电压不变时,这是Rt的阻值过大导致的。
(4)①电流表量程为0﹣0.6A,电路允许通过的最大电流Imax=0.6A,此时电路总电阻最小,Rt阻值最小,对应温度最低,电路最小总电阻,热敏电阻的最小阻值Rt,min=Rmin﹣R0=20Ω﹣10Ω=10Ω,由表格数据可知,当Rt=10.0Ω时,温度为20℃,故该电路能反映的最低温度为20℃;
②若要反映更低的温度,则Rt的阻值更小,为保证电路电流不超过0.6A,即总电阻不小于20Ω,需要增大R0的阻值,故只需将R0更换为阻值更大的电阻器。
故答案为:
(1);
(2)左;9.7;
(3)大;
(4)①20;②大。
考点:电阻的概念
3.(2025•内江)·【易】下列仪器中,能够直接测量导体电阻值的仪器是( )
A.电流表 B.电压表 C.电能表 D.多用电表
【答案】D
【解答】解:A、电流表是测量电路中电流的仪器,不能直接测量导体电阻值,故A错误;
B、电压表是测量电压的仪器,不能直接测量导体电阻值,故B错误;
C、电能表是测量用电器消耗电能(电功)的仪器,不能直接测量导体电阻值,故C错误;
D、多用电表可以直接测量电压、电流、电阻,故D正确。
故选:D。
考点:电阻是导体本身的一种性质
4.(2024•潍坊)·【较易】物理学的宗旨是发现自然现象背后的规律,使人们可以运用物理规律解决实际问题。根据所学物理学知识,下列表述正确的是( )
A.使用杠杆可以同时省力又省距离
B.物体不论温度高低都具有内能
C.选用精密的测量工具可以消除误差
D.导体的电阻跟它两端的电压成正比
【答案】B
【解答】解:A、由杠杆的平衡条件F1L1=F2L2可知,使用动力臂大于阻力臂的杠杆,可以省力,但费距离;既省力又省距离的杠杆是不存在的,故A错误;
B、一切物体不论温度高低都具有内能,故B正确;
C、认真测量、选用精密的测量工具,可以减小误差,但不能避免误差,故C错误;
D、电阻是导体本身的一种性质,与两端的电压和通过的电流无关,故D错误;
故选:B。
考点:探究导体的电阻与温度的关系
5.(2024•广元)·【较难】“天和”学习小组在实验室探究一个热敏电阻阻值随温度变化的关系,设计了如图甲所示的电路图,电源两端电压恒为12V,R0是定值电阻,R是热敏电阻,电流表的量程是0~0.6A,电压表的量程是0~15V。
(1)同学们按电路图连接实物后,闭合开关,发现电压表示数接近电源电压,电流表无示数,则故障可能是热敏电阻R处发生 断路 (选填“短路”或“断路”)。
(2)排除故障后,闭合开关S,他们测量了该热敏电阻不同温度下的电阻值,并绘制成如图乙所示的图象。由图象可知,热敏电阻的阻值R随温度t增大而 减小 。(选填“增大”“不变”或“减小”)
(3)某次测量中,电压表示数如图丙所示,电流表示数为0.2A,则此时热敏电阻R的温度为 20 ℃。
(4)探究过程中,热敏电阻的温度变化范围为0~100℃,则电压表示数的变化范围为 11V﹣6V 。
【答案】(1)断路;(2)减小;(3)20;(4)11V﹣6V。
【解答】解:(1)闭合开关,电流表无示数,说明电路是断路,而电压表示数接近电源电压,电压表到电源是通路,则故障可能是热敏电阻R处发生断路。
(2)由图象可知,热敏电阻的阻值R随温度t增大而减小;
(3)某次测量中,电压表示数如图丙所示,电压表用的是0﹣15V量程,读数为10V;电流表示数为0.2A,根据欧姆定律知,热敏电阻R50Ω,根据图像知,温度为20℃。
(4)根据电源电压为12V,R0的电压为U0=U电源﹣U=12V﹣10V=2V;
则R0的电阻为R010Ω,
探究过程中,热敏电阻的温度变化范围为0~100℃,热敏电阻的阻值是110Ω﹣10Ω;
当R=110Ω时,I0.1A,
电压表示数U=IR=0.1A×110Ω=11V;
当R'=10Ω时,I'0.6A,
电压表示数U=IR=0.6A×10Ω=6V;
则电压表示数的变化范围11V﹣6V。
故答案为:(1)断路;(2)减小;(3)20;(4)11V﹣6V。
考点:半导体的特点
6.(2026•齐齐哈尔)·【较易】随着科技的发展,智能产品逐渐融入我们的生活。如图所示的智能手表可以显示时间、体温、心率等信息,方便监测身体状态。该手表的橡胶表带是 绝缘体 ,手表内集成电路中的二极管主要是由 半导体 材料制成的(两空均选填“导体”“半导体”或“绝缘体”)。
【答案】绝缘体;半导体。
【解答】解:不容易导电的物体叫绝缘体。橡胶,玻璃,塑料是常见的绝缘体。智能手表的橡胶表带是绝缘体,绝缘体不容易导电,而不是不可能带电;
半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间,具有一些特殊的物理性质。发光二极管、发光三极管主要由半导体材料制成的。
故答案为:绝缘体;半导体。
考点:热敏电阻
7.(2020•宜宾)·【易】下列图中,哪一种是非接触式测量温度的仪器( )
A.利用测定物体红外线辐射制作的“测温枪”
B.根据液体热胀冷缩原理制作的体温计
C.根据热电偶原理制作的热电偶温度计
D.利用热敏电阻制作的电子体温计
【答案】A
【解答】解:A.自然界中的一切物体都会向外辐射红外线,温度越高辐射的红外线越强,利用红外测量不需要直接接触,故A正确;
BCD中的温度计都需要直接接触才能进行准确测量,故BCD错误。
故选:A。
考点:超导现象和超导材料
8.(2024•淮安)·【较易】阅读短文,回答问题。
常温超导
1911年,荷兰物理学家昂内斯发现,水银的电阻率(表示单位长度单位横截面积的某种材料的电阻)并不像预料的那样随温度降低逐渐减小,而是当温度降到﹣269℃附近时,电阻率突然减小到无法测量,后来他又发现许多金属和合金都具有与水银相似的低温下失去电阻的特性,这种现象叫作超导现象。这种超导现象一直需要在超低温下才能观察到。
2020年10月14日,罗切斯特大学研究人员首次在高达15℃的温度下,观察到常温超导现象。但这次研究人员创造的常温超导材料,也存在严重的限制,他们观察到的超导现象,是在2670亿帕的压强下实现的,这是和地心处压强相当的超高压条件。
如果把超导材料应用于实际,会给人类带来很大的好处。在发电厂发电、输送电能等方面若能采用超导材料,就可以大大降低由于电阻引起的电能损耗。
(1)通过本文的描述,“电阻率”是描述材料 导电性能 (填“导电性能”或“导热性能”)的物理量。
(2)当温度降到﹣269℃时,水银的内能 不等于 (填“等于”或“不等于”)零。
(3)设想一下,如果“常温常压超导”进入工业化,请你列举一个应用实例: 导线(电动机线圈) 。
【答案】(1)导电性能;(2)不等于;(3)导线(电动机线圈)。
【解答】解:(1)电阻率是表征材料导电性能的物理量;
(2)一切物体在任何温度下都有内能,所以低温下水银的内能不等于零;
(3)根据焦耳定律Q=IRt可知,电阻为零时,电热为零,电能就不会转化为热白白的散失了。所以用超导材料传输电能可以减少热损耗。
故答案为:(1)导电性能;(2)不等于;(3)导线(电动机线圈)。
考点:超导体在磁悬浮列车、超导输电的应用
9.(2024•广西)·【较易】关于超导材料,下列说法正确的是( )
A.是绝缘体材料
B.是半导体材料
C.常温常压下电阻为零
D.用来输电可减少电能损耗
【答案】D
【解答】解:ABC、超导材料是在一定温度下电阻为零的材料,而半导体材料的导电性能介于导体和半导体之间,他们没有联系,故ABC错误;
D、用超导体做输电导线,可以减少由电能到内能的损耗,提高传输效率,故D正确。
故选:D。
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第十六章 电压 电阻
第3节 电阻
· 导入
导线多是用铜或铝做的,特别重要的电气设备的导线还要用昂贵的银来做。铁也是导体,既多又便宜,为什么很少用它来做导线呢?
铜质导线
铝质导线
镀银音响线
图16.3-1不同材质的导线
答:铜、铝和铁都是导体,但它们的导电性能不同。我们通过研究不同材料的导电性来回答这个问题。
· 知识点对点
知识1 电阻☆
实验:探究导体对电流的阻碍作用
实验过程
将电池、电流表、小灯泡、开关和一小段细铁丝如图所示串联起来,观察电流表的示数和小灯泡的亮度。把细铁丝换成其他导体,例如铅笔芯,电流表的示数和小灯泡的亮度是否发生变化?
图16.3-2 用细铁丝连接电路
实验现象
(1)电池提供的电压是相同的,当电路中接入不同的导体时,电流表的示数通常不同。
(2)把细铁丝接入电路时,电流表的示数较大,小灯泡较亮;
(3)把铅笔芯接入电路时,电流表的示数较小,小灯泡较暗。
实验分析
(1)导体虽然容易导电,但对电流也有一定的阻碍作用。
(2)在相同的电压下,通过铁丝的电流较大,表明铁丝对电流的阻碍作用较小;
(3)通过铅笔芯的电流较小,表明铅笔芯对电流的阻碍作用较大。
实验结论
导体在导电的同时,对电流也有一定的阻碍作用,且不同导体对电流的阻碍作用大小不同。在物理学中,用电阻来表示导体的这种性质。
图16.3-3
项目
电阻
概念
物理学中用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。通常用符号“R”来表示。
单位
(1)在国际单位制中,电阻的单位是欧姆,简称欧,符号Ω。
(2)常用单位还有千欧(kΩ)、兆欧(MΩ)。
(3)换算关系:1kΩ=103Ω,1MΩ=103kΩ,1MΩ=106Ω。
理解
可从“阻碍作用”和“性质”两个角度分析。
(1)导体的电阻越大,表示导体对电流的阻碍作用越大。相同的电压下,导体对电流的阻碍作用(电阻)越大,电路中电流越小。而绝缘体之所以起绝缘作用,就是由于其电阻很大。
(2)导体的电阻是导体本身的一种性质,由自身情况决定。不管这个导体是否连入电路,是否有电流通过,也不管它两端的电压是否改变,导体对电流的阻碍作用(电阻)总是存在的。无电流通过时,这种阻碍作用仅仅是没有体现出来而已。
电阻器
经常用到具有一定电阻的元件—电阻器,也叫定值电阻,在电路图中的符号是“”
图16.3-4 常见的电阻器
其他电阻器
普通电阻
贴片电阻
热敏电阻
陶瓷电阻
压电电阻
线绕电阻
图16.3-5 其他电阻器
· 例题
考点:电阻的概念
1.(2025秋•鼎湖区校级月考)·【易】关于导体电阻,下列说法中正确的是( )
A.导体两端的电压越大,导体的电阻也越大
B.通过导体的电流越大,导体的电阻也越小
C.导体的电阻跟导体两端的电压和通过的电流都无关
D.导体的电阻只决定于导体的长度、横截面积和温度
考点:电阻的单位及换算
2.(2025秋•增城区期中)·【易】300mA= A;30kV= V;6MΩ= Ω。
考点:电阻是导体本身的一种性质
3.(2025秋•连州市期末)·【较易】关于导体的电阻的计算公式R,下列说法正确的是( )
A.电阻值等于导体两端的电压与通过导体的电流的比值
B.电阻跟电流成反比,电流越大,电阻越小
C.电阻跟电压成正比,电压越大,电阻越大
D.当电压为零时,导体的电阻也为零
知识2 影响导体电阻大小的因素☆
实验:影响电阻大小的因素
提出问题
电阻的大小与哪些因素有关呢?
猜想与假设
(1)路越窄,车辆越难行—导体的横截面积越细,可能阻碍作用越大,电阻越大;
(2)道路越长,人走得越累—导体的长度越长,可能阻碍作用越大,电阻越大;
(3)不同道路通行效率不同,导体电阻可能与制作导体的材料(铁、铜)有关;
图16.3-6
实验器材
电源、规格不同(长度、横截面积不同)的镍铬合金丝、锰铜合金丝、电流表、导线、开关等。
实验方法
(1) 转换法:用电流表测量通过导体的电流,通过比较电流的大小来间接转换为电阻的大小。电流越大,则导体的电阻越小,电流越小,则导体的电阻越大。注意要保持导体两端的电压不变(用同一个电源)
(2)控制变量法:利用控制变量法探究每一个因素对电阻大小的影响。
探究导体的电阻与材料的关系。应该控制两根导体的长度、横截面积相等,材料不同,所以应该选择A、B。
探究导体的电阻与长度的关系。应该控制两根导体的材料、横截面积相等,长度不等,所以应该选择B、D。
探究导体的电阻与横截面积的关系。应该控制两根导体的材料、长度相等,横截面积不等。所以应该选择B、C。
图16.3-7
进行实验
把四段合金丝分别接入电路中,闭合开关,观察电流表的示数并记录。
图16.3-8
数据记录
次数
导线
长度
横截面积
电流/A
1
锰铜合金丝A
2l
S
0.50
2
镍铬合金丝B
2l
S
0.28
3
镍铬合金丝C
2l
2S
0.60
4
镍铬合金丝D
l
S
0.62
实验分析
(1)分析实验1与2可得出:长度与横截面积相同的锰铜合金丝和镍铬合金丝,通过它们的电流不同,说明导体的电阻与导体的材料有关。
(2)分析实验2与4可得出:材料和横截面积相同,长度不同的两根镍铬合金丝,长度越大,电流越小,说明导体的电阻与导体的长度有关。
(3)分析实验2与3可得出:材料和长度相同,粗细不同的两根镍铬合金丝,横截面积越大,电流越大,说明导体的电阻与导体的横截面积有关。
实验结论
导体的电阻与导体的材料、长度、横截面积等因素有关
资料
研究表明,材料不同,导电性能也不同。天然橡胶棒的电阻,大约是长度、横截面积相同铁棒的 2×1016倍!下图显示的是不同材料在导电性能上的排序,从下至上,材料的导电性能依次增强。
铜、铝、橡胶、陶瓷都是良好的电工材料。介于中间的锗、硅是常用的半导体材料。
铜的导电性能优于铁。对于长度、横截面积相同的铁丝和铜丝,铁丝的电阻是铜丝的近6倍,所以一般不用铁制作导线。
图16.3-9 不同材料的导电性能
实验:探究导体的电阻与导体的温度的关系
交流与讨论
物质的很多物理性质都受到温度的影响,如密度—导体的电阻可能也受温度的影响。
图16.3-10
实验猜想
那么导体的电阻可能与导体的温度有关。
实验操作
如图所示,闭合开关S小灯泡L正常发光。用酒精灯对日光灯丝加热。
实验现象
灯泡L明显变暗
实验分析
此时通过小灯泡的电流变小
实验结论
导体的电阻与温度有关
· 例题
考点:电阻大小与导线长度、横截面积、材料之间的关系
4.(2025秋•广东期中)·【较易】如图所示,分别将横截面积相同而长度不同的两条镍铬合金线AB和CD接入电路,通过较长的镍铬合金线电流较小,由此可见导体的电阻与( )
A.温度有关系
B.导体的材料有关系
C.导体的横截面积有关系
D.导体的长度有关系
考点:探究影响电阻大小的因素
5.(2026•雷州市模拟)·【较难】小安同学猜想影响导体电阻大小的因素可能与导体的材料、长度和横截面积有关。为了验证以上猜想,设计了如图甲所示电路。(图中:金属丝长度为l,直径为d)
(1)连接电路时开关应处于 状态;
(2)为了验证导体的电阻大小与材料是否有关,可选用 两根电阻丝进行实验;
(3)小安同学先后将A、B两根电阻丝接入图甲电路a、b间,目的是为了验证导体电阻与 的关系;
(4)该实验运用了科学实验方法: (选填“控制变量法”或“类比法”);
(5)在研究导体的电阻与长度关系过程中,电流表突然损坏且没有电流表可替换,于是小安同学设计了图乙所示电路,其中R0为定值电阻。小安先将电阻丝C接入c、d间,读出电压表V1、V2示数分别为2V和0.4V,再换用电阻丝D接入c、d间,电压表V1、V2示数分别为1.8V和0.6V,则电阻丝C、D的电阻之比为 。小安另选取多组材料、横截面积相同,长度不同的电阻丝重复实验,均得到电阻丝的电阻之比等于电阻丝长度之比,表明当导体的材料、横截面积一定时,导体的电阻与导体的长度成正比。则电阻丝D的长度
lD= mm。
考点:温度对导体电阻的影响
6.(2025秋•佛山期末)·【较易】如图所示,当开关闭合后,用酒精灯对导线加热,电流表的读数会变小,小灯泡变 (选填“亮”或“暗”),这是因为该导线的电阻与 有关,酒精灯对导线加热时,导线的电阻 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
考点:探究导体的电阻与温度的关系
7.(2025秋•榕城区期中)·【中档】在“探究影响导体电阻大小的因素”时,小明和小丽两位同学做出了如下猜想:
①导体的电阻与导体的长度有关;
②导体的电阻与导体的横截面积有关;
③导体的电阻与导体的材料有关;
④导体的电阻与导体的温度有关。
他们选择了4根电阻丝,规格、材料如下表,同时他们设计了如图甲所示的实验电路。
编号
材料
长度/m
横截面积/mm2
A
镍铬合金
0.5
0.5
B
镍铬合金
1.0
0.5
C
镍铬合金
0.5
1.0
D
锰铜合金
0.5
0.5
(1)为了验证上述猜想①,应该选用编号为 两根电阻丝进行实验;如果选用编号为A、C两根电阻丝进行实验,是为了验证猜想 (填序号)。分别将A和D两电阻丝接入电路中M、N两点间时,电流表示数不相同,由此,初步得到的结论是:长度和横截面积相同时, ;
(2)小明和小丽从家带来了如图乙所示的小彩灯,其中有一只玻璃外壳破碎,他们留下玻璃芯和灯丝部分,再利用实验室的实验器材连接成如图丙所示电路,闭合开关,小灯泡微微发光,此时彩灯灯丝通过的电流 (选填“大于”、“等于”或“小于”)小灯泡通过的电流。然后用点燃的酒精灯给彩灯灯丝加热,发现电流表示数变小,由此可知:灯丝温度升高,电阻 (选填“变大”“变小”或“不变”)。过段时间,彩灯灯丝烧断,电流表示数将变为 A,用酒精灯给玻璃芯加热至红炽状态,电流表示数变大了,说明了玻璃加热后 (“能”或“不能”)导电。
知识3 科学世界:半导体和超导现象☆(拓展)
项目
内容
半导体
(1)定义:有一些材料(如硅、锗)的导电性能介于导体和绝缘体之间,常常称做半导体。
(2)影响:温度、光照、杂质等外界因素对半导体的导电性能有很大影响。
(3)特点:二极管是由半导体材料制成的,具有单向导电性。
(4)应用:二极管、三极管。如果把很多二极管、三极管和电阻器、电容器等元件直接做在基片上,就可以制成集成电路。集成电路是20世纪最重要的发明之一,已经广泛应用于各行各业。电视机、计算机、手机以及其他数字电器中都有集成电路。
我国现已自主研制了北斗导航卫星上的一些芯片。没有半导体技术的进展,就没有我们今天的现代化生活。
图示
北斗导航卫星
上的一些芯片
北斗导航卫星
上的一些芯片
图16.3-2 芯片的应用
图16.3-2 北斗导航卫星上的一些芯片
超导现象
(1)定义:当温度降低到某个临界值时一些全属的电阻就变为零,这种现象叫作超导现象。电阻为零的材料称为超导材料,超导材料也称为超导体。
(2)特性:零电阻和完全抗磁性是超导体的基本特性。
(3)条件:出现超导现象的临界温度低于-250.15°C。
(4)超导现象应用与实际的好处:①能耗少;②尺寸小
(5)发展历程:金属和合金出现超导现象的临界温度低于-250.15°C。1986年,瑞士科学家在铜氧化物材料中发现35K(-238.15 °C)左右的超导现象。1987年,中国科学家赵忠贤和华裔美国籍科学家朱经武的团队各自独立发现临界温度超过90K(-183.15 °C)的钇-钡-铜-氧系材料。
2008年,继日本科学家发现26K铁基超导体之后,中国科学家将铁基超导体的临界温度提高到40K以上,直至55K的最高纪录,实现了高温超导研究领域的第二次突破。在高温超导研究领域,我国科学家作出了突破性的贡献,持续推动了国际高温超导研究的进展。
科学家还在不断探索,寻找具有更高临界温度的超导材料。
(6)应用:超导技术已经得到实际应用,如用于核磁共振成像、高能加速器、磁约束核聚变装置等的超导磁体,检测微弱电磁信号的超导量子干涉仪和移动通信基站的超导滤波器等。超导技术还应用于有色金属加工、污水处理、超导电缆、超导磁悬浮列车、超导量子计算等方面,未来将进一步造福人类。
图示
核磁共振成像
高能加速器
超导电缆
超导磁悬浮列车
图16.3-2 超导现象的应用
· 例题
考点:半导体的特点
8.(2025秋•番禺区期末)·【易】EUV极紫外光技术,是制造7nm及以下先进制程芯片的核心技术。芯片上集成了大量的二极管,制作二极管的主要材料是( )
A.超导材料 B.半导体材料
C.磁性材料 D.绝缘材料
考点:二极管
9.(2025秋•榕城区期末)·【较易】发光二极管是电子电路的重要元器件,电路符号为“”,它具有 (填“单向”或“双向”)导电性。它是 (填“导体”或“半导体”),当开关闭合后,灯泡L2 (填“亮”或“不亮”)。
考点:压敏电阻
10.(2026春•同步)【较易】科学技术智能日新月异,智能手机普及化,智能手机的触摸屏方便了广大用户,深受客户的喜爱。手机触摸屏的核心元件是压敏电阻,这种元件的材料是( )
A.绝缘体 B.超导体 C.导体 D.半导体
考点:热敏电阻
(多选)11.(2025秋•深圳期中)·【中档】学习了电学的我们发现生活中处处有物理,下列有关说法错误的是( )
A.红外测温仪内部的热敏电阻是超导体材料
B.铜、铝、陶瓷都是很好的导体
C.超市条形码识别仪的光敏二极管的主要制作材料是半导体
D.LED灯在发光时,导线中的自由电子在做定向运动
考点:光敏电阻
12.(2026•佛山模拟)·【易】现代生产生活中需要各种各样的材料,下列说法不正确的是( )
A.塑料是绝缘体用来制作电源插座的外壳
B.液态氢密度小用来作为火箭发动机的燃料
C.水的比热容较大用来冷却汽车发动机
D.有些半导体材料对光比较敏感,可以用来制造光敏电阻
考点:超导现象和超导材料
13.(2025秋•罗湖区校级期末)·【易】2025年诺贝尔物理学奖颁给约翰•克拉克、米歇尔•德沃雷特、约翰•马丁尼斯,他们利用超导体构建了电路,实现不同量子态之间的隧穿。下列不能用超导体材料制作的是( )
A.输电线 B.电动机线圈
C.电热丝 D.发电机线圈
考点:超导体在磁悬浮列车、超导输电的应用
14.(2025秋•梅州期末)·【较易】“护套线”是一种家用电线,由电线芯和塑料层组成(如图所示),电线芯用 (选填“铁”或“铜”)作材料;家用空调所用导线的电阻较小,因此其电线芯 (选填“粗”或“细”)一些;在电厂发电、输送电能等方面若能采用 材料,可以大大降低电能损耗。
· 小结
· 16.3 电阻
· 一、电阻
· 1.概念:物理学中用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。通常用符号“R”来表示。
· 2.单位:
· (1)在国际单位制中,电阻的单位是欧姆,简称欧,符号Ω。
· (2)常用单位还有千欧(kΩ)、兆欧(MΩ)。
· (3)换算关系:1kΩ=103Ω,1MΩ=103kΩ,1MΩ=106Ω。
· 3.理解:
· (1)导体的电阻是导体本身的一种性质,由自身情况决定。
· (2)是否接入电路无关,与有无电流、电压无关。
· 4.电阻器:也叫定值电阻,在电路图中的符号是“”
· 二、影响导体电阻大小的因素
· 导体的电阻与导体的材料、长度、横截面积等因素有关
· 三、半导体:有一些材料(如硅、锗)的导电性能介于导体和绝缘体之间,常常称做半导体。
· 四、超导现象
· 1.定义:当温度降低到某个临界值时一些全属的电阻就变为零,这种现象叫作超导现象。电阻为零的材料称为超导材料,超导材料也称为超导体。
· 2.特性:零电阻和完全抗磁性是超导体的基本特性。
· 中考真题
考点:电阻大小与导线长度、横截面积、材料之间的关系
1.(2026•天津)·【较易】如图所示,从玻璃管内的盐水柱两端引出A、B两根导线,并将其接入电路。若进行以下四种操作:①将两端活塞向内推;②将两端活塞向外拉;③活塞不动,向管内注入相同浓度的盐水;④活塞不动,适量减少管内盐水。其中能使接入电路的盐水柱电阻变小的是( )
A.①和③ B.②和③ C.①和④ D.②和④
考点:探究影响电阻大小的因素
2.(2026•辽宁)·【较易】某小组探究某款热敏电阻Rt的阻值随温度变化的规律,器材如下:恒压电源(12V)、电流表(0﹣0.6A)、电阻箱R(0﹣999.9Ω)、滑动变阻器(50Ω、1A)、恒温箱M,开关及若干导线。设计的电路图如图(a)所示。
(1)根据图(a)用笔画线代替导线,将图(b)的电路连接完整(导线不能交叉)。
(2)正确连接电路后,移动滑动变阻器的滑片P至最 端,将恒温箱的温度调节为10℃。只闭合开关S和S1,移动滑片P,使电流表示数为I;保持滑片P位置不变,只闭合开关S和S2,调节电阻箱,使电流表示数仍为I。此时电阻箱的四个旋钮的位置如图(c)所示,则Rt= Ω。
(3)改变温度多次测量,将数据记录在下表中:
实验序号
1
2
3
4
5
6
7
温度t/℃
10
20
30
40
50
60
70
电阻Rt/Ω
10.0
10.3
11.7
12.9
15.3
18.7
当温度为80℃时,只闭合开关S和S1,电流表指针偏转不足一小格,无论怎样移动滑片P,指针几乎不动。经分析,这是Rt的阻值过 导致的。
由表中数据可知:Rt的阻值随温度升高而增大。
(4)该小组利用这个热敏电阻,恒压电源(12V)、电流表(0﹣0.6A)、电阻器R0(10Ω),设计了如图(d)所示的电路,该电路能够反映电流表示数与温度的对应关系。
①该电路能反映的最低温度为 ℃。
②若要反映更低的温度,只需将R0更换为阻值更 的电阻器。
考点:电阻的概念
3.(2025•内江)·【易】下列仪器中,能够直接测量导体电阻值的仪器是( )
A.电流表 B.电压表 C.电能表 D.多用电表
考点:电阻是导体本身的一种性质
4.(2024•潍坊)·【较易】物理学的宗旨是发现自然现象背后的规律,使人们可以运用物理规律解决实际问题。根据所学物理学知识,下列表述正确的是( )
A.使用杠杆可以同时省力又省距离
B.物体不论温度高低都具有内能
C.选用精密的测量工具可以消除误差
D.导体的电阻跟它两端的电压成正比
考点:探究导体的电阻与温度的关系
5.(2024•广元)·【较难】“天和”学习小组在实验室探究一个热敏电阻阻值随温度变化的关系,设计了如图甲所示的电路图,电源两端电压恒为12V,R0是定值电阻,R是热敏电阻,电流表的量程是0~0.6A,电压表的量程是0~15V。
(1)同学们按电路图连接实物后,闭合开关,发现电压表示数接近电源电压,电流表无示数,则故障可能是热敏电阻R处发生 (选填“短路”或“断路”)。
(2)排除故障后,闭合开关S,他们测量了该热敏电阻不同温度下的电阻值,并绘制成如图乙所示的图象。由图象可知,热敏电阻的阻值R随温度t增大而 。(选填“增大”“不变”或“减小”)
(3)某次测量中,电压表示数如图丙所示,电流表示数为0.2A,则此时热敏电阻R的温度为 ℃。
(4)探究过程中,热敏电阻的温度变化范围为0~100℃,则电压表示数的变化范围为 。
考点:半导体的特点
6.(2026•齐齐哈尔)·【较易】随着科技的发展,智能产品逐渐融入我们的生活。如图所示的智能手表可以显示时间、体温、心率等信息,方便监测身体状态。该手表的橡胶表带是 ,手表内集成电路中的二极管主要是由 材料制成的(两空均选填“导体”“半导体”或“绝缘体”)。
考点:热敏电阻
7.(2020•宜宾)·【易】下列图中,哪一种是非接触式测量温度的仪器( )
A.利用测定物体红外线辐射制作的“测温枪”
B.根据液体热胀冷缩原理制作的体温计
C.根据热电偶原理制作的热电偶温度计
D.利用热敏电阻制作的电子体温计
考点:超导现象和超导材料
8.(2024•淮安)·【较易】阅读短文,回答问题。
常温超导
1911年,荷兰物理学家昂内斯发现,水银的电阻率(表示单位长度单位横截面积的某种材料的电阻)并不像预料的那样随温度降低逐渐减小,而是当温度降到﹣269℃附近时,电阻率突然减小到无法测量,后来他又发现许多金属和合金都具有与水银相似的低温下失去电阻的特性,这种现象叫作超导现象。这种超导现象一直需要在超低温下才能观察到。
2020年10月14日,罗切斯特大学研究人员首次在高达15℃的温度下,观察到常温超导现象。但这次研究人员创造的常温超导材料,也存在严重的限制,他们观察到的超导现象,是在2670亿帕的压强下实现的,这是和地心处压强相当的超高压条件。
如果把超导材料应用于实际,会给人类带来很大的好处。在发电厂发电、输送电能等方面若能采用超导材料,就可以大大降低由于电阻引起的电能损耗。
(1)通过本文的描述,“电阻率”是描述材料 (填“导电性能”或“导热性能”)的物理量。
(2)当温度降到﹣269℃时,水银的内能 (填“等于”或“不等于”)零。
(3)设想一下,如果“常温常压超导”进入工业化,请你列举一个应用实例: 。
考点:超导体在磁悬浮列车、超导输电的应用
9.(2024•广西)·【较易】关于超导材料,下列说法正确的是( )
A.是绝缘体材料
B.是半导体材料
C.常温常压下电阻为零
D.用来输电可减少电能损耗
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