高中物理 6电阻定律导学案 新人教版选修3-1

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六.电阻定律
[要点导学]
1.探究导体电阻与其影响因素的定量关系
(1)实验探究:①由于金属丝的电阻较小,为减小误差,可采用安培表外接法;教学中要引导学生对教材图2.6—2中选安培表外接的原因进行分析,提高学生分析问题的能力。

②理解控制变量法的物理意义,掌握控制变量法在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”中的应用。

(2)理论探究:学习逻辑推理的一般方法,了解科学探究形式除实验探究外,还有理论探究、调查研究等。

2.电阻定律的表述:导体的电阻R 跟它的长度成正比,跟它的横截面积S 成反比。

公式:L R S
ρ=。

对于一确定的导体,其电阻与加在它两端的电压_______,只与导体的_______________________有关。

3.电阻率ρ的意义:电阻率ρ跟导体的材料有关,是反映材料导电性能好坏的物理量。

在数值上等于用该材料制成的1m 长、截面积为2
1m 的导体电阻值。

材料的电阻率越小,说明其导电性能越好。

电阻率的单位:欧姆米,简称欧米,符号是Ωm 。

电阻率与温度有关,金属的电阻率随温度的升高而____________,利用这一特性可以制成电阻温度计,但有的合金电阻率几乎不受温度的影响,可以制成标准电阻。

[范例精析]
例1:一个标有“220V ,100W ”的白炽热灯泡,两端的电压由零逐渐增大到220V 的过程中,如图12—6—1所示的电压U 与电流I 关系图中,合理的是 ( ) 解析:电压越高,灯丝温度也越高,灯泡的灯丝是金属导体,灯丝材料的电阻率也随温度的升高而增大,因此灯丝的电阻随电压的升高而增大。

由于电阻增大,电流随电压增大而增加得慢。

本题得正确选项是:B 。

拓展:灯泡的灯丝是金属导体,正常发光的情
况下可以认为电阻是不变的,其伏安特性是线性的,
符合欧姆定律。

但本题中由于电压是从零增加到
220V ,在这个范围里,灯丝的温度变化很大,所以
灯丝的伏安特性是非线性的。

另外,由于U -I 坐标平面上的点所代表的电阻
值应等于这一点与坐标原点连成的直线所代表的电
阻,根据这个道理,坐标平面上的曲线所代表的是
一个变化的电阻,曲线上的各点的电阻值可以用这
一点与坐标原点连线的斜率表示。

由此可以判断出曲线所代表的电阻在不同电压(电流)时的阻值的变化情况。

例2:两根完全相同的金属导线A 和B ,现将A 拉伸到原来的两倍长度,将B
对折后
图12—6—1
并起来,则它们的电阻之比R A /R B = 。

解析:拉长或对折,金属导线的总体积不变。

设原来金属导线的电阻R ,A 拉长两倍后横截面积为一半,所以它的电阻为4R ,B 对折后长度为一半,横截面积为两倍,其电阻为R /4,所以本题正确答案是 16:1 。

拓展:解决问题时要注意关联因素之间的变化关系。

本题中,导线拉长或对折,长度发生变化的同时,其横截面积也随之发生变化,本质是导线的体积保持不变。

例3:两根同种材料制成的电阻丝a 和b ,a 的长度和横截面的直径均为b 的两倍,要使两电阻丝接入电路后消耗的电功率相等,则加在它们两端的电压之比是多少?
解析:由题意知:a 电阻丝的长度和横截面的直径均为b 的两倍,由公式:2
4l l R S d ρρπ==(d 为电阻丝的横截面的直径)得12a b R R =。

又2
U P R =,且P a =P b ,则22a b a b U U R R =,
得2a b U U == 即a 、b
拓展:理解电阻定律公式和电功率公式的物理意义并能熟练应用,这是正确解题的前题。

解题过程中,要将R 与S 的关系转化为R 与横截面直径d 之间的关系即可。

例4:若不考虑灯丝电阻随温度变化的因素,把一只标有“220V 100W ”的灯泡接入电压为110V 的电路中,灯泡的实际功率是多少?正常发光时的电阻是多少?如果考虑到温度对电阻的影响,情况又如何?
解析:不考虑温度对电阻的影响时,可以认为电灯的电阻不变,为额定功率下的电阻值,即正常发光时的电阻。

在此前提下利用公式进行求解。

正常发光时的电阻,也就是额定功率下的电阻。

由P UI =,U I R =得22
220484()100
U R P ===Ω。

因为电阻不变,在实际电压下有2U R P '='即2U P P U '⎛⎫'= ⎪⎝⎭。

也就是说,电压如果变为额定电压的一半,实际电功率就变为额定功率的1/4,此时实际功率P '=25W 。

如果考虑到温度对电阻的影响,在实际电压为额定电压一半的情况下,通过电灯的电流较小,灯丝的焦耳热功率明显减小,灯丝的温度比正常发光时的温度低得多,所以1,25()4
R R P P W ''<>= 拓展:本题考查对电功率的正确理解和计算,在开始学习电学内容时,这种计算是基本训练,熟练之后可以正确地利用比例关系,很快地得出结论。

对于白炽灯,如果题中假设不考虑温度变化对灯丝电阻的影响,可以作为电阻值不变来处理。

如果题中没有特别说
明,这要看具体情况:(1)问题涉及金属电阻率的有关概念,就必须要考虑灯丝电阻随温度变化;(2)实际电压的变化量对额定电压来说较大,需要考虑灯丝电阻随温度变化,实际电压的变化量对额定电压来说较小,可以认为灯丝电阻不变。

[能力训练]
1.关于电阻率的说法,正确的是 ( )
A .电阻率ρ与导体的长度L 和横截面积S 有关
B .电阻率表征了导体材料的导电能力的强弱,由导体材料决定,与温度有关
C .电阻率ρ越大的导体,电阻也越大
D .超导材料的电阻率一定为零
2.一段粗细均匀的电阻丝,横截面直径为d ,电阻为R ,现把它拉成横截面直径为d /10的均匀细丝,它的电阻变为 ( )
A.100R
B.1000R
C.10000R
D.R/10000
3.如图12—6—2所示为滑动变阻器的示意图,为使变阻器的滑动触点P 向右滑动时,接入电路的电阻增大,下列连接正确的是 ( )
A .a 和b 接入电路
B .a 和c 接入电路
C .c 和b 接入电路
D .c 和d 接入电路
4.一只“220V ,100W ”的灯泡正常工作时电阻为484Ω,拿一只这种灯泡来测量它不工作时的电阻,应是 ( )
A .等于484Ω B. 大于484Ω
C .小于484Ω
D .无法确定
5.一根粗细均匀的导线中,通过5A 的恒定电流,经过一段时间后,若导线散热损失不计,则导线升高的温度应与 ( )
A .导线长度成正比
B .导线长度的平方成正比
C .导线的横截面积成反比
D .导线的横截面积的平方成反比
6.如图12—6—3所示,P 为一块半圆形薄电阻合金片,先将它按图甲方式接在电极
A 、
B 之间,测出它的电阻为R ,然后将它再按图乙方式接在电极
C 、
D 之间,这时它的电阻应为 ( )
A .R
B .R/2
C .R/4
D .4R
7.关于金属材料的电阻率有以下特点:一般而言,纯金属的电阻率小,合金的电阻率大.金属的电阻率随温度的升高而增大,有的金属电阻率随温度变化而显著变化,有的合金电阻率几乎不受温度的影响.根据以上信息,判断下列说法中正确的是 ( )
A .连接电路用的导线一般用合金来制作
B .电炉、电阻器的电阻丝一般用合金来制作
C .电阻温度计一般用电阻率几乎不受温度影响的合金来制作
图12—6—
2 图12—6—3
D.标准电阻一般用电阻率随温度变化而显著变化的金属材料制成
8.甲、乙两根粗细相同的不同导线,电阻率之比为1∶2,长度之比为4∶1,那么两根导线加相同的电压时,其电功率之比P甲∶P乙=________;如果通过两根导线的电流强度相同,则其电功率之比P/甲∶P/乙=_________。

9.一个电动机的线圈,由直径是0.29mm的铜导线绕成,估计每匝线圈的平均长度为12cm ,经测量这个线圈的总电阻为10.5Ω,试计算这个线圈的匝数。

(已知铜的电阻率ρ-8Ωm)
铜=1.8×10
10.A、B两地相距11km,A地用两根完全相同的平行导线向B地送电,若两地间某处的树倒了,压在两根导线上而发生故障,为了找出故障所在处,在A地给两根导线上加上12V 电压时,B地测得电压为10V;若在B地给两根导线上加上12V电压时,A地测得电压为4V,求故障发生在何处?
[素质提高]
11.变电站用铜导线(ρ铜=1.8×10-8Ωm)向1km外的用户供电,变电站输出电压238V,若输电线中的电流是5A,为使用户获得的电压不低于220V,应选用横截面积最小为多大的导线?
12.在横截面积为S的粗细均匀的铜导线中流过恒定电流I,铜的电阻率为ρ,电子电量为e,则电子在铜导线中受到的电场力多大?
13.如图12—6—4所示是两根电阻丝通电后的I-U图线,由图可知,a、b的电阻分别为多大?若二者是用同种电阻丝制成的,则它们的长度之比是多少?
参考答案
六.电阻定律
1.BD 2.C 3.B 4.C 5.D 6.D 7.B 8.1∶2,2∶1 9.257匝 10.离A地1km处 11.10mm2
12.
s e
I 13.10Ω,6.67Ω;3/2。