我们已经知道导体的电阻是导体本身的一种性质,它的大小与导体的长度、横截面积和材料有关,进一步研究表明,在温度不变时,导体的电阻跟导体的长度成正比,跟导体的横截面积成反比,这个规律叫做电阻定律,用公式表示为R=ρ,其中R、L、S分别表示导体的电阻、导体的长度和横截面积.而ρ是反映材料导电性能的物理量,我们把它叫做材料的电阻率.材料电阻率的大小与什么有关?小红提出如下猜想:
猜想1:电阻率与材料的长度有关;
猜想2:电阻率与材料的横截面积有关;
猜想3:电阻率与材料的种类有关.
于是小红找来不同规格的导线进行测量,实验数据见下表:
实验序号 | 材料 | 长度L/m | 横截面积S/mm2 | 电阻R/Ω | 电阻率ρ |
1 | 铜 | 1.0 | 0.1 | 0.17 | 0.017 |
2 | 铜 | 2.0 | 0.1 | 0.34 | 0.017 |
3 | 铜 | 1.0 | 0.05 | 0.34 | 0.017 |
4 | 铁 | 1.0 | 0.1 | 1.0 | 0.1 |
5 | 镍铬合金 | 1.0 | 0.1 | 11.0 | 1.1 |
A.Ω?m B.Ω/m C.Ω/m2
(2)分析比较实验序号1、2的数据,可以初步确定猜想1是________(选填“正确”或“错误”)的;
(3)分析比较实验序号________的数据,可以初步确定猜想2是错误的;
(4)分析比较实验序号1、4、5的数据,可得到的初步结论是________;
(5)根据表中的数据,如果要制作一个滑动变阻器,应选用材料________作为电阻线圈,这是因为相同规格的这种材料做成的电阻较________(选填“大”或“小”),可以调节的阻值范围较大;
(6)根据表中的数据求出一段长10m,横截面积2mm2 的铁导线的电阻是________Ω;
(7)我们知道导体的电阻还与温度有关,有的导体温度升高电阻增大,有的导体温度升高电阻反而减小.你认为,导体的电阻随温度变化,是因为________.
A、R=ρ不成立B、ρ发生变化 C、L发生变化 D、S发生变化.
解:
(1)已知R的单位是Ω、L的单位是m、S的单位是m2,由电阻定律公式R=ρ,根据等式两边的单位相等,可知,ρ的单位是Ω?m;
故选A.
(2)分析比较实验序号1、2的数据,长度不同时,电阻率相同,故猜想1是错误的;
故答案为:错误.
(3)分析比较实验序号1、3的数据,横截面积不同时,电阻率相同,可以确定猜想2是错误的;
故答案为:1、3.
(4)分析比较实验序号1、4、5的数据,它们的长度、横截面积相同,而材料不同时,可得到的初步结论是电阻率大小与材料的种类有关;
故答案为:电阻率与材料的种类有关.
(5)根据表中的数据,如果要制作一个滑动变阻器,应选用镍铬合金材料作为电阻线圈,这是因为相同规格的这种材料电阻较大;
故答案为:镍铬合金,大.
(6)铁导线的电阻为R=ρ=0.1Ω?m×=0.5Ω;
故答案为:0.5Ω.
(7)导体材料、长度和横截面积都确定的情况下,温度变化,电阻值发生变化,原因是此时的电阻率发生变化.
故选B.
本题是探究材料电阻率的大小与什么因素有关的问题,
(1)利用已知物理量的单位结合公式两边的单位相等推导ρ的单位;
(2)(3)(4)通过表格分析利用控制变量法研究猜想的正确与否;
(5)利用影响电阻大小的因素选择合适的电阻材料制作滑动变阻器;
(6)将铁的电阻率、长度和横截面积代入公式,就能得到铁导线的电阻;
(7)在材料、长度和横截面积都确定的情况下,电阻发生变化,原因只能从电阻率变化考虑.
点评:导体的电阻大小与导体的长度、横截面积和材料有关,长度越大,横截面积越小,电阻越大;长度和横截面积相同的导体,材料不同,电阻不同;另外电阻还受温度的影响.