1、电阻和变阻器一. 基本要求：1. 知道电阻的概念、单位及其换算，以及电阻器在电路中的符号。2. 理解决定电阻大小的因素，知道滑动变阻器的构造，在电路中的符号，理解滑动变阻器的作用，会把滑动变阻器接入电路以改变电路的电流，知道变阻箱的读数方法。3. 通过实验探究经历从猜想到制定实验方案，接着到进行实验的探究过程，学会用控制变量法研究物理问题，在交流与讨论中，培养表达自己观点，尊重他人的意识。二. 重点、难点：重点内容：经历从猜想到制定实验方案的过程，理解决定电阻大小的因素。难点内容：对滑动变阻器的连接方法的掌握。三. 重点内容讲解如下：（一）电阻如下图所示，将导线 AB（这时的导线相当于用电器）
2、连入右图所示的电路，闭合开关，读出电流表的示数；再将导线 CD 代替 AB，接通电路，读出电流表的示数，我们发现两次示数不同。在上述实验，用的都是同一个蓄电池，也就是说电压相同，那么两条导线中的电流大小为什么不同呢？原来，导体能够通过电流，但同时对电流有阻碍作用。以金属导体为例，金属导体中定向移动的电子跟金属正离子频繁碰撞而形成对电流的阻碍作用，在物理学中用“ 电阻” 这个物理量来表示导体对电流阻碍作用的大小。在相同的电压下，导线 AB 中通过的电流大，表明 AB 对电流的阻碍作用小，导线 AB 的电阻小；导线 CD 中通过的电流小，表明 CD 对电流的阻碍作用大，导线 CD 的电阻大。不同导
3、体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种性质。电阻用来表示导体对电流阻碍作用的大小，用字母 R 表示。在国际单位制里，电阻的单位是欧姆，简称欧，符号是 。还有两个单位，一个是千欧（k ） ，另一个是兆欧（ M） 。它们邻近两个单位间的换算关系是1000。导体的电阻既然是导体本身的一种性质，它跟哪些因素有关呢？同学们的猜想大体相同，也就是电阻可能跟导体的材料、导体的长度、导线的粗细有关系。下面我们要通过实验来验证我们的猜想。这里我们又遇到研究一个量和多个量的关系的课题，我们的基本思路就是用控制变量法，首先（1）研究导体的电阻跟制作它的材料是否有关。由控制变量法的思路，要研究电阻与材料的关系，就要保
4、持长度和粗细相同。所以我们选择的是 AB 和 CD。分别将它们接入电路中（电源的电压相同） ，测出流过它们的电流并填入下表中。比较电流的大小，从而得出结论。结论：导体的电阻跟导体的材料有关。（2）研究导体的电阻跟它的长度是否有关。我们选择的导体是 CD 和 EF，因为它们具有相同的材料和粗细。分别将它们接入电路中（电源的电压相同） ，测出流过它们的电流，填入下表中。比较电流的大小，从而得出结论。结论：导体的材料、横截面积都相同时，导体越长，电阻越大。（3）研究导体的电阻跟它的横截面积是否有关。我们选择的导体是 CD 和 GH。因为它们材料相同、长度相同。分别将它们接入电路中（电源的电压相同）
5、，测出流过它们的电流，填入下表中。比较电流的大小，从而得出结论。结论：导体的材料、长度都相同时，导体的横截面积越小，电阻越大。导体的电阻跟长度、横截面积的关系可以用人在街上行走作比喻，街道越长，街面越窄，行人受到阻碍的机会越多。同理，导体越长、越细，自由电子定向移动受到碰撞的机会就会越多。导体的电阻还跟什么因素有关？看下面的实验。把铁丝线圈按上图所示接入电路，用酒精灯缓慢地对灯丝加热，观察加热前后，演示电流表的示数有什么变化。我们发现随着温度的升高，电流表的示数越来越小。导体被加热后，它的温度升高，电流表示数变小，表明导体的电阻变大，这说明导体的电阻还跟温度有关，对大多数导体来说，温度越高电阻
6、越大。导体的电阻由它自身的条件决定，因此，不同的导体，电阻一般不同，所以说，电阻是导体本身的一种性质。为了表示导体的电阻跟材料的关系，应取相同长度、相同的横截面积的不同材料在相同温度下加以比较，课本上的表列出了一些长 1 米、横截面积 1 毫米 2、在 20时的不同材料的导线的电阻值。从表中的数据可知，银的导电性能最好，因此，在相同长度和横截面积的情况下，它的电阻最小。其次是铜，再次是铝。（二）变阻器1. 滑动变阻器剧场里的照明灯总是忽明忽暗的，它是怎样实现的呢？其实这并不难做到，只要在电路中加装一个滑动变阻器的装置就行了。下图所示的就是滑动变阻器。图右边的符号就是滑动变阻器在电路图中的符号。
7、图下边的是它的结构示意图。滑动变阻器是根据什么原理制成的？如图所示的电路：小灯泡的亮度变亮，说明通过它的电流变大，在电源电压不变的情况下，应当减小电路中的电阻。根据决定导体电阻大小的因素，可以采取四种方法来减小电路中的电阻：减小导体的长度、增大导体横截面积，选用电阻率更小的材料制成导体，降低导体的温度。其中用改变导体的长度来改变导体的电阻简便可行。我们还可以做这样一个实验：将一根较长的镍铬合金电阻线 AB、小灯泡、电源、开关和演示电流表按图所示电路串联起来，其中 P 是金属夹制成的触头，当 P 向左滑动时，电流表示数逐渐变大，灯逐渐变亮；P 向右滑动时，电流表示数逐渐变小，灯逐渐变暗。触头 P
8、 移动时出现的现象说明当触头 P 向左滑动时，电阻线 AB 接入电路部分变短，接入电路部分的电阻变小，电源电压一定，所以电路中的电流增大，电流表示数变大，灯变亮。用触头在电阻线上滑动，改变接入电路部分电阻线的长度来改变电阻，这就是一个最简单的“ 变阻器 ”。这样的滑动变阻器使用还是不太方便，我们可以将它进行改进。改进方法：把电阻线绕在绝缘的瓷管上，并且瓷管上各匝线圈之间互相不接触，使触头 P 在线圈上滑动。变阻器的构造主要为瓷管、线圈（电阻率较大的合金线绕制） 、滑片、接线柱等组成，电阻线表面涂着绝缘漆，所以制成的线圈各匝之间相互绝缘，为使滑片 P 跟电阻线接触良好，线圈上接触滑片的地方，绝缘
9、漆被刮去，为了便于接线，将滑片套在金属棒上，金属棒两端安装有接线柱。注意，当滑片滑动时，改变的是线圈中 AP 部分的长度，来达到改变接入电路中电阻的目的。如图所示的电路中，滑动变阻器接入电路的是电阻线的 AP 段，当滑片 P 向左移动时，连入电路的电阻变小，电路中的电流变大，电流表示数变大，灯泡变亮。滑动变阻器的使用：接法：将变阻器串联在电路中，要将变阻器的两个接线柱接入电路。常见错误有两个：一是将导线接到金属杆两端的接线柱上；二是将导线都接到支架两端的接线柱上。前者不能改变接入电路中的电阻，且接入电路中的电阻为零；后者也无法改变接入电路中的电阻，接入电路中的电阻为滑动变阻器的最大阻值。同学们
10、在分析有关滑动变阻器的电路的过程中一定要做到有序分析：变阻器接入电路的是哪一段电阻线？滑片向左右滑动时，这段电阻线的长度怎样改变？变阻器接入电路的电阻怎样改变，电路中的电流怎样改变？电流表的示数和灯的亮度怎样变化？观察变阻器滑片上的铭牌，它说明这个滑动变阻器的最大阻值是 50，可以通过的最大电流为 1.5A使用规则：（1）串联在电路中。（2）弄清滑片移动时，变阻器接入的电阻线长度怎样变化，电阻怎样改变，电路中电流怎样变化？（3）使用前应将滑片放在变阻器阻值最大位置。（4）使用前要了解铭牌。铭牌上标有变阻器的最大电阻值和变阻器允许通过的最大电流值。（5）如果是四个接线柱的滑动变阻器，接入电路时接
11、线柱的选择原则就是“一上一下”。2. 变阻箱变阻器不能表示出连入电路的电阻值，但它可以连续改变接入电路中的电阻。为了能够表示出接入电路中的电阻值，人们制造出了变阻箱。下图就是旋盘式变阻箱。一般情况下它只有两个接线柱，只要将变阻箱串联在电路中就行了，电流从红色接线柱流入，从黑色接线柱流出。它有个数不等的旋盘，每个旋盘上都标有 0 至 9 的 10 个数字，旋盘的下方标有标记及1000、100、10 、1 等等。如果有1000 的旋盘处标记对着的数字是 5，此时该旋盘接入电路中的电阻为5000 欧姆。各旋纽对应的指示点的示数乘以面板上标记的倍数，它们之和就是电阻箱接入电路的阻值。如下图所示的两个电
12、阻箱接入电路中的电阻分别是1527 欧和 8625 欧。这种变阻箱可以提供的最大电阻是 9999 欧，最小电阻是 0欧，一共 10000 个阻值，也就是 104 个阻值。所以有一个小规律，变阻箱上有n 个旋盘，可以提供的阻值就有 10n 个。这种变阻箱的优点就是可以表示出接入电路中的电阻，但是它改变电阻是不连续的。如下图所示的变阻箱叫做插销式变阻箱。当四个插销全部拿出相应的插槽时，电流就要分别流过每一个电阻丝，这时接入电路中的总电阻是 10 欧。如果将 1 号插销插入插槽中，这时 1 欧的电阻丝将被短路。所以这种变阻箱读数的方法是将没插入插槽中的插销所对应的阻值相加就行了。（三）半导体我们看几
13、种材料制成的长 1 米、横截面积 1 毫米 2 的导线在 20时的电阻是 10-110 -2 欧，长 1 米、横截面积是 1 毫米 2 的木材在 20时的电阻约是 10-14 1018 欧，玻璃的电阻是 101610 20 欧，橡胶的电阻是 101810 21 欧。由比较可见，在相同条件下，绝缘体的电阻比导体的电阻大十万亿（10 13）倍以上。导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，叫做半导体。例如：锗、硅、砷化镓等。半导体在科学技术、工农业生产和生活中有着广泛的应用。例如：电视、半导体收音机、电子计算机等。下面介绍它所具有的特殊的电学性能。压敏性：有的半导体在受到压力后电阻发生较大的变化。用途：
14、制成压敏元件，接入电路，测出电流变化，以确定压力的变化。热敏性：有的半导体在受热后电阻随温度升高而迅速减小。用途：制成热敏电阻，用来测量很小范围内的温度变化。光敏性：有的半导体在光照下电阻大为减小。用途：制成光敏电阻，用于对光照反映灵敏的自动控制设备中。（四）超导体金属的电阻随温度的升高而增大，当金属的温度降低时，它的电阻减小。1911 年，荷兰物理学家昂内斯在测定水银在低温下的电阻值时发现，当温度降到-269左右时，水银的电阻变为零，这种现象叫超导现象。能够发生超导现象的物质，叫做超导体。注意：不是所有物体都会发生超导现象。超导转变温度（又叫超导临界温度）：物质的电阻降到一定温度时，才会出现
15、超导现象，物质电阻变为零的温度叫做超导转变温度，用 Tc 表示。几种超导体的超导转变温度（Tc） 。铝：-271.76。铅：-265.97 。锡：-269.43。水银：-268.99. 钨：-273.14。因为超导体在很低的温度下才会发生超导现象，目前超导体还不能在常温下应用于实际生产和生活中，只应用于科学实验和高新技术中。如果能应用于实际，会给人类带来很大的好处。例如：输电导线利用超导体，可以大大降低输电的电能损耗。如果把发电机和电动机的线圈用超导体制成超导线圈，可以使发电机和电动机的质量减小，功率增大，效率提高。利用超导体可制造出磁悬浮列车，它的速度可达几百千米每时。超导研究的历史和发展前景1911 年，昂内斯首先发现水银的超导现象。1911 年1986 年 3 月经过 75 年的努力，找到具有高转变温度的超导材料铌三锗，Tc 为-250。1987 年 2 月 24 日，我国宣布获得 Tc 为-173以上的超导体。1989 年，我国已找到 Tc 为-141的超导体材料。目前，各国科学家还在继续研究 Tc 值更高的超导体材料，以将超导应用到生产和生活中去。
