探究影响电阻大小的因素
电阻是初中物理电学中的难点之一，也是中考重点考查的内容之一.同学们如能充分经历探究影响电阻大小的因素这一过程，体验物理方法的应用，必将有助于更好地掌握电阻的概念. 一、提出猜想 在探究影响电阻大小的因素时，我们观察导体，发现不同的导体其长度、横截面积和材料可能不相同.因而，可提出如下猜想：导体电阻大小可能与①导体的长度、②导体的横截面积、③导体的材料等有关. 二、设计实验 导体电阻大小的不同是不易直接比较的，因此需用转换法来变换测量的对象，用直观、可测的物理量来反映导体电阻大小的不同.可采取的方法有：①串联灯泡，通过观察灯泡亮度的不同来比较电阻大小的不同；②利用电流表，通过测量电流的大小不同来比较导体电阻大小的不同.为了较精确地判断电阻大小的不同，通常采用后一种方法. 由于可能有多个因素影响导体电阻的大小，所以需采用控制变量法来研究.由控制变量法可知，在研究某个因素对物理量的影响时，要先控制其他因素不变，改变这一因素来实施探究.因此，要系统研究影响导体电阻大小的因素，就需要分步骤进行. 三、进行实验 实验器材：如图1所示，电阻演示器（在长木板上固定四根金属丝，其中A、B、C为镍铬合金丝，D是锰铜丝，导体A、C、D长度相等，导体B的长度是A的两倍，导体A、B、D的横截面积相等，导体C的横截面积是A的两倍）、电流表、电源、开关和导线若干. 实验步骤： 1.将横截面积和材料相同、长度不同的导体A、B分别接入图1的电路MN两点间，观察并记录电流表的示数，填入表1内. 表1 2.将长度、材料相同，横截面积不同的导体A、C分别接入图1的电路MN两点间，观察并记录电流表的示数，填入表2内. 表2 3.将长度、横截面积相同，材料不同的导体A、D分别接入图1的电路MN两点间，观察并记录电流表的示数，填入表3内. 表3 同学们，请你按照上述步骤进行实验并收集数据，你一定会有惊人的发现. 四、交流展示 同学们可根据自己的实验数据相互交流和讨论，总结出导体电阻的大小与哪些因素有关. 分析表1、2、3的数据可得到的结论：导体电阻的大小与导体的长度、横截面积和材料的种类有关，电阻是导体本身的一种性质. 五、拓展延伸 电阻的大小除了与导体的长度、横截面积和材料的种类有关以外，电阻的大小还与导体的温度有关.研究表明：在温度变化范围不太大时，电阻随温度的变化可以近似地表示为如下关系式：R=R0（1+αt）.其中，R是温度为t时的电阻，R0是温度为0℃时的电阻，α称作电阻温度系数，单位是℃-1.在表4中列出了一些材料在0～120℃的电阻温度系数. 表4 从表4中可知，α>0的材料，导体的电阻随温度升高而增大；α 另外，生活中还有一种阻值随压力变化而变化的电阻，我们称之为力敏电阻（又称压敏电阻）.它是利用半导体材料的压力电阻效应制成的，即电阻值随外加力大小而改变.当然，除了压敏电阻之外，还有用半导体材料制成的光敏电阻、热敏电阻等电子仪器的重要元器件. 通过下面几个例题的分析解答，同学们可进一步加深对影响电阻大小因素的理解. 例1 如图2所示的电路中，AB部分为钨丝.当闭合开关后，用酒精灯给钨丝缓慢加热，观察到加热后电流表的示数变小，灯泡的亮度变 （选填“亮”或“暗”）.上述现象表明： . 解析 闭合开关后，用酒精灯给钨丝缓慢加热，钨丝的温度升高，观察到加热后电流表的示数变小，灯泡的亮度变暗，说明钨丝的电阻在增大，即表明钨丝的电阻随温度的升高而增大. 答案 暗 钨丝的电阻随温度的升高而增大 例2 在探究影响导体电阻大小的因素时，小兵、小红两位同学提出了如下猜想： 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. 实验室提供了4根电阻丝，规格、材料如下表： 为了验证上述猜想，他们设计了如图3所示的实验电路. （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）；如果选用编号为A、D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）有同学认为：可以根据灯泡亮度的变化来判断接入的电阻丝阻值的变化情况.老师指出：这种方法不可取.这是因为电源电压一定时，所选电阻丝的阻值相差太小，灯泡亮度变化 （选填“明显”或“不明显”）. 解析 （1）在本题所给的情景中，已经猜想到导体的电阻可能与导体的长度、材料和横截面有关.因而根据控制变量的思路，在探究导体电阻与其中某一因素的关系时，就应该控制其他因素不变.如在探究猜想①时，就应该控制导体的横截面积和材料不变，仔细分析表格可知，A、B两根电阻丝符合上述要求.而选用编号为A、C两根电阻丝进行了实验，控制了电阻丝的材料和长度相同，因而可探究猜想②；A和D两根电阻丝的长度和横截面积相同，材料不同，则是用来探究电阻和材料的关系.当分别将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，从而说明A、D两电阻丝的电阻不同，可归纳出：当长度和横截面积相同时，导体的电阻与导体的材料有关. （2）在电源电压一定时，当所选电阻丝的阻值相差太小，则通过电阻丝的电流相差不大，导致灯泡亮度变化不明显. 答案 （1）A、B ② ③ 导体的电阻与导体的材料有关 （2）不明显 例3 小明在一次科技活动中，了解到有一种用半导体材料制成的压敏电阻，其阻值R随所受压力F变化的图像如图4（甲）所示. （1）压敏电阻的阻值随压力的增大而 （选填“增大”或“减小”）. （2）小明想利用压敏电阻制成压力传感器，实验室中现有两只外形完全相同的电阻R1和R2，其中一只为压敏电阻，另一只为定值电阻（阻值不随温度的变化而变化）.为了辨别它们，小明设计了如图4（乙）所示的电路. ①接下来小明应如何操作？ 答： . ②如何辨别出压敏电阻？ 答： . 解析 （1）分析图4（甲）可知，压敏电阻的阻值随压力的增大而减小. （2）由于压敏电阻的阻值随压力变化而变化，因此可通过用手分别对两个电阻施加压力，观察电流表的示数来判断哪个是压敏电阻. 答案 （1）减小 （2）①用手分别对两个电阻施加压力；②如果电流表示数发生改变，说明该电阻是压敏电阻，若电流表示数不发生改变，说明该电阻是定值电阻.