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  4. 影响电阻大小的因素导体,绝缘体控制变量法和科学探究的过程

铅笔芯的主要成份是石墨.软硬程度不同的铅笔其用途是不同的,例如作画用6B软铅笔、写字用软硬适中的HB铅笔、制图用6H硬铅笔.其铅笔芯都是导体,小华猜想铅笔芯的电阻大小可能

一、题文

铅笔芯的主要成份是石墨.软硬程度不同的铅笔其用途是不同的,例如作画用6B软铅笔、写字用软硬适中的HB铅笔、制图用6H硬铅笔.其铅笔芯都是导体,小华猜想铅笔芯的电阻大小可能与其软硬程度有关,于是他选取了干电池、软硬程度不同的铅笔芯、小灯泡、开关、导线,设计实验对以上问题进行探究.如果你参与小华的探究活动,你认为:
(1)在如下左图中标出了制成铅笔的几种材料,通常情况下属于绝缘体的是______
A.木材、橡皮 B.石墨、金属 C.木材、金属 D.石墨、橡皮
(2)小华在选取软硬程度不同的铅笔芯同时,应考虑它们的______和______因素是相同的;
(3)如图所示,在考虑以上因素的基础上,若乙图中铅笔芯的硬度比甲图中大,闭合开关后,小华观察灯泡的亮度,可确定乙图中铅笔芯的电阻______ (选填“大”或“小”),说明铅笔芯的电阻与软硬程度______ (选填“有关”或“无关”).
(4)小华想借助电阻箱:用“替代法”较准确的测出铅笔芯的电阻.除了上述的器材和电阻箱外,他还需必备的器材是:_________;他的做法是:用电阻箱替代图中的铅笔芯,调节电阻箱的电阻值,使______的大小与原来接铅笔芯时的大小相同,则电阻箱接入电路的阻值就是铅笔芯的电阻值.

考点提示:影响电阻大小的因素,导体,绝缘体,控制变量法和科学探究的过程

二、答案

(1)A
(2)长度;横截面积
(3)大;有关
(4)电流表或电压表;电流或电压

三、考点梳理

知名教师分析,《铅笔芯的主要成份是石墨.软硬程度不同的铅笔其用途是不同的,例如作画用6B软铅笔、写字用软硬适中的HB铅笔、制图用6H硬铅笔.其铅笔芯都是导体,小华猜想铅笔芯的电阻大小可能》这道题主要考你对 影响电阻大小的因素导体,绝缘体控制变量法和科学探究的过程 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:影响电阻大小的因素,导体,绝缘体,控制变量法和科学探究的过程

考点名称:影响电阻大小的因素
  • 影响电阻大小的因素:
    1.电阻是导体的属性,它的大小只与材料、长度和横截面积有关;与导体两端的电压和通过导体的电流无关。在材料相同时,长度越长,横截面积越小,电阻越大。

    2.导体的电阻还与温度有关。一般来说,导体的电阻随温度的升高而增大,如金属导体;也有少数导体的电阻随温度的升高而减小,如石墨类导体。

  • 易错点:
    ①电阻是导体本身固有的一种属性,不同导体的导电能力是不同的。
    ②绝缘体之所以能起到绝缘的作用,就是由于其电阻很大的缘故。

    典型例题:
    例题一:有一段导体电阻为8欧姆。
    (1)如果把它截去一半,则阻值为多少?
    (2)如果把它对折重叠,则阻值为多少? 分析与提示:导体电阻与长度和横截面积有关。
    解题过程:(1)导体长度为原来一半,所以电阻为原来一半为4欧。(2)对折重叠后,长度为原来一半,横截面积为原来的两倍,所以电阻为原来的四分之一为2欧。

    易错情况分析:第(1)问一般没有问题,第二问容易错答为4欧或8欧,答4欧的原因是忘了重叠后横截面积发生的变化影响了电阻的大小,答8欧的原因是以为横截面积变大使得电阻变大,其实电阻与横截面积成的是反比,横截面积变为原来2倍使得电阻应在减小为二分之一,只有2欧。

    选题角度:第一是检查学生是否知道哪些因素会影响电阻大小,第二是运用知识“导体电阻与长度成正比,与横截面积成反比”。

    例题二:如图所示,开关闭合后,用酒精灯对串联在电 路中的电阻丝进行加热,这电流表的示数将____ (变大、变小、不变),小灯泡的亮度将____ (变亮、变暗、不变)。
    分析与提示:导体电阻受温度的影响。

    解题过程:用酒精灯对串联在电路中的电阻丝进行加热后, 电阻温度升高,电阻将变大,所以使得电路中的电流减小,所以电流表的示数将变小,小灯泡的亮度将变暗。

    易错情况分析:有些学生可能会认为电阻温度升高,电阻将变小,所以答为电流表的示数将变大,小灯泡的亮度将变亮。

    选题角度:温度对电阻的影响在初中的基础学习中不常提起,但在实际科技中,这一点不可忽视,所以目的在使学生记得导体电阻除了受自身因素(材料、长度、横截面积)影响之外,其实还应强调当时的温度情况。
  • 用控制变量法研究电阻大小的影响因素:
         使用控制变量法的一般步骤是:
    (1)明确研究的问题中有多少个物理量,搞清研究对象是哪个物理量。
    (2)逐一研究这个物理量(研究对象)跟某一物理量的单一关系时,要使其他物理量保持不变。
    (3)把这些单一关系综合起来。
    例如:在“研究电阻的大小与什么因素有关”时,就用到了控制变量法。因为影响电阻大小的因素有四个,即材料、长度、横截面积和温度。如要研究材料对电阻的影响,则需控制其他三个因素不变。

    例:在探究“导体的电阻跟哪些因素有关”的问题时,某老师引导学生作了如下的猜想:
    猜想1:导体的电阻可能跟导体的横截面积有关;
    猜想2:导体的电阻可能跟导体的长度有关;
    猜想3:导体的电阻可能跟导体的材料有关。

    如图所示是他们进行实验探究时所用的器材,演示板上固定了四条金属电阻丝,a、b、c的长度均是lm, d的长度是0.5m;a、b的横截面积相同,材料不同;a、c 的材料相同,但c的横截面积大于a的横截面积;a、d 的材料和横截面积都相同。
    (1)在探究电阻跟横截面积的关系时,可依次把 M、N跟____的两端连接,闭合开关,记下电流表的示数。分析比较这两根金属电阻丝的电阻大小。
    (2)依次把M、N跟a、d的两端连接,闭合开关,记下电流表示数,分析比较a、d两根金属电阻丝的电阻大小,可探究电阻跟____的关系,其结论是: __________.
    (3)以上方法在研究物理问题时经常被用到,被称为控制变量法。试根据学过的物理知识再列出两例可用这种方法研究的问题:___、____。
    (4)一般来说,所有物体都有电阻。在探究过程中,又有同学提出猜想4:电阻还可能跟温度有关。请用一个废灯泡的灯芯(如图所示)设计一个实验来研究这个问题,要求:①说出方法,②画出电路图。

    解析:本实验探究过程中采用控制变量法,通过研究电阻与材料、长度、横截面积和温度的关系,得出电阻的大小与这些影响因素之间的关系。

    答案:(1)a、c
    (2)长度在导体材料和横截面积相同时,导体越长,电阻越大(或导体的电阻跟长度成正比等)
    (3)研究电流与电压和电阻的关系研究压强与压力和受力面积的关系
    (4)①方法:用导线把废灯泡灯芯和电源、开关、电流表连成如图所示的电路,再用酒精灯给灯芯加热,同时观察电流表示数的变化,并进行分析,得出结论;
    ②电路图:如图所示。
考点名称:导体,绝缘体
  • 定义:
    (1)容易导电的物体叫做导体,例如:石墨、人体、大地以及酸、碱、盐的水溶液;

    (2)不容易导电的物体叫做绝缘体,例如:橡胶、玻璃、塑料等;

    (3)导体和绝缘体在一定条件下可以相互转化。
  • 导体和绝缘体的比较:
    导体绝缘体
    导电能力容易导电不容易导电
    原因有大量的自由电荷电荷几乎都被束缚在原子的范周内
    常见材料金属、人体、大地、石墨、酸碱盐的水溶液等玻璃、橡胶、陶瓷、塑料、油等
    用途输电线等电器外壳等
  • 导体容易导电,绝缘体不容易导电的原因:
    (1)导体容易导电是冈为导体中有大量的自由电荷,它们受原子核的束缚力很小,能够从导体的一个部分移到另一个部分;

    (2)绝缘体中,电荷几乎都束缚在原子的范围之内,不能从绝缘体的一个部分移到另一个部分。
  • 半导体:
       半导体材料的导电能力介于导体和非导体之间,比导体差、比非导体强,具有一些特殊的物理性质,温度、光照、杂质等因素都对它的性能有很大影响。常见的半导体材料有硅、锗和砷化镓等。用半导体材料可以制造半导体二极管、二三极管和集成电路等多种半导体元件。
    (1)半导体二极管具有单向导电性,即只允许电流由一个方向通过元件。

    (2)半导体三极管可以用来放大电信号。

    (3)应用:
    ①太阳能电池:当光照到某些半导体时,在半导体内会产生电流。太阳能电池是一种不用燃料、不污染环境、对人类健康无害的电源。
    ②条形码扫描仪:条形码扫描仪由发光二极管、光敏二极管等元件构成。当发光二极管照射条形码时,光敏二极管便测量被条形码反射回来的光,并将光信号变为电信号,电脑则依据获取的电信号进行分析、检测物品。条形码扫描仪广泛应用于商业、邮政、交通等领域:
    ③微处理器:微处理器集成了成千上万个半导体元件。
    ④机器人:机器人内有由大量半导体元件构成的电路.智能机器人将成为工业生产活动的好帮手。

    超导体:
    1.超导现象:某些物质在很低的温度下,电阻就变成了零,这就是超导现象。

    2.应用:
     (1)利用超导体的零电阻特性可实现远距离大功率输电。超导输电线可以无损耗地输送较大的电流,这意味着用细电线就可以输送大电流。
     (2)超导磁悬浮现象,使人们可以用超导体来实现交通工具的“无摩擦”运行。
考点名称:控制变量法和科学探究的过程
  • 控制变量法:
    物理学中对于多因素(多变量)的问题,常常采用控制因素(变量)的方法,把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素,而控制其余几个因素不变,从而研究被改变的这个因素对事物的影响,分别加以研究,最后再综合解决,这种方法叫控制变量法。它是科学探究中的重要思想方法,广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。例如以下的探究实验:
    探究影响蒸发快慢的因素;
    探究力与运动的关系
    探究影响滑动摩擦力大小的因素;
    探究影响压力的作用效果的因素;
    探究影响液体压强大小的因素;
    探究影响浮力大小的因素;
    探究影响动能大小的因素;
    探究影响重力势能大小的因素;
    验证欧姆定律

    科学探究过程:
    科学探究过程的一些环节:提出问题、猜想和假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集数据、分析与论证、评估、交流与合作。

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