16.3 电阻（考点解读）（解析版）

163 电阻（考点解读）（解析版） 1、半导体 （1）根据导电性的不同，材料可分为导体，半导体，绝缘体三大类； ①容易导电的物体叫导体，如：人体、大地、各种金属、石墨、酸碱盐的溶液等； ②不容易导电的物体叫绝缘体，如：玻璃、陶瓷、橡胶、塑料等； ③导电性能介于导体与绝缘体之间的叫半导体，如：硅、锗等。常见半导体有：锗、硅、 砷化镓等，即硅属于半导体材料。 （2）半导体的特性： ①在纯净的半导体中适当地掺入一定种类的极微量的杂质，半导体的导电性能就会成百万 倍的增加--这是半导体最显著、最突出的特性。例如，晶体管就是利用这种特性制成的。 ②当环境温度升高一些时，半导体的导电能力就显著地增加；当环境温度下降一些时，半 导体的导电能力就显著地下降。这种特性称为“热敏”，热敏电阻就是利用半导体的这种 特性制成的。 ③当有光线照射在某些半导体时，这些半导体就像导体一样，导电能力很强；当没有光线 照射时，这些半导体就像绝缘体一样不导电，这种特性称为“光敏”。例如，用作自动化 控制用的“光电二极管”、“光电三极管”和光敏电阻等，就是利用半导体的光敏特性制 成的。 （3）半导体最基本的是二极管和MS 管，原理都是基于型和P 型半导体构成的P 结。二 极管是单向导电器件，可以实现整流控制等。MS 管是栅控器件，是目前集成电路中最基 本的单元。 （4）半导体是微电子产业的基础。控制是它的核心。在半导体中掺入少量的其他元素， 它的导电性能会得到很大改善，从而可以把它们制成： ①光敏电阻：有无光照电阻值差异很大。 ②热敏电阻：温度略有变化，电阻值变化很明显。 ③压敏电阻：电压变化，电阻值明显变化。 （5）二极管：具有单向导电性。三极管：具有将电信号放大的作用。半导体元件的应用 十分广泛，已成为电子计算机和其他电子仪器的重要元件。 2、超导体 （1）在足够低的温度和足够弱的磁场下，其电阻率为零。一般材料在温度接近绝对零度 的时候，物体分子热运动几乎消失，材料的电阻趋近于0，此时称为超导体，达到超导的 温度称为临界温度。 （2）超导材料的特性： ①零电阻性 超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感 生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。 超导现象是20 世纪的重大发明之一。科学家发现某物质在温度很低时，如铅在720K （-26595 摄氏度）以下，电阻就变成了零。 ②完全抗磁性 超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁 场恒为零。 ③约瑟夫森效应 两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1m）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘 层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝 缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射 电磁波，其频率为，其中为普朗克常数，e 为电子电荷。这些特性构成了超导材料在科学 技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。 ④同位素效应 超导体的临界温度T 与其同位素质量M 有关。M 越大，T 越低，这称为同位素效应。例 如，原子量为19955 的汞同位素，它的T 是418 开，而原子量为2034 的汞同位素，T 为4146 开。 （3）超导材料的应用主要有： ①利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热 核反应、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电；可制作通信电缆和天线，其性能优 于常规材料。 ②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。 ③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件 等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高性能集成电路的快10～ 20 倍，功耗只有四分之一。 （4）超导现象： 人们把处于超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然 消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可 以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。超导现象出现的基本标志是 零电阻效应和迈斯纳效应。 3、电阻 （1）符号：R． （2）电路图中的元件符号： （3）定义：电阻是导体对电流的阻碍作用的大小． （4）单位：欧姆．简称：欧．符号：Ω．其他单位：千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）． （5）换算：1MΩ=103kΩ；1kΩ=103Ω． （6）电阻是导体本身的一种性质，与电压、电流无关，与材料、长度、横截面积、温度 等四个因素有关． （7）电阻器的定义：在电子技术中，经常用到具有一定电阻值的元件，叫电阻器，又叫 定值电阻。 4、影响电阻大小的因素 （1）影响电阻大小的因素是：材料、长度、横截面积、温度； （2）控制变量法：物理学中对于多因素的问题，常常采用控制因素的办法，把多因素的 问题变成多个单因素的问题，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。 【考点1 半导体材料的特点与作用】 【典例1-1】（2023•锦州二模）下列物体中用半导体材料制成的是（ ） ． 橡胶手套 B． 双掷开关 ． LED 灯珠 D． 导线 【答】 【分析】根据导电性的不同，材料可分为导体，半导体，绝缘体三大类，容易导电的物 体叫导体；不容易导电的物体叫绝缘体；导电性能介于导体与绝缘体之间的叫半导体， 常见半导体有：锗、硅、砷化镓等。 【解答】解：、橡胶手套是绝缘体，故不符合题意； B、双掷开关，金属部分是导体，故B 不符合题意； 、LED 灯珠是二极管，是由半导体材料制成的，故符合题意； D、导线，金属部分是导体，故D 不符合题意。 故选：。 【典例1-2】（2023•蒲城县二模）新材料被誉为制造业的“基石”。手机、智能家用电器、 军事领域等都离不开芯片，芯片主要是由 半导体 材料制成的；我们不能用湿毛巾 来擦拭正在工作的充电器是因为日常用的水是 导体 。（均填“半导体”“超导 体”或“导体”） 【答】半导体；导体。 【分析】根据导电性的不同，材料可分为导体，半导体，绝缘体三大类，容易导电的物 体叫导体；不容易导电的物体叫绝缘体；导电性能介于导体与绝缘体之间的叫半导体， 常见半导体有：锗、硅、砷化镓等。 【解答】解：手机、智能家用电器、军事领域等都离不开芯片，芯片主要是由半导体材 料制成的；我们不能用湿毛巾来擦拭正在工作的充电器是因为日常用的水是导体，容易 触电。 故答为：半导体；导体。 【变式1-1】（2023•梧州二模）家用电器通电指示灯的主要材料为（ ） ．导体 B．半导体 ．绝缘体 D．超导体 【答】B 【分析】导电能力介于导体和绝缘体之间的材料叫半导体，半导体是制作二极管、三极 管的材料，常用在电子元件上；半导体可以根据各自特点做出许多电阻，例如热敏电阻、 压敏电阻、光敏电阻等等。 【解答】解：LED 灯中的发光二极管由半导体材料制成，其导电能力介于导体和绝缘体 之间，常用的半导体材料有硅、锗等。 故选：B。 【变式1-2】（2023 春•龙岗区期中）汽车芯片，又称集成电路，是半导体元件产品的统称。 目前在汽车上搭载的芯片越来越多，从动力系统，到车机系统，再到安全系统，都能看 到芯片的大量应用。芯片使用的材料（ ） ．导体材料 B．绝缘体材料 ．半导体材料 D．超导体材料 【答】 【分析】（1）容易导电的物体叫导体，不容易导电的物体叫绝缘体。 （2）超导体材料的电阻为零。 （3）半导体材料是制造芯片的主要材料。 【解答】解：汽车芯片，又称集成电路，是半导体元件产品的统称。芯片使用的材料是 半导体材料，故符合题意，BD 不符合题意。 故选：。 【变式1-3】（2023•榆阳区校级模拟）平板电脑方便我们的学习，它的彩色液晶显示屏上 面极易“落”满灰尘，是因为带电体具有 吸引轻小物体 的性质；它的集成电路元 件是利用 半导体 （选填“半导体”或“超导体”）材料制成的。在家中给平板电 脑充电时，平板电脑与其他用电器之间是 并 联的。 【答】吸引轻小物体；半导体；并。 【分析】（1）带电体有吸引轻小物体的性质； （2）集成电路利用了半导体材料； （3）家庭电路中，用电器工作时互不影响，是并联的。 【解答】解：平板电脑方便我们的学习，它的彩色液晶显示屏上面极易“落”满灰尘， 是因为带电体具有吸引轻小物体的性质； 集成电路元件是利用半导体材料制成的； 在家中给平板电脑充电时，平板电脑与其他用电器之间是并联的。 故答为：吸引轻小物体；半导体；并。 【考点2 超导体的特点与作用】 【典例2-1】（2023•思明区校级四模）我国年仅22 岁的优秀青年科学家曾原研究发现：当 两层石墨烯以一个“魔角”叠加在一起时，再加入一定数量的电子，石墨烯的电阻突然 变为0。此现象中石墨烯是（ ） ．绝缘体 B．导体 ．半导体 D．超导体 【答】D 【分析】超导现象是指电阻为零的现象。 【解答】解：由题意知，当两层石墨烯以一个“魔角”叠加在一起时，再加入一定数量 的电子，石墨烯的电阻突然变为0，这种现象叫做超导现象，故D 正确。 故选：D。 【典例2-2】（2022 秋•祁阳县期末）下列物质：①橡胶、②硅、③锗、④干木材；其中 属于半导体的是 ②③ （只填序号）。一些物质在温度很低时，电阻变为 0 ， 超导现象。 【答】见试题解答内容 【分析】导电性能介于导体与绝缘体之间的叫半导体，如：硅、锗等；在足够低的温度 下，其电阻率为零，这种叫做超导现象；容易导电的物质叫导体，例如：金属、石墨、 人体、大地和盐类的水溶液等； 不容易导电的物质叫绝缘体，例如：橡胶、玻璃、瓷、塑料、干木材、油和干燥的空气 等。 【解答】解：橡胶、干木材不容易导电是绝缘体；铜、铁容易导电是导体；硅、锗导电 性能介于导体与绝缘体之间的叫半导体；半导体的导电性比导体弱；一些物质在温度很 低时，电阻变为0，这种叫做超导现象。 故答为：②③；0。 【变式2-1】（2023•历下区二模）1911 年，昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时，观察到 在温度降低到42K 时汞的电阻值突然降低到几乎为零，从而发现超导现象。如果超导材 料在常温下实现应用，可以应用在以下哪个用电器上（ ） ．电风扇 B．电热水器 ．电饭锅 D．电熨斗 【答】 【分析】超导体材料的电阻为零，不能用于制作发热体，可以用来制作输电线和电动机 的线圈，减少能量损失。 【解答】解：电热水器、电饭锅、电熨斗都属于电热器，需要将电能转化为内能，利用 的是电流的热效应，因为超导体材料的电阻为零，所以不能用于这些电器，但是用来制 作电风扇中的电动机线圈，可以减少能量损失，故符合题意，BD 不符合题意。 故选：。 【变式2-2】（2022 秋•山西期末）小明认为超导材料能够用在我们生活的各个方面，小华 反驳道：“不一定，有些地方就不适合用超导材料。”你认为小华的说法 有 （选 填“有”或“没有”）道理，理由是 超导材料的电阻为零，不适合做电热丝 。 【答】有；超导材料的电阻为零，不适合做电热丝 【分析】超导体的电阻为零，不适合用来做电热丝。 【解答】解：小明认为超导材料能够用在我们生活的各个方面，小华反驳道：“不一定， 有些地方就不适合用超导材料。”小华的说法有道理，理由是超导材料的电阻为零，不 适合做电热丝。 故答为：有；超导材料的电阻为零，不适合做电热丝。 【考点3 电阻的概念、单位及大小】 【典例3-1】（2023•平阴县一模）物理学的发展是建立在一代代物理学家的钻研与探索之 上，他们为人类的发展做出了不可磨灭的贡献，人们为了纪念他们，把他们的名字作为 相应物理量的单位。在国际单位制中，电阻的基本单位是运用了下列哪位科学家的名字 （ ） ． 牛顿 B． 安培 ． 欧姆 D． 焦耳 【答】 【分析】根据材中出现的科学家及其贡献进行分析。 【解答】解：力的国际单位以牛顿的名字命名，电流的国际单位以安培的名字命名，电 阻的国际单位以欧姆的名字命名，功和能的国际单位以焦耳的名字命名，故BD 错误， 正确。 故选：。 【典例3-2】（2022 秋•淄川区校级期中）小明用 塑料尺 （选填“钢尺”或“塑料 尺”）在干燥头发上摩擦几下，发现能吸引小纸屑。当尺靠近带负电的小球，小球被排 斥，说明该尺带 负 （选填“正”或“负”）电；当尺接触验电器的金属球时，验 电器的金属箔片张开，验电器的原理是 同种电荷相互排斥 ；在某次作业时他完成 了如下的单位换算：25kV＝ 2500 V，5MΩ＝ 5×10 6 Ω。 【答】塑料尺；负；同性电荷相互排斥；2500；5×106 【分析】（1）塑料是绝缘体，不容易导电，但是可以带电。 （2）同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引。验电器是利用电荷间的相互作用规律来 工作的。 （3）1kV＝1000V；1MΩ＝106Ω。 【解答】解：小明用塑料尺在干燥头发上摩擦几下，发现能吸引小纸屑。当尺靠近带负 电的小球，小球被排斥，同种电荷相互排斥，说明该尺带负电； 当尺接触验电器的金属球时，验电器的金属箔片张开，验电器的原理同种电荷相互排斥； 在某次作业时他完成了如下的单位换算：25kV＝2500V，5MΩ＝5×106Ω。 故答为：塑料尺；负；同性电荷相互排斥；2500；5×106 【变式3-1】（2022 秋•临汾期末）“估测”是一种能力，学习物理后，同学们要学会“估 测”。下列的估测数据中符合生活实际的是（ ） ．一名中学生上二楼需做功约为500 B．家用空调的电流约为02 ．洗衣机正常工作时的电压为220V D．物理实验室中一根导线的电阻约为1kΩ 【答】 【分析】估测法是利用物理概念、规律、物理常数和常识对物理量的数值、数量级进行 快速计算以及对取值范围合理估测的方法，这就要求同学们要学会从生活体验中理解物 理知识和物理规律，并且能将物理知识和物理规律用于对生活现象和生活常识的简单解 释。首先要对选项中涉及的几种物理量有个初步的了解，对于选项中的单位，可根据需 要进行相应的换算或转换，排除与生活实际相差较远的选项，找出符合生活实际的答。 【解答】解：、中学生从一楼走到二楼克服重力做功为：＝G＝mg＝50kg×10/kg×3m＝ 1500，故错误； B、家用空调的电流约为5，故B 错误； 、洗衣机正常工作时的电压为220V，故正确； D、物理实验室中一根导线的电阻非常小，可以忽略不计，故D 错误。 故选：。 【变式3-2】（2022 秋•白云区期末）如图是一种防火警报器，这款警报器的触发装置是石 墨，其原理是电路的电压不变，当有火烧到警报器的触发装置后，石墨的电阻 变小 ，通过触发装置的电流会变大，从而发出警报。当没有电流通过时，石墨的电阻 不 为 0 （选填“为0”或“不为0”）。 【答】变小；不为0。 【分析】石墨是导体，其电阻随温度升高而减小；导体的电阻是导体本身的一种性质， 与导体两端的电压和通过导体的电流无关。 【解答】解：警报器的触发装置是石墨，其原理是整个电路的电压不变，当有火烧到警 报器的触发装置后，石墨的温度升高，电阻变小，通过触发装置的电流会变大。从而发 出警报；当没有电流通过时，石墨的电阻不为0。 故答为：变小；不为0。 【考点4 影响电阻大小的因素】 【典例4-1】（2023•硚口区模拟）如图所示，演示板上固定有、b 两根镍铬合金丝，长度 关系为Lb＝2L，横截面积关系为S＝Sb，将这两根镍铬合金丝分别接入电路，闭合开关， 观察电流表示数。下列说法错误的是（ ） ．该实验可以探究导体的电阻大小跟导体长度的关系 B．接导线时电流表的示数比接导线b 时的示数小 ．图中导线的电阻比导线b 的电阻小 D．若将导线拉伸到跟导线b 一样长，导线的电阻比导线b 的电阻大 【答】B 【分析】导体的电阻大小与导体的长度、横截面积、材料和温度有关，根据控制变量法 的思想，结合题意进行分析。 【解答】解： 、根据题意可知，、b 两根镍铬合金丝的材料相同、横截面积相同，长度不同，可以探 究导体的电阻大小跟导体长度的关系，故正确； B、在温度、材料、横截面积相同时，长度越长，导体的电阻越大，电流表示数越小， 的长度短，电阻小，所以接导线时电流表的示数比接导线b 时的示数大，故B 错误、正 确； D、的长度是b 的一半，则的电阻为b 的电阻的一半；若将导线拉伸到跟导线b 一样长， 此时的长度变为原来的2 倍，横截面积变为原来的一半，两者长度相同，的横截面积小， 则导线的电阻比导线b 的电阻大，故D 正确。 故选：B。 【典例4-2】（2022 秋•细河区期末）如图甲所示，将长度和粗细相同的铜导线和镍铬合金 线分别接入电路，观察发现小灯泡亮度不同，说明导体导电同时对电流有 阻碍作用 ，我们用电阻来表示。这个实验还可以看出 导体材料 影响导体的电阻。图乙探究 电阻的大小与 导体长度 的关系，实验中用小灯泡或电流表来判断电阻大小应用了 转换法 方法，请你说说将小灯泡换成电流表的优点 容易观察微小电流的变化 。 【答】阻碍作用；导体材料；导体长度；转换法；容易观察微小电流的变化 【分析】导体对电流有阻碍作用；影响电阻大小的因素有：材料、长度、横截面积和温 度；当有多个变量时，注意变量只有一个，其它变量都控制相同； 【解答】解：将长度和粗细相同的铜导线和镍铬合金线分别接入电路，观察发现小灯泡 亮度不同，电路中的电流大小不同，说明导体导电同时对电流有阻碍作用；两根合金丝 的粗细、长度相同，材料不同，电阻大小不同，这说明材料可以影响导体的电阻； 图乙中两根合金丝的材料、横截面积相同，长度不同，探究电阻的大小与导体长度的关 系； 实验中用小灯泡或电流表来反映导体电阻的大小，这是转换法的应用； 当电路中的电流较小时，小灯泡的亮度变化较小，把小灯泡换成电流表，容易观察微小 电流的变化。 故答为：阻碍作用；导体材料；导体长度；转换法；容易观察微小电流的变化。 【典例4-3】（2022 秋•湘潭期末）用如图所示实验装置探究影响导体电阻大小的因素，在 实验中使用四根电阻丝，其材料规格及接入后灯泡亮度情况如表所示。 编号 长度/m 横截面积/mm2 灯泡亮度 05 08 亮 B 05 08 较亮 05 04 较暗 D 10 04 暗 （1）实验中通过观察 小灯泡的亮度 比较电阻丝电阻的大小，这是用到了 B （请填选项字母）的研究方法。 ．控制变量法 B．转换法 ．等效替代法 （2）分别将编号为 、 B 的电阻丝接入电路进行实验，可得出结论：导体的电阻大 小与导体的材料有关。 （3）分别将编号为B、的电阻丝接入电路进行实验，可得出结论：导体的电阻大小与 导体的 横截面积 有关。 （4）分别将编号为、D 的电阻丝接入电路进行实验，其得到的实验结论被实际应用到 了 的工作原理中。（请填选项字母） ．电压表 B．电流表 ．滑动变阻