2.研究导体的电阻跟哪些因素有关运用的是控制变量法,即把多变量的问题,转化为多个单变量的问题,分别加以研究,最后加以综合。
[范例精析]
[例1]铅笔芯的主要成分是石墨。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,写字用软硬道中的HB铅笔,制图用6H硬铅笔。铅笔芯是导体,那么铅笔芯的电阻大小与其软硬度有什么关系呢?请你设计一个实验方案对这个问题进行探究。
(1)写出主要实验步骤及所要测量的物理量(用字母表示)。
(2)分析测得的物理量,说明铅笔芯电阻大小与铅笔芯软硬度的对应关系。
[解析]根据电阻的定义,利用电流与电阻的关系来设计实验方案,主要通过测量电流,根据电流的的变化,反映电阻的不同,设计过程中要运用控制变量的思想。
[答案]a.用导线将电源、开关和电流表,依次与长度和横截面积都相同的软铅笔芯和硬铅笔芯连成串联电路。
b.闭合开关,分别读出电流表的示数I1、I2、I3 。
(2)若I1=I2=I3,则铅笔芯的电阻大小与软硬度无关。
若I1>I2>I3,则长度、横截面积相同时,铅笔芯的硬度越大,电阻越大。
若I1<I2<I3,则长度、横截面积相同时,铅笔芯的硬度越大,电阻越小。
[点评]“勇于探究日常用品中的物理学原理,有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识”是新课程目标之一.本题以铅笔芯为情境,围绕“铅笔芯的电阻大小与其软硬度有什么关系?”这一疑问的解决,考查学生利用身边有限的常用工具,解决实际问题的能力。
[例2]如图所示,AC、EG分别为长度和粗细都相同的锰铜丝和镍铬合金丝,B、F分别为这两段电阻丝的中点,张明同学用该装置做“探究决定电阻大小的因素”实验,记录数据见下表:
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步骤 |
M接 |
N接 |
电流/A |
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1 |
A |
C |
0.5 |
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2 |
A |
B |
1.0 |
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3 |
A和C |
B |
2.0 |
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4 |
E |
G |
0.2 |
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5 |
E |
F |
0.4 |
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6 |
E和C |
F |
0.8 |
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(1)比较步骤 ,得出结论:导体电阻大小与材料有关。
(2)比较步骤1和2(或4与5),得出结论: ;
(3)比较步骤2和3(或5与6),得出结论: ;
(4)张明同学在完成上述实验后,将M同时接到A和E,N同时接到C和G,读出电流表示数为0.7A,再与步骤1与4结果相比较,又悟出一个电流规律: 。
[解析]在步骤1和4中,两个导体的长度、粗细相同,只是材料不同,用它们进行实验能够得出导体电阻与材料的关系。步骤1和2中导体只是长度不同,其它因素均相同,所以能得出导体电阻与长度的关系。步骤3中将AC对折并在一起,增大了横截面积,相对步骤2来说两个导体只是横截面积不同,其它因素均相同,所以能得出导体的电阻与横截面积的关系。将M同时接到A和E,N同时接到C和G,这样把AC和EG两个导体并联起来,得出并联电路电流的规律。
[答案](1)1与4 (2与5;3与6) ;(2)横截面积相同时,导线越长电阻越大;(3)长度相同时,横截面积越大电阻越小;(4)并联电路的总电流等于各支路电流之和
[点评]本题考察学生运用控制变量法对问题进行探究的能力。
[例3]常用的导线通常是用铜或铝做的,特别重要的用电设备的导线还要用昂贵的银来做.
(1)你相信“导线还要用昂贵的银来做”是真的吗?简要说明你的理由.
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(2)你将如何进一步论证或证明你的观点和想法是正确的.
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