探究影響導體電阻大小的因素 指南

概述

什麼是電阻？簡單來說，就是電子在導體中穿行時遇到的「阻力」。為什麼有些電線粗，有些細？為什麼發熱器要用特殊的合金？本實驗利用高度直觀的電路模型，帶你運用「控制變因法」，拆解決定電阻大小的四個核心要素：材料、長度、粗細（截面積）以及溫度。

背景知識

• 發現者：1826 年，德國物理學家歐姆（Georg Ohm）通過精密的實驗發現了電流、電壓與電阻之間的數學關係，即歐姆定律。
• 艱難的認可：當時科學界普遍崇尚理論推導，輕視實驗數據，歐姆的成果最初遭到冷遇甚至嘲笑，直到多年後才被皇家學會認可。
• 材料科學：後來人們進一步發現，電阻不僅取決於幾何尺寸（長度、面積），還與材料本身的微觀電子結構（電阻率）有關。

核心概念

公式與推導

實驗步驟

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   探究材料的影響

   保持長度和面積滑塊不動，依序切換導體材料為「鎳鉻合金」和「銅」。觀察電流表和燈泡亮度有何變化。不同材料對電流的阻礙作用相同嗎？
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   探究長度的影響

   固定材料和面積。拖動「長度」滑塊改變導線長度。觀察電流表示數和燈泡亮度的變化規律。長度與電阻之間是什麼關係？
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   探究截面積的影響

   固定材料和長度。拖動「截面積」滑塊改變導線粗細。觀察並記錄電流表示數的變化。導線粗細如何影響電阻？
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   探究溫度的影響

   在閉合開關狀態下升高「溫度」滑塊。觀察並記錄電流表示數的變化。溫度對金屬電阻有什麼影響？

學習目標

• 確認導體電阻由材料、長度、截面積和溫度共同決定
• 掌握電阻定律 $R = \rho L/S$ 的定量應用
• 直觀理解電阻與電流之間的反比關係（歐姆定律）
• 學會分析實際電路中導線規格選擇的物理依據

生活應用

• 遠距離輸電：選用電阻率極低的鋁線或銅線，並盡量加粗以減少能量損耗
• 滑動變阻器：通過控制接入電路的導線長度來動態調節電阻和電流
• 白熾燈：利用鎢絲極細、極長的特點產生巨大電阻，從而發光發熱

常見誤區

延伸閱讀

• 維基百科 - 電阻