【题目编号】MC1-0936
【题目】物理量“电阻”描述的是:
【答案】A
[A]电路从一点到另一点阻碍电流通过的能力大小
[B]电子克服电路阻力所需的能量大小
[C]电路阻碍电流通过所消耗的能量大小
[D]电路阻断电流所需的过渡时间
考点速览
本题考物理量电阻的定义,答案是电路从一点到另一点阻碍电流通过的能力大小。电阻是电学里最基础也最容易被误解的量:它不是能量,不是时间,也不是电压,而是描述阻碍这一属性本身。业余无线电中,从天线振子的辐射电阻、馈线的特性阻抗,到功放管的工作点,处处都要用到电阻的概念,把它和能量、时间混起来,后面的计算就会全错。
电阻的定义与三个易混量
电阻的定义式来自欧姆定律的变形:电阻等于电压除以电流,也就是 R 等于 U 除以 I。一欧姆的定义是:在导体两端加上一伏特电压、其中流过一安培电流时,该导体的电阻。这个定义告诉我们,电阻是一个比值,反映的是同样的电压下能流过多大的电流。
对于一段均匀材料,电阻还有几何与材料层面的表达式:电阻等于电阻率乘以长度再除以横截面积。电阻率取决于材料本身,铜的电阻率低,镍铬合金高,后者因此被用来做电热丝。长度翻倍电阻翻倍,截面翻倍电阻减半,这三者的关系是工程估算的基础。
温度也影响电阻。金属的电阻随温度升高而增大,属于正温度系数;碳和某些半导体材料则相反。功放管、假负载、大功率电阻在工作一段时间后阻值会变化,正是温度在起作用。而天线的辐射电阻则完全不同,它是一个等效量,把天线辐射出去的能量折算成看起来像电阻的量,并不像普通电阻那样发热。
电阻的单位是欧姆,能量的单位是焦耳,时间的单位是秒,三者不能互相替换。电流通过电阻时会消耗能量、产生热量,消耗的功率等于电流平方乘电阻,消耗的能量还要再乘以时间。所以电阻回答的是阻碍多强,消耗的能量回答的是总共损失多少,中间隔着电流和时间两个因素。
同样的电阻,通过不同电流、持续不同时间,消耗的能量可以相差很多;但电阻的数值本身并不随之改变。反之,两个阻值不同的电阻,只要电流与时间的组合合适,消耗的能量也可以相同。
逐项辨析
选项 A 正确。电阻描述的是电路从一点到另一点阻碍电流通过的能力大小,这正是电阻的定义。题干强调能力大小,落在属性层面,表述准确。
选项 B 错误。电子克服电路阻力所需的能量大小说的是能量,单位应为焦耳。它把电阻当作能量的度量,混淆了阻碍多强和为了克服阻碍要付出多少能量。同样的阻碍,走的路越长、电流越大,付出的能量越多,可见它不是阻碍本身。
选项 C 错误。电路阻碍电流通过所消耗的能量大小同样落在能量上,而且把电阻等同于损耗。电阻确实会导致能量损耗,但定义电阻并不需要提到损耗——一个理想的无损耗等效电阻在天线理论里照样存在,辐射电阻就是这种只辐射不发热的等效电阻。
选项 D 错误。电路阻断电流所需的过渡时间说的是时间,单位是秒。电阻并不会阻断电流,更不存在阻断所需时间这种属性。电流在电阻上是被削弱而不是被切断,把电阻理解成开关或延时元件,方向就偏了。
电阻的几种常见形态
固定电阻、可变电阻、热敏电阻、光敏电阻,这些是元件层面的分类。电路层面则分为导体电阻、接触电阻、绝缘电阻、内阻等。射频工程里还有几个特殊名词容易考到:特性阻抗描述传输线本身,与长度无关;输入阻抗描述电路端口看进去的等效阻抗;辐射电阻描述天线把功率辐射出去的能力。
绝缘电阻也值得一提。绝缘材料并非绝对不导电,只是电阻极大,常在兆欧量级;受潮、老化、积尘都会让它下降,漏电流增大,可能引起设备故障甚至触电,所以潮湿环境对绝缘要求更高。
易混淆点
电阻与阻抗是最常被搞混的一对。直流和纯电阻交流电路里,两者数值相同;一旦电路里有电感和电容,阻抗就要用复数描述,其模等于电阻平方加电抗平方再开根号。判据是:只提阻碍且针对电流本身,是电阻;提到对交流的阻碍,且需要考虑频率与相位,是阻抗。
另一个易混点是电阻与电阻率。电阻是具体物体的属性,随尺寸变化;电阻率是材料的属性,与尺寸无关。说铜的电阻小是错的,应当说铜的电阻率小。
应试要点
一句话:电阻等于电压比电流,量的是阻碍,单位欧姆;材料不变时越长越阻,面积不变时越细越阻。看到选项里出现能量、焦耳、消耗多少或时间、过渡这类字眼,就是在拿别的物理量冒充电阻,直接排除。记准定义式与几何式两条线,绝大多数电阻类题目都能当场判定。