
一個定律:歐姆定律.一個基本公式:I=U/R.兩個變形公式: U=IR 、 R=U/I.兩個應(yīng)用:歐姆定律在串、并聯(lián)電路中的應(yīng)用.三個實驗:探究電流與電壓的關(guān)系、探究電流與 電阻的關(guān)系、伏安法測電阻.三種方法:控制變量法、等效替代法、轉(zhuǎn)換法.
探究電流與電壓的關(guān)系、探究電流與電阻的關(guān)系
電流與電壓和電阻的關(guān)系
01.探究電流與電壓的關(guān)系02.探究電流與電阻的關(guān)系
第1節(jié) 電流與電壓和電阻的關(guān)系
①控制電阻不變,探究電流與電壓的關(guān)系.②控制電壓不變,探究電流與電阻的關(guān)系.
①控制電阻不變,探究電流與電壓的關(guān)系;②滑動變阻器的作用:改變定值電阻兩端的電壓;③實驗結(jié)論:電阻一定,導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體 兩端的電壓成正比。
①控制導(dǎo)體電壓不變,探究電流與電阻的關(guān)系;②滑動變阻器的作用:控制定值電阻兩端的電壓不變;③實驗結(jié)論:電壓一定,導(dǎo)體中的電流 與導(dǎo)體的電阻成反比。
01探究電流與電壓的關(guān)系
【實驗器材】電源、定值電阻、滑動變阻器、電鍵、電流表、電壓表、導(dǎo)線等?!具M(jìn)行實驗】(1)按電路圖把一個10Ω的定值電阻連接電路。 (2)閉合開關(guān)前,檢查電路中各元件的連接是否正確,將滑動變阻器的滑片調(diào)到阻值最大處。
(3)調(diào)節(jié)滑動變阻器使電阻兩端的電壓分別為 1V、2V、3V、4V、5V、6V,讀出此時相應(yīng)的電流值記入下表中。
【分析論證】(1)分析實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)電流與電壓有關(guān),電流隨電壓的增大而增大,并且成正比。(2)在坐標(biāo)系中根據(jù)各電流值和對應(yīng)的電壓值描點(diǎn),畫出I-U圖像。分析圖像可得出:通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比?!窘Y(jié)論】 在電阻一定時,通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比。
02探究電流與電阻的關(guān)系
【提出問題】電壓一定時,電流與電阻存在怎樣的關(guān)系?【猜想與假設(shè)】因為電阻對電流有阻礙作用,所以若電壓一定,可能電阻越大,電流越小?!驹O(shè)計實驗】要研究電流與電阻的關(guān)系,必須改變接入電路的阻值,所以要更換不同的電阻R接入電路。實驗中要控制電阻R兩端的電壓不變。所以需要在電路中串聯(lián)滑動變速器,通過調(diào)節(jié)滑動變速器,保持電阻R 兩端的電壓不變,電路圖如圖所示。
【實驗器材】電源、不同阻值的定值電阻多個、滑動變阻器、開關(guān)、電流表、電壓表、導(dǎo)線等?!具M(jìn)行實驗】(1)按電路圖連接電路。 (2)閉合開關(guān)前,檢查電路中各元件的連接是否正確,將滑動變阻器的滑片調(diào)到阻值最大處。
(3)把阻值為5Ω的定值電阻接入電路,閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器,使電壓表示數(shù)為3V保持不變,讀出電流表的示數(shù),記錄在下面的表格中。(4)把阻值為5Ω的定值電阻分別更換為10Ω、15Ω、25Ω的定值電阻,調(diào)節(jié)滑動變阻器,使電壓表示數(shù)保持3V不變,讀出電流表的示數(shù),記錄在下面的表格中。
【分析論證】(1)分析實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn):電流與電阻有關(guān),電流隨電阻的增大而減小,且電流與電阻的乘積為一定值,說明電流與電阻并且成反比。(2)在坐標(biāo)系中畫出I-R圖像。分析圖像得出:通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比。【結(jié)論】 在電壓一定時,通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比。
(2)若用干電池做實驗,可以通過改變串聯(lián)干電池的節(jié)數(shù)改變定值電阻兩端的電壓(圖甲);若用學(xué)生電源做實驗,可以通過轉(zhuǎn)動旋鈕來改變定值電阻兩端的電壓(圖乙);
【例題1】小明通過實驗復(fù)習(xí)“探究電流與電壓的關(guān)系”。采用了如下電路進(jìn)行實驗,其中電源電壓4.5V、定值電阻阻值5Ω、最大阻值為10Ω和30Ω的滑動變阻器各一只;①當(dāng)他準(zhǔn)備閉合開關(guān)時,小華攔住了他,說接線有一處錯誤。請在圖中將連接錯誤的導(dǎo)線打“×”,并用筆畫一根正確連接的導(dǎo)線;②正確連接電路后進(jìn)行“探究電流與電壓的關(guān)系”的實驗,實驗中滑動變阻器的主要作用:一是保護(hù)電路;二是___________;
改變定值電阻兩端的電壓
定值電阻的阻值為R=U/I=3V/0.6A=5Ω電源電壓為4.5V,當(dāng)定值電阻兩端的電壓為1.0V時,電路中的電流為I=U/R=1V/5Ω=0.2A此時滑動變阻器兩端的電壓為U滑=U總-U'=4.5V-1.0V=3.5V則此時滑動變阻器接入電路的阻值R滑=U滑/I=3.5V/0.2A=17.5Ω所以滑動變阻器的最大阻值為10Ω。
③實驗數(shù)據(jù)記錄如表一: 實驗時發(fā)現(xiàn)無論如何調(diào)節(jié)滑動變阻器,電壓表都不能達(dá)到1.0V,說明他選用的滑動變阻器的最大阻值是_______(選填“10Ω”或“30Ω”)。換用另一只滑動變阻器后完成了實驗,表一中沒有記錄的數(shù)據(jù)是______;
【例題2】如圖甲所示的實驗電路中,閉合開關(guān)后,滑片P由b端滑到a端,電壓表示數(shù)U與電流表示數(shù)I的變化關(guān)系如圖乙,根據(jù)實驗過程和圖像可以得到的信息中,下列說法錯誤的是( ?。?br/>A.R1為定值電阻,它的阻值為10ΩB.導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端的電壓、導(dǎo)體中的電流無關(guān)C.滑動變阻器中的電流與其兩端的電壓成正比D.用串聯(lián)的滑動變阻器可以改變定值電阻兩端的電壓
01.歐姆定律02.利用歐姆定律進(jìn)行簡單的計算
1. 歐姆定律的內(nèi)容導(dǎo)體中的電流,跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比。2. 數(shù)學(xué)表達(dá)式 (1)如果用U 表示導(dǎo)體兩端的電壓,R 表示導(dǎo)體的電阻,I 表示導(dǎo)體中的電流,那么用公式表示就是:
4. 對公式的理解(1)統(tǒng)一性:I、U、R必須使用國際單位制中的單位,即U—V,R—Ω,I—A。(2)同一性: ① I、U、R是對同一個導(dǎo)體或同一段電路而言的,三者要一一對應(yīng)。②在解題時,習(xí)慣上把同一個導(dǎo)體或同一段電路各個物理量符號的角標(biāo)用同一數(shù)字或字母表示,如I1、R1、U1等。
如圖所示,電燈與電阻并聯(lián)。計算通過電燈的電流時,以電燈為研究對象,用該燈兩端的電壓U燈除以該燈電阻R燈的大小:
2. 利用歐姆定律解答計算題的一般步驟第一步:可采用“去表法”判斷電路的連接方式,將電壓表去掉,將電流表看成一段導(dǎo)線,畫出等效電路圖,然后進(jìn)行判斷。判斷出電路的連接方式后,再將電壓表和電流表“恢復(fù)”到原來的位置,明確各測量哪部分電路兩端的電壓和電路中的電流。第二步:認(rèn)真審題,在電路圖(或畫出的電路圖)上標(biāo)出已知量、待求量。第三步:找出各物理量之間的關(guān)系;利用歐姆定律和串、并聯(lián)電路電流、電壓的關(guān)系列出關(guān)系式,列式時要注意公式成立的條件。第四步:討論結(jié)果的合理性,得出答案。
3. 酒精濃度檢測儀酒精測試儀實際上是由酒精氣體傳感器R1(相當(dāng)于隨酒精氣體濃度變化的變阻器)、一個定值電阻R2及一個電流表和電壓表串聯(lián)組成。
酒精氣體傳感器的電阻值R1隨酒精氣體濃度的增大而減小,如果駕駛員呼出的酒精氣體濃度越大,那么傳感器的電阻值R1越小,根據(jù)歐姆定律I=U/R可知,電路中的電流越大,則定值電阻R2兩端的電壓U2=IR2越大,即測試儀的示數(shù)越大。
4. 車重表 (1)圖為設(shè)計的高速公路收費(fèi)站計重秤的原理圖。該原理圖中,R2為滑動變阻器。若車重表是由電流表改裝而成,現(xiàn)將它串聯(lián)在圖中位置,則當(dāng)車越重時,變阻器的滑片向下滑,連入電路的阻值變小,電路中的電流變大,即車重表的示數(shù)將變大。
(2)若車重表是由電壓表改裝而成,現(xiàn)將它并聯(lián)在R1兩端,則當(dāng)車越重時,變阻器的滑片向下滑,電路中的電流變大,R1兩端的電壓變大,即車重表的示數(shù)將變大。
【例題1】如圖是一種自動測定油箱內(nèi)油面高度的裝置。其中R是滑動變阻器的電阻片,滑動變阻器的滑片P跟滑桿連接,滑桿可以繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動,則下列說法正確的是(??? )A.電路中R和R0是并聯(lián)連接的B.油量表是由電流表改裝而成的C.位越高,通過R0的電流越小D.油位越低,R兩端的電壓越大
【例題2】如圖所示,電源電壓保持不變,電流表與電壓的變化如乙圖所示,R1=10Ω,當(dāng)閉合開關(guān)S,滑動變阻器滑片P從a端移到b端,則電源電壓和滑動變阻器的最大值分別為( )A.6V 20Ω B.4V 20Ω C.6V 10Ω D.4V 10Ω
01.伏安法測電阻02.伏安法測小燈泡的電阻03.特殊方法測電阻
方案二:使用滑動變阻器改變待測電阻兩端的電壓。
串聯(lián)一個滑動變阻器,移動滑片,就可以改變定值電阻兩端的電壓和流過的電流。電路設(shè)計如圖所示。如圖所示,當(dāng)變阻器的滑片P向左移動時,變阻器連入電路的阻值變小,則待測電阻兩端的電壓變大,通過的電流也變大?!驹O(shè)計表格】
【進(jìn)行實驗】①根據(jù)電路圖連接電路。②閉合開關(guān),移動滑動變阻器的滑片來改變待測電阻兩端的電壓,記下相應(yīng)的電壓表示數(shù)和電流表示數(shù)并填在表中。③斷開開關(guān),整理器材,結(jié)束實驗。④算出待測電阻的阻值大小及電阻的平均值并填入表中。
【數(shù)據(jù)處理】 將每次測量的電壓值、電流值代入公式,分別求出待測電阻的阻值R1、R2 、R3,計算出它們的平均值。
計算電阻的平均值: R =(5Ω+5.1Ω+5.2Ω)/3=5.1Ω
【分析與討論】畫出定值電阻的I-U圖像,分析圖像發(fā)現(xiàn):當(dāng)定值電阻兩端的電壓改變時,通過它的電流也隨之而改變,但電壓與電流的比值不變,即電阻不變,同時證明了導(dǎo)體的電阻是由自身的性質(zhì)所決定的,與電壓和電流無關(guān)。
02伏安法測定小燈泡的電阻
【數(shù)據(jù)處理】將每次測量的電壓值、電流值代入公式,分別求出小燈泡的阻值R1、R2 、R3,發(fā)現(xiàn)燈絲的電阻值是變化的。
【分析與討論】畫出小燈泡的I-U圖像,發(fā)現(xiàn)小燈兩端的電壓與電流之比(電阻)不是一個定值;當(dāng)小燈兩端電壓越大時,燈絲電阻越大。原因是當(dāng)燈兩端電壓變大時,燈絲溫度升高。
“測小燈泡的電阻”和“測定值電阻阻值”的實驗比較
分別計算出每次測量的電阻,然后求出平均值
分別計算出每次測量的燈泡電阻,然后尋求普遍規(guī)律
當(dāng)小燈兩端電壓越大時,燈絲電阻越大
1. 伏阻法測電阻(利用電壓表測量)(1)方法一:① 把定值電阻R0和未知電阻Rx串聯(lián)起來,如圖所示。②用電壓表分別測量出兩者的電壓U0、Ux。③計算出未知電阻Rx阻值的表達(dá)式為:
(2)方法二:①如圖所示,首先將開關(guān)S、S0閉合,讀出電壓表的示數(shù),記為U;斷開開關(guān)S0,讀出電壓表的示數(shù)為Ux。 ②計算:定值電阻R0兩端的電壓為U-Ux,則電路中的電流為:
(R′為滑動變阻器的最大阻值)
(3)方法三 ① 把未知電阻Rx和滑動變阻器R' 和串聯(lián)起來,如圖所示。 ②如圖所示,滑片置于阻值最小的位置,閉合開關(guān),記下電壓表示數(shù)U1;滑片置于阻值最大的位置,記下電壓表示數(shù)U2。③計算出未知電阻Rx阻值的表達(dá)式為:
閉合S和S1,電流表測量R0和Rx并聯(lián)的總電流為I1;閉合S斷開S1,電流表測量通過Rx的電流為I2,根據(jù)U=IR求出并聯(lián)電路各支路兩端的電壓U=(I1-I2)R0 電阻Rx的阻值
2. 安阻法測電阻(利用電流表測量)(1)方法一:①如圖,閉合S和S1,記錄電流表的示數(shù)I1;②閉合S斷開S1,記錄電流表的示數(shù)I2;③用R0和測量出來的物理量表示Rx。
(2)方法二 ①如圖所示,閉合開關(guān)S1、S2,記下電流表示數(shù)為Ix;②斷開開關(guān)S2,記下電流表示數(shù)為I,未知電阻Rx阻值的表達(dá)式為:
【例題1】如圖是小唐同學(xué)進(jìn)行“伏安法測電阻”的實驗電路圖。關(guān)于該實驗下列說法正確的是( ?。〢.滑動變阻器的作用是多次改變電源電壓B.多次測量取平均值是為了尋找普遍規(guī)律C.測小燈泡電阻也需要多次測量求平均值D.該電路圖還能探究“電流與電壓的關(guān)系”
【例題2】在“用伏安法測小燈泡電阻”的實驗中,待測小燈泡額定電壓為2.5V。(1)請用筆畫線代替導(dǎo)線,將圖甲的實物圖補(bǔ)充完整;(2)當(dāng)開關(guān)閉合后,發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮,電壓表示數(shù)接近電源電壓,電流表無示數(shù),可能是因為________;(3)如圖乙,分析I-U圖像可知,小燈泡正常工作時電阻為____Ω;(4)分析圖像,小燈泡燈絲兩端的電壓增大時,其電阻____(變化/不變)。
依題意知,小燈泡額定電壓為2.5V,所以電壓表接0~3V的量程,由乙圖知,通過小燈泡的電流沒有超過0.6A,所以電流表接0~0.6A的量程,實物圖連接如圖所示。
多次測量取平均值減小誤差
(3)該實驗進(jìn)行多次測量,求出多組電壓與電流值,由歐姆定律求出電阻值,然后求平均值,可以減小誤差。(4)電壓表的量程是0~3V,當(dāng)電壓表示數(shù)為3V時,電路的電流最大,變阻器連入電路的電阻最小,電路中的電流 由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和歐姆定律得到變阻器的最小阻值滑動變阻器的最大阻值為50Ω ,在保證電路安全的情況下,滑動變阻器連入電路的阻值范圍是10~50Ω。
歐姆定律在串并聯(lián)電路中的應(yīng)用
01. 歐姆定律在串聯(lián)電路中的應(yīng)用02. 歐姆定律在并聯(lián)電路中的應(yīng)用
串聯(lián)電路電流、電壓、電阻的規(guī)律
串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各串聯(lián)用電器兩端的電壓之和。
串聯(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)電阻之和。
串聯(lián)電路中,各電阻兩端的電壓與它們電阻的大小成正比。
串聯(lián)電路中電流處處相等。
并聯(lián)電路電流、電壓、電阻的規(guī)律
并聯(lián)電路干路中的電流等于各支路的電流之和。
并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓都相等。
并聯(lián)電路總電阻的倒數(shù),等于各并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和。
并聯(lián)電路中,各支路電流與支路電阻大小成反比。
01歐姆定律在串聯(lián)電路中的應(yīng)用
1. 串聯(lián)電路中電流的計算根據(jù)串聯(lián)電路電流的規(guī)律,通過電阻R1的電流和通過電阻R2的電流相等,都等于I。電阻R1 兩端的電壓U1=IR1,R2兩端的電壓U2=IR2。根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律U = U1 + U2,有U = IR1 + IR2= I(R1+R2)可求得
串聯(lián)電路中通過某個電阻的電流或串聯(lián)電路的電流,等于電源兩端電壓除以各分電阻之和。
由歐姆定律可知: U1=IR1 U2=IR2 U=IR因為在串聯(lián)電路中: U=U1+ U2 I=I1=I2所以 R=R1+R2
結(jié)論:串聯(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)電阻之和。
2. 理論推導(dǎo):串聯(lián)電路中總電阻與分電阻的大小關(guān)系
結(jié)論:串聯(lián)電路中各電阻兩端的電壓與它們電阻的大小成正比.
因為 I1=I2由歐姆定律可知: U1=I1R1 U2=I2R2所以
3. 串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)
(1)動態(tài)電路就是指電路中的電流、電壓或電阻發(fā)生了變化,一般情況下,都是反映在電流表與電壓表示數(shù)的變化。大多都是下列幾種情況下引起的:①滑動變阻器的滑片P的位置變化引起;②開關(guān)的斷開或閉合引起;③電路出現(xiàn)的故障(短路和斷路)引起。(2)分析動態(tài)電路用到的知識:①歐姆定律;串聯(lián)電路中電流、電壓及電阻的關(guān)系;②滑動變阻器的使用知識;電流表、電壓表的使用知識;③短路與斷路知識。
02歐姆定律在并聯(lián)電路中的應(yīng)用
定值電阻R1和R2并聯(lián),電源電壓為U.并聯(lián)電路各支路兩端的電壓相等 U1=U2通過電阻R1的電流為: I1=U1 /R1通過電阻R2的電流為: I2=U2 /R2并聯(lián)電路的總電流
1. 并聯(lián)電路中總電流的計算
并聯(lián)電路中干路電流等于各支路兩端電壓除以本支路電阻的和。
(1)并聯(lián)電路中的總電阻在并聯(lián)電路中,兩個電阻R1和R2對電流的阻礙作用,也可以用一個電阻R替代,若通過這一個電阻的電流與原來兩個電阻的總電流相同,則這個電阻R就叫這個并聯(lián)電路的總電阻。
2. 并聯(lián)電路中的總電阻和分電阻的關(guān)系
(2)理論推導(dǎo):并聯(lián)電路中的總電阻和分電阻的關(guān)系 由歐姆定律知: I1=U1/R1 I2=U2/R2 I=U/R 在并聯(lián)電路中: U=U1=U2 I=I1+I2
結(jié)論:并聯(lián)電路總電阻的倒數(shù),等于各并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和。
并聯(lián)電路各支路兩端的電壓相等, U1=U2因為 U1= I1R1 U2= I2R2即 I1R1= I2R2所以
3. 并聯(lián)電路的分流特點(diǎn)
結(jié)論:并聯(lián)電路中,各支路的電流與支路電阻的大小成反比.
并聯(lián)電路中電流表與電壓表示數(shù)的變化主要由以下三個方面引起:①滑動變阻器的滑片P的位置變化引起;②開關(guān)的斷開或閉合引起;③電路出現(xiàn)斷路故障引起。
4. 并聯(lián)電路動態(tài)分析
【例題1】如圖所示,電源電壓保持不變, R0是定值電阻,R是光敏電阻,其阻值隨光照的增強(qiáng)而減小。閉合開關(guān),逐漸減小R的光照強(qiáng)度,電表示數(shù)的變化情況是( ?。〢.A表和V表示數(shù)均變大 B.A和V表示數(shù)均變小C.A表示數(shù)變大,V表示數(shù)變小 D.A表示數(shù)變小,V表示數(shù)變大
【例題2】如圖所示電路,R1的阻值為15Ω,電源電壓6V不變,電流表的量程為0~0.6A,求:(1)開關(guān)S閉合、S1斷開時,電流表的示數(shù)。(2)開關(guān)S、S1都閉合時,電阻R2的最小阻值。
(1)開關(guān)S閉合、S1斷開時,只有R1工作,電流表測R1的電流, I1=U/R1=6V/15Ω=0.4A,即電流表示數(shù)為0.4A。(2)開關(guān)S、S1都閉合時,R1與R2并聯(lián),根據(jù)電流表量程可知,干路的總電流最大為0.6A,由并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)可知,通過R2的最大電流 I2=I-I1=0.6A-0.4A=0.2A R2兩端的電壓為U2=U=6V R2的最小阻值為R2=U2/I2=6V/0.2A=30Ω
【例題3】如圖甲所示,電源電壓為18V,滑動變阻器標(biāo)有“20Ω 1A”,當(dāng)開關(guān)S閉合,滑動變阻器滑片P滑至中點(diǎn)時,電壓表的示數(shù)如圖乙所示,下列說法不正確的是( )A.定值電阻R的阻值為10Ω B.電路的最小電流為0.6AC.滑動變阻器滑片P移動到最左端時,電流表示數(shù)最大D.滑動變阻器滑片P移動到最右端時,電壓表示數(shù)最大
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