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1、歐姆定律
【考點聚焦】本部分知識涉及到的的考點有:
1.歐姆定律表達式及其所揭示的物理意義。
2.歐姆定律的表達式的變形和應(yīng)用。
3.會用電壓表、電流表測電阻。
4.電流與電壓、電阻的關(guān)系。
5.歐姆定律實驗的電路圖的設(shè)計,實物圖的連接,實驗所得數(shù)據(jù)的分析。
【呈現(xiàn)形式】
歐姆定律是電學(xué)中的一個重要定律。它可以在各種題型中出現(xiàn),例如運用歐姆定律的變形公式進行電學(xué)量的計算;進行實驗設(shè)計,包括實驗方案的設(shè)計,電路圖的設(shè)計,以及實物連接和電路連接等等,同時還可以進行探究性試題的考查。如數(shù)據(jù)處理與分析,研究方法等,總之,這方面仍會有較大的加強。
【知識結(jié)構(gòu)】
一、歐姆定律的表述:導(dǎo)
2、體中電流,跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比。
二、數(shù)學(xué)表達式及變形公式:I=U/R。U=IR,R=U/I
三、用電壓表和電流表測電阻,簡稱“伏安法”測電阻。用電壓表和電流表分別測出某個導(dǎo)體兩端的電壓和通過它的電流,在根據(jù)歐姆定律公式變形后得出R=U/I,計算出這段導(dǎo)體電阻的一種方法
四、歐姆定律的應(yīng)用
電流(I )
電壓(V)
電阻(R)
串聯(lián)電路
I=I1=I2
U=U1+U2
R=R1+R2
并聯(lián)電路
I=I1+I2
U=U1+U2
1/R=1/R1+1/R2
【方法提示】
1.控制變量法研究物理問題
用實驗來探究一個量隨兩個兩(或多個)量變
3、化的關(guān)系時,要保持一個(或幾個)量不變,只改變一個量,研究這個量與該變量之間的關(guān)系。把一個兩因素(或多因素)的問題變成兩個(或多個)單因素問題的研究方法,稱為控制變量法。
“研究導(dǎo)體中電流與導(dǎo)體兩端的電壓之間的關(guān)系跟電壓、電阻的關(guān)系”和“研究電流與電阻的關(guān)系”就是采用這一方法,從而總結(jié)出歐姆定律。
探究“通過實驗研究電流跟電壓、電阻的關(guān)系”時,可以采用下列一般程序:
圖1
圖2
①提出問題。電流跟電壓、電阻有什么樣的關(guān)系?
②猜想與假設(shè).由電壓是產(chǎn)生電流的原因猜想:電壓越高,電流可能越大;有電阻是導(dǎo)體對電流的阻礙作用猜想:電阻越大,電流可能越小。
③設(shè)計實驗.設(shè)計電路要有這樣的功
4、能:能使電阻不變,改變電壓,從而測出電流;使電壓不變改變電阻。電路圖如圖1所示
④結(jié)論與理解:“當(dāng)電阻不變時,導(dǎo)體中電流跟導(dǎo)體兩端電壓成正比;當(dāng)導(dǎo)體兩端電壓一定時,導(dǎo)體中的電流跟電阻成反比?!崩斫饨Y(jié)論時,前提條件不能丟,不然就會容易出現(xiàn)錯誤。
【例題1】如圖2所示閉合開關(guān)S后調(diào)節(jié) ,使R兩端電壓 地變化,某同學(xué)記錄如表一,請把漏掉項補上.
根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可得到結(jié)論: .
換用不同的定值電阻使電阻成 的變化,調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,保持每次電阻
5、兩端的電壓不變,記錄的不同值和對應(yīng)的電流見表二:
電阻R=10Ω
電壓(V)
3
6
電流(A)
0.3
0.9
電壓U=6V
電阻(Ω)
5
10
15
電流(A)
1.2
0.6
0.4
根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可得到結(jié)論: 。
【解析】為了方便地分析實驗數(shù)據(jù)得到結(jié)論,實驗時電壓和電阻都應(yīng)成“整數(shù)倍數(shù)”地變化,在電阻不變的情況下,導(dǎo)體中的電流是隨導(dǎo)體兩端電壓的改變而改變,而不是電壓隨電流的改變而改變。在電壓一定的情況下,電流隨電阻的改變而改變,而不能說成電阻隨電流的改
6、變而改變,因為電阻是導(dǎo)體本身的特征,它是不會隨電流的變化而變化的.
2.正確理解歐姆定律及其變形公式
歐姆定律中的“成反比”和“成正比”兩個關(guān)系,實在當(dāng)導(dǎo)體的電阻一定時,通過導(dǎo)體的電流跟它兩端的電壓成正比;當(dāng)代替兩端的電壓一定時,通過導(dǎo)體的電流跟它的電阻成反比。
R=U/I,說明電阻等于導(dǎo)體兩端的電壓和通過它的電流的比值,但導(dǎo)體的電阻R與U和I無關(guān)。U=0時,R≠0,導(dǎo)體中的電阻取決于其材料、長度、橫截面積和溫度。
【例題2】對于公式R=U/I,下列說法正確的是 〔 〕
A.導(dǎo)體中的電流越大,則電阻越大
B.加在導(dǎo)體兩端的電壓
7、越大,則電阻越大
C.導(dǎo)體的電阻與電壓成正比,與電流成反比
D.導(dǎo)體的電阻等于導(dǎo)體兩端的電壓與通過導(dǎo)體的電流之比
【解析】對于I=U/R,當(dāng)R不變時,I與U成正比;當(dāng)U一定時,I與R成反比;I、U、R三者不能隨意用正比、反比關(guān)系.對于R=U/I,它是電阻的計算式,R 的大小取決于導(dǎo)體本身的因素。
3.歐姆定律在解決實際電路中的靈活運用
圖3
利用歐姆定律可以解決的問題有:(1)電路中的電流強度;(2)導(dǎo)體兩端的電壓;(3)可以用電流表、電壓表測電阻.
【例題3】如圖3所示電路,電源電壓U=4.5V且保持不變,R1=5Ω,滑動變阻器的最大阻值為20Ω,電流表量程為0∽0.6A,電壓
8、表的量程為0∽3V,通過分析計算:說明滑動變阻器R2允許的取值范圍
【解析】關(guān)于器材規(guī)格的計算問題,一般有根據(jù)器材規(guī)格進
行計算或根據(jù)計算選擇器材規(guī)格.一般采用斷值法來分析,即從問題的兩個極斷來考慮進行分析計算。
電路中R1與R2串聯(lián),電壓表測量R2兩端的電壓.
(1)當(dāng)滑片P向左端移動時,R2減小,電路中電流增大,R2兩端的電壓減小,電流表的量程為0∽0.6A,即電路中的電流最大值為0.6A,那么此時R2接入電路中的值為最小值R2min U1=I1R1=3V U2=4.5V-3V=1.5V 所以R2min=U2/I2=2.5Ω
(2)當(dāng)滑片向右端移動時,R2增大,R
9、2兩端的電壓增大,電壓表的量程為0∽3V,即R2兩端的最大值為3V,此時R2接入電路中的阻值為最大值R2max=10Ω
綜上所述R2的取值范圍為2.5Ω≤R2≤10Ω
4.伏安法測電阻
(1)實驗原理;(2)實驗器材;(3)實驗記錄表格設(shè)計;(4)實驗電路圖;(5)實驗步驟;(6)實驗數(shù)據(jù)分析;(7)實驗結(jié)果。
圖4
圖5
【例題4】如圖4甲是用伏安法測小燈泡電阻的實驗電路圖,已知滑動變阻器的阻值范圍是0∽10Ω,電源電壓為6V。電壓表和電流表均為雙量程學(xué)生用電表.燈的阻值大約為10∽15Ω,實驗時電壓表和電流表應(yīng)分別選用說明量程?將圖4乙的實物根據(jù)要求連成電
路.
若開關(guān)
10、閉合時,電壓表的示數(shù)為3V,要使燈兩端電壓為4V,滑動變阻器的滑片如何移動?為什么?
【解析】由題意可知,被測小燈泡與滑動變阻器R串聯(lián),當(dāng)滑片P移到左端時電路中的電阻最小約為10Ω,此時電路中的電流最大值為I=0.6A,所以電流表的量程應(yīng)選0∽0.6A.由于電源電壓為6V,在滑動變阻器的滑片移動過程中,電壓表的示數(shù)大于3V,故應(yīng)選0∽15V的量程.
實物連接如圖5所示.
若開關(guān)閉合時電壓表示數(shù)為3V,要求燈兩端的電壓增大到4V,必須增大通過燈的電流,即減小電路中的電阻,滑動變阻器的滑片向左移.
【對應(yīng)訓(xùn)練】
導(dǎo)體兩端電壓
導(dǎo)體的電阻
通過導(dǎo)體的電流
2V
5Ω
0.4A
11、
2V
10Ω
0.2A
2V
20Ω
0.1A
1.根據(jù)下列一組實驗數(shù)據(jù),可以得到的結(jié)論是 [ ]
A.導(dǎo)體電阻一定時,電壓跟電流成正比
B.導(dǎo)體電阻一定時,電流跟電壓成正比
C.電壓一定時,電阻跟電流成反比
D.電壓一定時,電流跟電阻成反比
2.由歐姆定律導(dǎo)出公式R=U/I,下列說法中正確的是 〔 〕 A.導(dǎo)體的電阻和它兩端的電壓成正比
B.導(dǎo)體的電阻和通過它的電流成反比
C.當(dāng)導(dǎo)體兩端電壓為零時,它的電阻也為零
D.以上說法都
12、不正確
圖6
3.在測電阻實驗,如圖6中a、b電表分別表示 〔 〕
A.a(chǎn)是電流表,b是電壓表
B.a(chǎn)是電壓表,b是電流表
C.a(chǎn)、b都是電壓表
D.a(chǎn)、b都是電流表
4.圖7所示為測定電阻的電路圖。如果某同學(xué)在操作中兩電表的量程選擇正確,但不
圖7
慎將兩電表的位置對調(diào)了一下,則開關(guān)閉合后 〔 〕
A.電流表、電壓表均損壞 B.電流表損壞
C.電壓表損壞 D.電流表、電壓表都不損壞
5.在電壓不變的情況下, 和_____成反比;在電阻一定的情況下,_
13、____和_____成正比。
6.一段導(dǎo)體兩端電壓為5V時,導(dǎo)體中的電流強度為0.5A,若導(dǎo)體兩端電壓增加一倍,導(dǎo)體中的電流應(yīng)為_____;當(dāng)電壓變?yōu)榱銜r,導(dǎo)體的電阻為 。
7.在研究歐姆定律的實驗中,我們先保持___ 不變,得出導(dǎo)體中的 跟這段導(dǎo)體兩端的電壓關(guān)系;然后保持___ 不變,得出導(dǎo)體中的 跟這段導(dǎo)體電阻的關(guān)系?!?
8.要測定某一導(dǎo)體的電阻,只要測出導(dǎo)體兩端的____ 和導(dǎo)體中的____ ,即可用公式____ 計算出待測電阻。這種
14、測電阻的方法叫做____ 法。
9.有兩個電阻阻值分別為4Ω和6Ω,串聯(lián)后接到某電源上,那么兩電阻中的電流之比為____,兩電阻兩端的電壓之比為____ ,電路的總電阻為____ Ω。如把這兩個電阻改為并聯(lián)后接到原電路中,那么兩電阻中的電流之比為____ ,兩個電阻兩端的電壓之比為____ ,電路的總電阻為____ Ω。
圖8
10. 圖8為伏安法測電阻的實驗電路圖,要求:
(1)在圖中填上電表的符號。
(2)在圖中標(biāo)出電表的正、負(fù)接線柱。
15、
(3)如要使電流表的讀數(shù)變小,滑動變阻器的滑片P
應(yīng)向圖中_______(左或右)端滑動。
圖9
11. 如圖9所示,R1=10Ω,R2=20Ω,R3=30Ω,電源電壓恒定不變,若開關(guān)S1閉合,S2斷開時,電流表的讀數(shù)是0.3A,求(1)電源電壓多大?(2)當(dāng)S1和S2都斷開時,電流表的讀數(shù)多大?(3)當(dāng)S1、S2都閉合時,電流表的讀數(shù)是多大?
12.一個電池組、一個開關(guān),一只已知電阻R0和一只未知電阻Rx以及導(dǎo)線若干,如:
(1)只有一只電流表;(2)只有一只電壓表。試分別設(shè)計測未知電阻Rx的值的電路(寫出方法、畫出電路圖),并列出Rx的測量表達式。
【參考答案】
1.D 2.D 3. B 4.D 5. 電流 電阻 電流 電壓 6. 1A 10Ω 7. 電阻 電流 電壓 電流 8. 電壓 電流 R=U/I 伏安 9. 1:1 2:3 10 3:2 1:1 2.4 10. (1)略 (2)略 (3) 右 11.(1) 6V (2) 0.2A (3) 0.3 A
12. 略