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一、知基点—— 通过电阻的电流与其两端电压的关系
探究电阻上的电流与其两端电压的关系是理解欧姆定律的基础。实验所需器材:电源、开关、滑动变阻器、定值电阻、电流表、电压表。实验电路如图1所示。实验结论:通过导体的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。
说明:(1)根据电路图连接电路元件实物时,开关必须断开,滑动变阻器的滑片应放在最大阻值处。(2)调节滑动变阻器的滑片时,尽量使定值电阻两端的电压成整数倍变化(如1V,2V,3V……)。(3)每个定值电阻至少测量3组U、I数据。(4)注意控制变量法的应用。
例小强同学观察到一些电学现象:小灯泡两端的电压越大,通过灯丝的电流越大,灯泡越亮;电源电压一定时,电路中的电阻增大,电路中的电流就变小……小强猜想:通过导体的电流大小与导体两端的电压和导体的电阻有关。请你帮助小强完成这个探究实验。
(1)选择的器材:电源、开关、3个阻值不同的电阻(5Ω、10Ω、20Ω),导线若干,电流表及电压表各一块,还需要 。
(2)请画出电路图并按电路图将图2中的各元件连接起来。
(3)测量的步骤及数据:①按电路图连接电路;②首先把10Ω的电阻连入电路,调节滑动变阻器的滑片,改变R1两端的电压,测得3组数据如表一所示;③分别把三个阻值不同的电阻连入电路,调节滑动变阻器的滑片,始终保持每个电阻两端的电压为2 V,测得3组数据如表二所示。
表一:电阻R1=10 Ω 表二:电压U=2 V
(4)分析与结论:
分析表一得出的结论是: ;
分析表二得出的结论是: 。
(5)这种研究问题的方法是 法。
解析:(1)滑动变阻器。(2)略。(4)电阻一定时,导体中的电流与导体两端的电压成正比;在电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比。(5)控制变量。
二、明重点——欧姆定律
欧姆定律的定义式:I=,变形式:U=IR、 R=。
说明:(1)使用欧姆定律注意“三个一”,即“同一体”,I、U、R对应同一段导体或同一段电路;“同一时”,I、U、R是同一时刻的数值;“统一性”,I、U、R的单位必须是同一级别的,如A、V、Ω。
(2)欧姆定律只适用于“纯电阻电路”(电能只转化为内能的电路),不适用于含有电动机等元件的非纯电阻电路(电能转化为内能及其他形式能量的电路)。
例如图3所示,闭合开关S1和S2,当电阻箱的阻值调节到15Ω时,电流表示数为0.4A;断开S2,调节电阻箱的阻值至8Ω时,电流表示数变为0.25A。试求:(1)该电路的电源电压是多少?(2)电阻R2的阻值是多少?
解析:(1) S1和S2闭合时,R2被短路,如等效图1所示,此时R1=15Ω,I1=0.4A。
根据欧姆定律得,U= I1 R1 =0.4A×15Ω=6V。
(2)当S2断开时,R1′和R2串联,如等效图2所示, R总=(R1′+R2)===24,
所以R2=R总-R1′=24-8=16。
三、看热点——测量小灯泡的电阻
“用伏安法测小灯泡的电阻”是电学中的一种基本的测量电阻的方法,是近年来中考实验考查的热点。实验原理是R=,需要的器材有电源、开关、电流表、电压表、待测小灯泡、滑动变阻器及若干导线。
说明:选择量程合适的电流表和电压表并用它们测量待测小灯泡两端的电压和通过待测小灯泡的电流;在连接电路过程中注意开关断开,滑动变阻器的滑片应放在最大阻值处;滑动变阻器在电路中的作用是保护电路,同时改变待测小灯泡两端的电压和通过的电流;多次测量,得到多组对应的电流、电压值,利用欧姆定律求出小灯泡在不同电压下的电阻。
例小明用伏安法测量小灯泡的电阻,小灯泡的额定电压为2.5V,已经连接如图4所示电路。
(1)同组的小琴给他补接了两根导线使电路完整,请你将这两根导线画出来。
(2)闭合开关之前,应将滑片滑到滑动变阻器的
端(填“A”或“B”),目的是保护电路。
(3)小明利用上面的电路测小灯泡的电阻,已经记录3组数据如下表,请你帮助小明将表中的空白处补上。
(4)小明处理完数据后发现,三次测得的灯丝
电阻相差较大,与其他同学交流也是同样的情况,你认为出现这种结果的原因是。
解析:(1)略。(2)闭合开关前,滑动变阻器的滑片应置于最大阻值处,即A端。(3)根据欧姆定律得,R===8.3。(4)灯丝电阻与温度有关,温度越高电阻越大。
四、破难点——欧姆定律的应用
利用欧姆定律解决实际问题时,有时不能用定义式直接求解,需要灵活地将公式变形,结合串、并联电路的特点及相关的数学方法进行综合计算。
例如图5所示电路,电源电压不变,电灯L的电阻不变,开关S闭合。已知滑动变阻器的滑片P分别在中点c和端点 b时电压表示数之比为3∶4,求电灯L的电阻与滑动变阻器总电阻Rw的比值。
解析:滑片在c点时,灯L和阻值为的滑动变阻器串联,电源电压U总=I(RL+ )…………①
电压表示数U=I ……………………………②
滑片在b点时,灯L和阻值为Rw的滑动变阻器串联,电源电压U总=I′(RL+ Rw) …………………③
电压表示数U′=I′Rw…………………………④
由题意知U∶U′=3:4…………………………⑤
联立②④⑤式得I:I′=3:2 ………………………⑥
电源电压不变,联立①③式,代入⑥式得
RL:Rw =1:2。
五、析错点——欧姆定律和安全用电
这部分知识是欧姆定律的延续,应了解断路和短路的危害和防雷常识,在生活中应遵守安全用电的规则、宣传安全用电的知识。
例有关资料表明,人体出汗或潮湿时的电阻为200~800Ω;人体中的电流超过30mA时,将会有生命危险。若某人潮湿时电阻为500Ω,则当他接触电压为220V的照明电路时,通过他的电流为mA,请将图6配上说明。
答案:440,“不要用潮湿的手触摸用电器开关”。
探究电阻上的电流与其两端电压的关系是理解欧姆定律的基础。实验所需器材:电源、开关、滑动变阻器、定值电阻、电流表、电压表。实验电路如图1所示。实验结论:通过导体的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。
说明:(1)根据电路图连接电路元件实物时,开关必须断开,滑动变阻器的滑片应放在最大阻值处。(2)调节滑动变阻器的滑片时,尽量使定值电阻两端的电压成整数倍变化(如1V,2V,3V……)。(3)每个定值电阻至少测量3组U、I数据。(4)注意控制变量法的应用。
例小强同学观察到一些电学现象:小灯泡两端的电压越大,通过灯丝的电流越大,灯泡越亮;电源电压一定时,电路中的电阻增大,电路中的电流就变小……小强猜想:通过导体的电流大小与导体两端的电压和导体的电阻有关。请你帮助小强完成这个探究实验。
(1)选择的器材:电源、开关、3个阻值不同的电阻(5Ω、10Ω、20Ω),导线若干,电流表及电压表各一块,还需要 。
(2)请画出电路图并按电路图将图2中的各元件连接起来。
(3)测量的步骤及数据:①按电路图连接电路;②首先把10Ω的电阻连入电路,调节滑动变阻器的滑片,改变R1两端的电压,测得3组数据如表一所示;③分别把三个阻值不同的电阻连入电路,调节滑动变阻器的滑片,始终保持每个电阻两端的电压为2 V,测得3组数据如表二所示。
表一:电阻R1=10 Ω 表二:电压U=2 V
(4)分析与结论:
分析表一得出的结论是: ;
分析表二得出的结论是: 。
(5)这种研究问题的方法是 法。
解析:(1)滑动变阻器。(2)略。(4)电阻一定时,导体中的电流与导体两端的电压成正比;在电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比。(5)控制变量。
二、明重点——欧姆定律
欧姆定律的定义式:I=,变形式:U=IR、 R=。
说明:(1)使用欧姆定律注意“三个一”,即“同一体”,I、U、R对应同一段导体或同一段电路;“同一时”,I、U、R是同一时刻的数值;“统一性”,I、U、R的单位必须是同一级别的,如A、V、Ω。
(2)欧姆定律只适用于“纯电阻电路”(电能只转化为内能的电路),不适用于含有电动机等元件的非纯电阻电路(电能转化为内能及其他形式能量的电路)。
例如图3所示,闭合开关S1和S2,当电阻箱的阻值调节到15Ω时,电流表示数为0.4A;断开S2,调节电阻箱的阻值至8Ω时,电流表示数变为0.25A。试求:(1)该电路的电源电压是多少?(2)电阻R2的阻值是多少?
解析:(1) S1和S2闭合时,R2被短路,如等效图1所示,此时R1=15Ω,I1=0.4A。
根据欧姆定律得,U= I1 R1 =0.4A×15Ω=6V。
(2)当S2断开时,R1′和R2串联,如等效图2所示, R总=(R1′+R2)===24,
所以R2=R总-R1′=24-8=16。
三、看热点——测量小灯泡的电阻
“用伏安法测小灯泡的电阻”是电学中的一种基本的测量电阻的方法,是近年来中考实验考查的热点。实验原理是R=,需要的器材有电源、开关、电流表、电压表、待测小灯泡、滑动变阻器及若干导线。
说明:选择量程合适的电流表和电压表并用它们测量待测小灯泡两端的电压和通过待测小灯泡的电流;在连接电路过程中注意开关断开,滑动变阻器的滑片应放在最大阻值处;滑动变阻器在电路中的作用是保护电路,同时改变待测小灯泡两端的电压和通过的电流;多次测量,得到多组对应的电流、电压值,利用欧姆定律求出小灯泡在不同电压下的电阻。
例小明用伏安法测量小灯泡的电阻,小灯泡的额定电压为2.5V,已经连接如图4所示电路。
(1)同组的小琴给他补接了两根导线使电路完整,请你将这两根导线画出来。
(2)闭合开关之前,应将滑片滑到滑动变阻器的
端(填“A”或“B”),目的是保护电路。
(3)小明利用上面的电路测小灯泡的电阻,已经记录3组数据如下表,请你帮助小明将表中的空白处补上。
(4)小明处理完数据后发现,三次测得的灯丝
电阻相差较大,与其他同学交流也是同样的情况,你认为出现这种结果的原因是。
解析:(1)略。(2)闭合开关前,滑动变阻器的滑片应置于最大阻值处,即A端。(3)根据欧姆定律得,R===8.3。(4)灯丝电阻与温度有关,温度越高电阻越大。
四、破难点——欧姆定律的应用
利用欧姆定律解决实际问题时,有时不能用定义式直接求解,需要灵活地将公式变形,结合串、并联电路的特点及相关的数学方法进行综合计算。
例如图5所示电路,电源电压不变,电灯L的电阻不变,开关S闭合。已知滑动变阻器的滑片P分别在中点c和端点 b时电压表示数之比为3∶4,求电灯L的电阻与滑动变阻器总电阻Rw的比值。
解析:滑片在c点时,灯L和阻值为的滑动变阻器串联,电源电压U总=I(RL+ )…………①
电压表示数U=I ……………………………②
滑片在b点时,灯L和阻值为Rw的滑动变阻器串联,电源电压U总=I′(RL+ Rw) …………………③
电压表示数U′=I′Rw…………………………④
由题意知U∶U′=3:4…………………………⑤
联立②④⑤式得I:I′=3:2 ………………………⑥
电源电压不变,联立①③式,代入⑥式得
RL:Rw =1:2。
五、析错点——欧姆定律和安全用电
这部分知识是欧姆定律的延续,应了解断路和短路的危害和防雷常识,在生活中应遵守安全用电的规则、宣传安全用电的知识。
例有关资料表明,人体出汗或潮湿时的电阻为200~800Ω;人体中的电流超过30mA时,将会有生命危险。若某人潮湿时电阻为500Ω,则当他接触电压为220V的照明电路时,通过他的电流为mA,请将图6配上说明。
答案:440,“不要用潮湿的手触摸用电器开关”。