第十四讲 欧姆定律解析版.docx
- 文档编号:13804798
- 上传时间:2023-06-17
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:471.91KB
第十四讲 欧姆定律解析版.docx
《第十四讲 欧姆定律解析版.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第十四讲 欧姆定律解析版.docx(24页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
第十四讲欧姆定律解析版
欧姆定律
【衔接导入】
利用发光二极管种植蔬菜
日本一家大型化学公司开发出一种利用发光二极管种植蔬菜的新技术。
试验证实:
用发光二极管种出的蔬菜比露天种出的蔬菜营养更丰富,口味也更好。
据介绍,发光二极管的外壳以塑料制成,长约1厘米,直径为0.6厘米~0.7厘米,外形如同中药胶囊,由于里面装有以半导体化合物为原料的发光体,故通电后即会像灯泡一样发光。
以往的“蔬菜工厂”是为阳光不足地区也能种菜设立的,一般用日光灯代替太阳。
而发光二极管显然比日光灯甚至阳光更具优势,因为可发出红、蓝、绿、白等不同颜色的光,种植者只要对不同的色光作适当调整以便更高效地生产蔬菜。
如,红光可使作物光合作用更为活跃,蓝光可使萝卜等作物根部变大。
利用对不同色光照射时间的调整,不仅可缩短作物的生长期,而且可使作物个头更大,从而大大提高了产量。
此外,蔬菜中糖份和维生素的含量也会根据光线颜色的不同和照射时间的长短出现变化。
如:
生菜只要多照红光,光合作用就会活跃起来,所含糖份随之增加,味道也会变得较甜;而大多数蔬菜照射较长时间红光,所含维生素都会增加。
掌握了这一规律,种植者便不难对所种蔬菜的营养成分和口味作调整。
目前,发光二极管价格虽仍偏高,但耗电量很低,寿命也长(约在5万小时以上),故汽车刹车灯、红绿交通灯等也纷纷开始改用发光二极管。
专家们预测,随着发光二极管制作成本的逐步降低,它必将在更多领域发挥积极作用。
【知识新授】
一.探究电流与电压、电阻的关系
1.采用的研究方法是:
控制变量法。
即:
保持电阻不变,改变电压研究电流随电压的变化关系;
保持电压不变,改变电阻研究电流随电阻的变化关系。
2.实验电路:
3.结论:
在电阻一定的情况下,导体中的电流与加在导体两端的电压成正比;
在电压不变的情况下导体中的电流与导体的电阻成反比。
4.注意点:
(1)开关断开连接电路;电表的正确使用;滑片的位置。
(2)控制变量法的运用:
a.在研究电流与电压关系时,控制了电阻不变;
b.在研究电流与电阻关系时,控制了电阻两端电压不变。
(3)进行多次测量,避免实验的偶然性和特殊性,使实验结论更具普遍性。
(4)滑动变阻器的两个作用:
a.保护电路;
b.调节电路电流,改变定值电阻两端的电压;
c.保持定值电阻两端的电压不变。
二.欧姆定律
1.欧姆定律的内容:
导体中的电流,跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。
2.数学表达式I=U/R。
变形公式:
U=IRR=U/I。
3.说明:
①适用条件:
纯电阻电路(即用电器工作时,消耗的电能完全转化为内能);
②I、U、R对应同一导体或同一段电路,不同时刻、不同导体或不同段电路三者不能混用,应加角码区别。
③同一导体(即R不变),则I与U成正比。
同一电源(即U不变),则I与R成反比。
R=U/I是电阻的计算式,它表示导体的电阻可由U/I计算出大小,电阻是导体本身的一种性质,与电压U和电流I等因素无关。
4.注意点:
①同一性、同时性;
②电流与电压的因果关系;
③描述结论时,先说条件,再说结论。
三.欧姆定律的应用
用公式进行计算的一般步骤:
①读题、审题(注意已知量的内容);
②无电路图则应根据题意画出电路图;
③在图上标明已知量的符号、数值和未知量的符号;
④选用物理公式进行计算(书写格式要完整,规范)。
四.伏安法测电阻
1.定义:
用电压表和电流表分别测出电路中某一导体两端的电压和通过的电流就可以根据欧姆定律算出这个导体的电阻,这种用电压表电流表测电阻的方法叫伏安法。
2.原理:
R=U/I
3.电路图:
4.步骤:
①根据电路图连接实物。
连接电路是开关应断开,滑动变阻器的阻值应调到阻值最大处。
②检查电路无误后,闭合开关S,三次改变滑动变阻器的阻值,分别读出电流表、电压表的示数,填入表格。
③算出三次Rx的值,求出平均值。
注:
定值电阻适用,小灯泡不适用,但也要测三次观察小灯泡的发光情况。
④整理器材。
5.讨论:
⑴本实验中,滑动变阻器的作用:
①保护电路;
调节电路电流,改变定值电阻两端的电压。
⑵测量结果偏小是因为:
有部分电流通过电压表,电流表的示数大于实际通过Rx电流。
根据Rx=U/I电阻偏小。
【例题分析】
例1.两只定值电阻,甲标有“10Ω,1A”,乙标有“15Ω,0.6A”,把它们串联起来,两端允许加的最大电压是( )
A.10伏B.15伏C.19伏D.25伏
【解答】解:
两定值电阻串联时,为保证电阻的安全,则电路中的最大电流为0.6A;
电路的总电阻:
R总=R甲+R乙=10Ω+15Ω=25Ω,
两端允许加的最大电压:
U总=IR总=0.6A×25Ω=15V。
故选:
B。
例2.在如图的电路中,电源电压U保持不变,在甲、乙两处分别接入电压表,闭合开关S,测得U甲:
U乙=1:
3;断开开关S,拆去电压表并在甲、乙两处分别接入电流表,此时I甲:
I乙是( )
A.3:
1B.1:
1C.1:
3D.4:
3
【解答】解:
(1)在甲、乙两处分别接入电压表,闭合开关S时,两电阻串联在电路中,甲表测的是R1两端的电压,乙表测的是R2两端的电压,
因串联电路中各处的电流相等,
所以,由I
可得,两电阻的阻值之比:
;
(2)断开开关S,拆去电压表并在甲、乙两处分别接入电流表时,两电阻并联在电路中,甲表测的是通过R2的电流,乙表测的是通过R1的电流,
因并联电路中各支路两端的电压相等,
所以,两电流表的示数之比:
。
故选:
C。
例3.如图是利用“坐位体前屈测试仪”进行身体柔韧性测试。
测试者向前推动固定在滑动变阻器滑片上的滑块,滑块被推动的距离越大,仪器的示数就越大。
其中肯定不符合设计要求的电路是( )
A.
B.
C.
D.
【解答】解:
A.电路为并联电路,电流表测变阻器支路的电流,滑块被推动的距离越大,若滑片向左移动,则接入电路的阻值减小,因并联电路中各支路两端的电压相等,所以由I
可知,电流表的示数增大,故A符合要求;
B.电路为并联电路,电流表测通过定值电阻的电流,因并联电路中各支路独立工作、互不影响,所以滑片移动时电流表的示数不变,故B不符合要求;
C.电路为串联电路,电压表测滑动变阻器两端的电压,滑块被推动的距离越大,若滑块向右移动,变阻器接入电路的电阻增大,由串联电路的分压特点可知,电压表的示数增大,故C符合要求;
D.电路为串联电路,电压表测定值电阻两端的电压,滑块被推动的距离越大,若滑片左移,接入电路的电阻减小,电路中的电流增大,电压表的示数变大,故D符合要求。
故选:
B。
例4.在探究“电流与电压的关系”的实验中,开关闭合前,滑动变阻器的滑片应调到 阻值最大 位置,分别采用5Ω、10Ω、15Ω的电阻进行实验,目的是 得到普遍的规律,避免结论的偶然性 ,如图是根据实验数据绘制的图像,由图像可知:
电阻一定时,导体中的电流与加在这段导体两端的电压成 正比 关系。
【解答】解:
①在探究“电流与电压的关系”的实验中,开关闭合前,滑动变阻器的滑片应调到阻值最大的位置;
②分别采用5Ω、10Ω、15Ω的电阻进行实验,目的是得到普遍的规律,避免实验结论的偶然性或片面性;
③由图像可知:
电阻一定时,导体中的电流与加在这段导体两端的电压成正比关系。
故答案为:
阻值最大;得到普遍的规律,避免结论的偶然性;正比。
例5.如图所示,电阻R1的阻值为10Ω.闭合开关S,电阻R1两端的电压为10V,电阻R2两端的电压为5V.求:
(1)电源两端的电压。
(2)通过电阻R1的电流。
【解答】解:
(1)由图知,R1和R2是串联的,
根据串联电路电压特点可得电源电压为:
U=U1+U2=10V+5V=15V;
(2)R1的电流为:
I1
1A。
答:
(1)电源两端的电压是15V。
(2)通过电阻R1的电流是1A。
例6.定值电阻R1和R2并联后接在电源上,其作用可用一个等效电阻R来代替,将R称为R1和R2并联后的总电阻。
试根据欧姆定律和电路特点证明:
【解答】证明:
设电路两端电压为U,
因为I
所以通过R1的电流I1
,通过R2的电流I2
,通过R的电流I
;
又因为I=I1+I2
所以
即R
。
【巩固提高】
一.选择题(共9小题)
1.如图是安装在潜水器上的深度表的电路简图,其中,显示器由电流表改装而成,压力传感器的电阻随所受压力的增大而减小,电源电压不变,R0是定值电阻。
在潜水器下潜过程中,电路中有关科学量的变化情况正确是( )
A.R0两端的电压增大
B.通过显示器的电流减小
C.电路的总电阻增大
D.压力传感器两端的电压增大
【解答】解:
由电路图可知,压力传感器和电阻R0串联,电流表显示器串联在电路中;
在潜水器下潜过程中,潜水器上的深度变大,由p=ρgh可知,压力传感器受到的压强变大,
则压力增大,由于压力传感器的电阻随所受压力的增大而减小,
则压力传感器电阻减小,根据串联电路的电阻特点可知:
电路中的总电阻减小;故C错误;
由I
可知,电路中的电流增大,即通过显示器的电流变大,故B错误;
由U=IR可知,R0两端的电压增大,故A正确;
因为串联电路中总电压等于各分电压之和,所以传感器两端的电压减小,故D错误。
故选:
A。
2.如图所示的电路中,R1=6欧,R2=12欧。
当开关S闭合后,Al、A2的读数之比为( )
A.3:
1B.2:
3C.1:
3D.2:
1
【解答】解:
原电路中,两电阻并联,电流表A2与R2串联,电流表A1串联在干路上测总电流,
设通过R1的电流为I1,通过R2的电流为I2,根据并联电路各支路电压相等,结合欧姆定律I
,有I1R1=I2R2,即
,电流表A2的示数为3I2,
根据并联电路电流的规律,电流表A1的示数:
I=I1+I2=2I2+I2=3I2,
故Al、A2的读数之比为3I2:
I2=3:
1.A正确,BCD错误。
故选:
A。
3.如图所示,R1=5Ω,R2=10Ω,则电压表V1、V2示数之比是( )
A.1:
2B.2:
1C.1:
3D.3:
1
【解答】解:
由电路图可知,两电阻串联,电压表V1测电阻R1两端电压,
电压表V2测两电阻的串联总电压;串联电路电流I处处相等,
∵I
,
∴
;
故选:
C。
4.如图所示是一种风速测定装置。
其中风速表是由电压表改装而成,R为定值电阻,R1为滑动变阻器,“T”型管道的竖直管内装有可上下自由移动的轻质活塞,活塞通过轻质细杆和滑动变阻器的滑片相连(活塞与管道壁接触紧密),活塞运动时,细杆可带动滑动变阻器滑片移动。
当风速变小时( )
A.活塞上方气压变小B.活塞向上移动
C.R1接入电路的电阻变大D.电压表示数变大
【解答】解:
AB、当风速变小时,活塞上方气压变大,活塞向下移动,故A、B错误;
C、滑动变阻器接入电路的电阻变大,故C正确;
D、根据电阻的串联,电路中的总电阻变大,
根据欧姆定律可知,电路中电流变小,根据欧姆定律的变形公式U=IR,定值电阻两端电压变小,即电压表(风速表)示数变小。
D错误。
故选:
C。
5.小明按图连接电路,闭合开关,观察到L1比L2亮。
下列说法正确的是( )
A.通过L1的电流大于L2的电流
B.L1的电阻小于L2的电阻
C.L1两端的电压大于L2两端的电压
D.如果把L1和L2的位置对调,L1会变暗
【解答】解:
(1)由电路图可知,两个灯泡组成串联电路,串联电路中电流处处相等,所以通过两灯电流相等,故AD错误;
(2)灯泡亮度有灯泡的实际功率决定,L1比L2亮,即L1的实际功率比L2的实际功率大。
而两灯电流相等,由P=I2R可知,L1的电阻比L2的电阻大,故B错误;
由U=IR知,L1两端电压比L2两端电压大,故C正确。
故选:
C。
6.压敏电阻的阻值是随所受压力的增大而减小的。
小聪同学想设计一个通过电表示数反映压敏电阻所受压力大小的电路,要求压力增大时电表示数增大。
以下电路不符合要求的是( )
A.
B.
C.
D.
【解答】解:
由图知:
A、压敏电阻与定值电阻并联。
当压力增大时,压敏电阻阻值减小,并联电路总电阻减小,电源电压一定,所以干路电流增大,电流表示数增大。
符合要求;
B、压敏电阻与定值电阻并联。
当压力增大时,压敏电阻阻值减小,两端电压一定,所以电流表示数增大。
符合要求;
C、压敏电阻与定值电阻串联。
当压力增大时,压敏电阻阻值减小,根据串联电路用电器两端电压与其阻值成正比知,压敏电阻两端电压减小,所以定值电阻两端电压增大,电压表示数增大。
符合要求;
D、压敏电阻与定值电阻串联。
当压力增大时,压敏电阻阻值减小,根据串联电路用电器两端电压与其阻值成正比知,压敏电阻两端电压减小,所以电压表示数减小。
不符合要求。
故选:
D。
7.如图所示的电路中,电源电压恒定不变,已知R1=3R2,当S和S1闭合、S2断开时,电压表和电流表的示数分别为U1和I1;当S1断开、S和S2闭合时,电压表和电流表的示数分别为U2和I2,则U1:
U2、I1:
I2分别是( )
A.1:
1、4:
3B.1:
2、1:
3C.1:
1、1:
4D.1:
4、1:
1
【解答】解:
当S1闭合、S2断开时,等效电路图如图1所示;当S1断开、S2闭合时,等效电路图如图2所示。
电源的电压不变,且两种情况下电压表测电源的电压,
所以两次电压表的示数不变,即U1:
U2=1:
1;
两电阻并联,
I1
,I2
则I1:
I2=4:
3。
故选:
A。
8.如图是小明按设计连接的铅笔芯变阻器电路,将导线a固定在铅笔芯一端,闭合开关后,把导线b沿铅笔芯向右移动,灯泡变亮。
则他设计的电路图是( )
A.
B.
C.
D.
【解答】解:
由题意知,铅笔芯变阻器控制灯泡的亮度,所以两者应串联在电路中,导线b沿铅笔芯向右移动,灯泡变亮,说明其连入电路的长度减小。
A.由图知,灯泡与铅笔芯并联,故A不符合题意;
B.由图知,灯泡与铅笔芯串联,且滑片向右滑连入阻值减小,电路中电流增大,灯泡变亮,故B符合题意;
C.由图知,开关闭合后会造成电源的短路,故C不符合题意;
D.由图知,灯泡被短路,且滑片滑到最右端电源被短路,故D不符合题意。
故选:
B。
9.如图是四幅测定水流大小的设计图,其中P是悬挂在一细长金属丝下面的小球,O是悬挂点,CD是水平放置的光滑电阻丝,与细金属丝始终保持良好的接触。
设计要求:
水不流动时细金属丝与电阻丝上的C点接触,电压表示数为零;有水流动时金属丝将偏转一角度,而且水的流速越大,偏转的角度越大,电压表的示数越大。
下列符合要求的设计图是( )
A.
B.
C.
D.
【解答】解:
A、由图可知,电压表串联在电路中,始终测电源的电压,示数不变,故不符合题意;
B、由图可知,电路中的电流大小不变,电压表测电阻丝左侧部分的电压,根据欧姆定律可知当水的流速越大,所测电阻越小,电压表的示数越小,故不符合题意;
C、由图可知,电压表测电源的电压,示数不变,故不符合题意;
D、由图可知,电路中的电流大小不变,电压表测电阻丝右侧部分的电压,水不流动时电压表示数为零,流速越大,偏转的角度越大,电压表的示数越大,符合题意。
故选:
D。
二.填空题(共1小题)
10.在“探究一定电压下,电流与电阻的关系”的实验中,老师提供的实验器材有:
电源(电压恒为4.5伏),电流表、电压表各一个,开关一个,四个定值电阻(5Ω、10Ω、15Ω、20Ω),两只滑动变阻器(规格分别为“20Ω2A”、“50Ω1A”),导线若干。
(1)请在答题卡的方框中画出实验电路图。
(2)小欢按以下步骤进行实验:
在电路中先接入5Ω定值电阻,闭合开关,…使电压表的示数为1.5伏,记下相应的电流值;分别换上10Ω、15Ω、20Ω的定值电阻继续实验,…,记下相应的电流值。
为了保证该实验顺利进行,小欢应该选择的滑动变阻器的规格是 50Ω1A ,不能选择另一个滑动变阻器的原因是 变阻器的最大阻值太小 ,滑动变阻器在该实验中的作用是 控制电阻的电压不变 。
【解答】解:
(1)探究一定电压下,电流与电阻的关系实验,电压表测电阻的电压,电流表测电路中的电流,为控制电阻的电压不变,要将变阻器串联在电路中,如下所示:
(2)研究电流与电阻的关系时,要控制电压表示数不变,当换上不同的电阻时,电压表示数发生变化,故滑动变阻器在该实验中的作用是:
控制控制电阻的电压不变;
电源电压恒为4.5伏,电压表的示数为1.5伏,根据串联电路电压的规律,变阻器分得的电压:
U滑=U﹣U表=4.5V﹣1.5V=3.0V,变阻器的电压为电压表示数的
2倍,当接入20Ω的电阻时,根据分压原理,变阻器连入电路中的电阻:
R滑=2×20Ω=40Ω>20Ω,故不能选用“20Ω2A”的变阻器,只能选用“50Ω1A”的变阻器;
故答案为:
(1)如上所示;
(2)50Ω1A;变阻器的最大阻值太小;控制控制电阻的电压不变。
三.实验探究题(共1小题)
11.在研究并联电路的电流和电压特点时,小明同学分别做了如下两组实验。
实验一:
通过如图1所示的电路图研究并联电路的电流特点,闭合开关后,两电流表指针偏转情况(如图2所示)。
(1)请根据电路图在实物图中添加一根导线,完成电路连接。
(2)小明发现电流表A1和A2的指针在相同位置,如图2,请你写出电流表A1和A2的示数分别为 0.5 A; 2.5 A。
实验二:
通过如图1所示的电路,继续探究并联电路的电压特点。
(3)实验中,小明选用两个灯泡的规格应该 不同 (相同、不同)。
(4)小明用电压表分别测出L1和L2两端的电压,发现电压相等,马上得出结论:
并联电路各支路两端的电压是相等的。
他的结论是否可靠,为什么?
不可靠,根据一次测量的数据就得出结论,结论有偶然性 。
【解答】解:
(1)两灯并联,电流表A1与L1串联,测这个灯L1的电流,电流表A2测总电流,根据电路图连接实物图,如下图所示:
(2)小明发现电流表A1和A2的指针在相同位置,因A2测干路电流,根据并联电路电流的规律,干路电流大于支路电流,
故A2选用大量程,分度值为0.1A,电流为2.5A;
A1测L1的电流,故A1选用小量程,分度值为0.02A,电流为0.5A,
所以,电流表A1和A2的示数分别为0.5A和2.5A。
(3)为得出普遍性的规律,实验中,小明选用两个灯泡的规格应该不同。
(4)为得出普遍性的规律,要多次测量,故小明根据一次测量的数据就得出结论,结论有偶然性,他的结论不可靠。
故答案为:
(1)如上所示;
(2)0.5;2.5;(3)不同;(4)不可靠,根据一次测量的数据就得出结论,结论有偶然性。
四.计算题(共2小题)
12.饮水机既能加热又能保温(如图甲),饮水机的简易电路图如图乙。
电路中电源电压220伏保持不变,R2是加热电阻,阻值为80欧,R1是保温电阻。
(1)当开关S闭合时,饮水机处于加热状态,求此时电路中的电流;
(2)当开关S断开时,饮水机处于保温状态,电路中的电流为0.25安,求R1的电阻值。
【解答】解:
(1)当开关S闭合时,电路为R2的简单电路,则电路中的电流:
I2
2.75A;
(2)当开关S断开时,R1与R2串联,饮水机处于保温状态,
由I
可得电路中的总电阻:
R
880Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,电阻R1的阻值:
R1=R﹣R2=880Ω﹣80Ω=800Ω。
答:
(1)当开关S闭合时,饮水机处于加热状态,求此时电路中的电流是2.75A;
(2)R1的电阻值为800Ω。
13.如图甲是某兴趣小组设计的身高测量仪电路,其中电阻R的阻值恒为100Ω,电源电压为3V,变阻器最大阻值为100Ω,用电压表显示身体的高矮。
如图乙表示的是变阻器的阻值随身高变化的关系。
(1)分析计算:
身高160cm的同学站在身高测量仪上电压表的示数。
(2)如果用电流表示数来显示身体的高矮,试分析电流表示数的变化是否跟身高的变化成正比?
【解答】解:
(1)由图乙可知,变阻器R与身高h是一次函数关系,则R变=ah+b,
当h=0时,R变=100Ω,则有:
100Ω=a×0+b,所以,b=100Ω,
当h=200cm时,R变=0Ω,则有:
0Ω=a×200cm+100Ω,所以,a=﹣0.5Ω/cm,
则R变=﹣0.5Ω/cm×h+100Ω,
当身高160cm的同学站在身高测量仪上,变阻器连入电路的阻值:
R变=﹣0.5Ω/cm×160cm+100Ω=20Ω,
由图甲知,R与变阻器串联,电压表测R两端电压,电流表测电路中电流,
由串联电路特点和欧姆定律可得,此时电路中电流:
I
0.025A,
所以电压表示数:
UV=IR=0.025A×100Ω=2.5V;
(2)电流表测电路中电流,
I
,
由数学知识可知,电流表示数I与身高h不成正比。
答:
(1)身高160cm的同学站在身高测量仪上电压表的示数为2.5V。
(2)如果用电流表示数来显示身体的高矮,电流表示数的变化与身高的变化不成正比。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第十四讲 欧姆定律解析版 第十四 欧姆定律 解析