第15章探究电路第1节电阻和变阻器第1课时电阻1.知道电阻的概念、符号、单位及其换算.2.探究影响导体电阻大小的因素.一、电阻【自主预习】阅读课本第91页内容,完成下列填空:1.电阻表示导体对电流的阻碍作用.2.电阻通常用字母R表示,单位是欧姆,简称欧,符号是Ω,常用单位还有千欧(kΩ)和兆欧(MΩ).1 kΩ=103Ω,1MΩ=106Ω.3.具有一定电阻值的元件叫做电阻器,也叫做定值电阻,其电路图符号为.【教师】学习电流和电压时,都把它们类比成水流和水压.水在水管中流动会受到阻力,同样,电荷在导体中定向移动也会受到阻力,这种阻力就叫做电阻.【跟踪训练】在以下四位科学家中,以其名字命名电阻单位的是( B )A.焦耳B.欧姆C.瓦特D.牛顿二、电阻的大小与哪些因素有关【自主预习】阅读课本第92、93页内容,完成下列填空:1.导体电阻的大小与导体的横截面积有关(填“有关”或“无关”),在其他条件相同时,导体的横截面积越大,电阻越小.2.导体电阻的大小与导体的长度有关(填“有关”或“无关”),在其他条件相同时,长度越长,电阻越大.3.导体电阻的大小与导体的材料有关.4.在其他条件相同时,电阻较小的材料导电性能较强.【小组讨论】各小组同学分工合作,完成如图所示的实验.(1)选用a、b两根材料和长度相同、横截面积不同的导线,分别将它们接入电路中,观察电流表的示数.比较流过横截面积不同的导线电流的大小.(2)选用a、c两根长度不同、横截面积和材料相同的导线,分别将它们接入电路中,观察电流表的示数.比较流过长度不同的导线电流的大小.(3)选用c、d两根长度相同、横截面积相同但材料不同的导线,分别将它们接入电路中,观察电流表的示数.比较流过材料不同的导线电流的大小.分析电流表的示数变化,说明电阻的大小与导体的长度、横截面积、材料有什么关系.【教师】1.导体的电阻大小决定于导体本身,一般由材料、长度、横截面积等因素决定,有时还需要考虑温度对导体电阻的影响.实验探究的过程中要用到控制变量法,同时利用电流表示数的大小反映电阻的大小,用到了转换法.2.电阻是导体本身的一种性质.电阻的大小与外界加给它的电压、电流无关.【跟踪训练】1.用同种材料制成的粗细均匀的某段金属导体,对于其电阻大小,下列说法正确的是( D )A.当导体两端电压和通过导体的电流为零时,导体的电阻为零B.当导体被均匀拉长至原来的二倍时,它的电阻减小为原来的一半C.电阻是导体本身的一种性质,所以温度不论如何变化,它的电阻也不可能为零D.电阻是导体本身的一种性质,与电压和电流无关2.如图所示的钨丝是将一个白炽灯去除玻璃罩制成的,闭合开关S,小灯泡L发光,钨丝不发光,向钨丝吹气时,小灯泡L变亮,用酒精灯给钨丝加热,小灯泡L逐渐变暗直至熄灭,由实验可知 ( B )A.钨丝的电阻随温度升高而减小B.向钨丝吹气时,钨丝电阻变小C.给钨丝加热时,电路中的电流变大D.小灯泡L发光而钨丝不发光是因为通过钨丝的电流小于小灯泡L的电流3.如图所示是探究影响导体电阻大小因素的实验装置图,实验中分别把a、b、c、d四根导线接入电路,其中导线a、b、d长度相同,a、b、c粗细相同,b、d粗细不同.(1)该实验是通过观察电流表的示数来间接比较导线电阻的大小,这种科学研究问题的方法是转换法.(2)选用b、c两根导线分别接入电路中进行实验,是为了探究电阻大小跟导体的长度有关.(3)选用a、b两根导线分别接入电路中进行实验,是为了探究电阻大小跟导体的材料有关.(4)选用b、d两根导线分别接入电路中进行实验,是为了探究电阻大小跟导体的横截面积有关.第2课时变阻器1.知道滑动变阻器的结构、原理、电路图符号.2.理解滑动变阻器的作用,会正确使用滑动变阻器.3.知道电阻箱的用途,会读电阻箱的示数.变阻器【自主预习】阅读课本第94、95页内容,完成下列填空:1.实验中常用的变阻器是通过改变接入电路的电阻丝的长度来改变电阻的.2.实验室常用的变阻器是滑动变阻器和电阻箱.3.滑动变阻器在电路中的符号是,电阻箱在电路中的符号是.【小组讨论】各小组同学分工合作,观察滑动变阻器(如图所示),并完成下列问题的讨论:(1)电阻丝什么位置的绝缘漆被刮去了?答:与滑片P接触处的电阻丝的绝缘漆被刮去了.(2)哪两个接线柱之间的电阻是不变的?答:接A、B两个接线柱时,电阻是不变的.(3)哪两个接线柱之间的电阻很小,几乎是零?答:接C、D两个接线柱时,电阻很小,几乎为零.(4)当接线柱A、D接入电路时,哪段电阻丝接入电路?向哪个方向移动时电阻变大?答:PA段电阻丝接入电路,向B端移动时电阻变大.(5)滑动变阻器接入电路时,能改变电阻的接法一共有多少种?答:能改变电阻的接法有4种:AC、AD、BC、BD.【教师】1.滑动变阻器连入电路时应采用“一上一下”两个接线柱的接法,即在滑动变阻器上、下各两个接线柱中分别选一个接入电路.2.电阻变化情况可概括为“近小远大”,这里的“近”与“远”指的是滑片与连入电路的下接线柱之间的距离,“大”与“小”指连入电路的电阻变大或变小.3.要使滑动变阻器和用电器中的电流相同,滑动变阻器应该与用电器串联.4.通常在使用滑动变阻器前应将电阻调节到最大.5.滑动变阻器通过改变电路中的电阻可以改变电路中的电流.【跟踪训练】1.如图所示,当滑动变阻器的滑片P向左移动时,能使电路中的电阻变小的接法是 ( D )2.如图所示,电阻箱读数为608Ω.3.如图所示电路,导线a的一端固定连接在铅笔芯上,当导线b的一端在铅笔芯上左右移动时,灯泡亮暗会发生变化.这个实验说明铅笔芯是导体(填“导体”或“绝缘体”),还能说明导体的电阻与导体长度有关,受此启发,人们制造了一种可以改变电阻的元件,叫做滑动变阻器.4.用笔画线代替导线,将图中元件连接成电路,要求:向右移动滑片,灯泡变亮.答案:如图所示.第2节科学探究:欧姆定律第1课时电流的大小与哪些因素有关1.研究电流与电压的关系.2.研究电流与电阻的关系.一、研究电流与电压的关系【自主预习】阅读课本第97、98页内容,完成下列填空:1.要研究通过电阻的电流I怎样随着电阻两端的电压U的改变而变化,需要保持电阻一定,改变电阻两端的电压.2.在电阻一定的情况下,通过导体的电流与导体两端的电压成正比. 【小组讨论】各小组同学分工合作,完成如下实验.(1)用一节干电池给一个小灯泡供电和用两节同样的干电池串联起来给这个小灯泡供电,观察灯泡亮度有何不同.此实验说明:通过导体的电流大小与加在它两端的电压有关,电压越大,电流越大.(2)想一想,如果用干电池做实验,怎样改变电压?如果用学生电源做实验,怎样改变电压?如果用滑动变阻器,怎样改变电阻两端的电压?答:改变干电池的节数;改变学生电源的电压;移动滑动变阻器的滑片P.(3)按如图所示的电路图连接实物图,此时开关应处于断开状态.保持定值电阻R=10 Ω不变,闭合开关S后,调节滑动变阻器R',得到多组电压、电流数据.在分析数据的基础上看看电流与电压有何关系.答:在电阻一定时,导体中的电流与导体两端的电压成正比.【教师】1.实验中用到控制变量法.2.电阻的阻值不变,随着电压表示数的增加,电流表的示数也相应地增大,并且和电压增大的倍数相同.每次电压除以电流的值都近似等于电阻的值.【跟踪训练】1.研究电流与电压关系时,用如图所示的电路,要求“保持电阻不变”,在进行“保持电阻不变”这一步骤时,实验要求是 ( C )A.保持R'的滑片位置不动B.保持R的电压不变C.保持R不变,调节R'的滑片到不同位置D.保持电路中的电流不变2.在探究电流与电压关系的实验中,已有器材:干电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线和阻值不同的定值电阻若干个.(1)请你用笔画线代替导线,将图中的电路连接完整,要求滑片向右滑动时,变阻器连入电路的电阻变大.答案:如图所示.(2)实验时,闭合开关,将滑片移动到某位置,记下电压表和电流表的示数.接下来的操作是B.A.断开开关,结束实验,整理好器材B.将滑片移动到另外几个位置,分别记下电压表和电流表的示数C.换用另一个定值电阻,将滑片移动到某位置,记下电压表和电流表的示数(3)小明记录的实验数据如下表,分析可知,通过定值电阻的电流与其两端的电压成正比.实验次1 2 3 4 5 6数电压U/V 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8电流I/A 0.08 0.15 0.23 0.30 0.38 0.45(4)有同学建议小明再用其他规格的定值电阻重复以上实验.请对此建议的科学性进行评估:更科学;通过多组实验,得出普遍性的结论,避免了实验的偶然性.二、研究电流与电阻的关系【自主预习】阅读课本第99页内容,完成下列填空:1.要研究通过电阻的电流I怎样随着电阻阻值R的改变而变化,需要保证电压一定,改变电阻的阻值.2.在电压一定的情况下,通过导体的电流与导体的电阻成反比.【小组讨论】各小组同学分工合作,完成如下实验.(1)用一节干电池给一个小灯泡供电,再在电路中串联一个滑动变阻器,改变连入电路中的电阻值,观察灯泡亮度有何变化.此实验说明:通过电路的电流与电路的电阻大小有关.导体的电阻越大,流过它的电流就会越小.(2)按如图所示的电路图连接实物图,此时开关应处于断开状态.在a、b之间分别接入5 Ω、10 Ω、15 Ω电阻,移动滑动变阻器滑片保证电阻两端电压为一定值,得到多组电阻、电流数据.在分析数据的基础上看看电流与电阻有何关系.答:在电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比.【教师】保持电压不变,电流随着接入电阻值的增大而减小,但每次电流值和电阻值的乘积都近似等于电压值.【跟踪训练】1.小军采用如图所示的电路,研究“通过某导体的电流与它的电阻的关系”,他分别用5 Ω和10 Ω的电阻做两次实验,当完成第一次实验后,小军将A、B两点间的电阻R由5 Ω更换为10 Ω,闭合开关后,应该 ( B )A.保持变阻器滑片不动B.将变阻器滑片向右移动C.将变阻器滑片向左移动D.更换阻值更大的滑动变阻器2.某同学在探究“电流跟电压、电阻的关系”时,根据收集到的数据画出了如图所示的I - R图像,下列结论与图像相符的是( C )A.电阻一定时,电流随着电压的增大而增大B.电阻一定时,电压随着电流的增大而增大C.电压一定时,电流随着电阻的增大而减小D.电压一定时,电阻随着电流的增大而减小3.利用如图所示的电路,探究“导体中的电流跟导体电阻的关系”,所得部分数据如表所示:(1)完成表中空格的填写;电压/V 5 5 5电阻10 20 25/Ω电流/A 0.50 0.25 0.20(2)某同学想利用平面直角坐标系中描点作图像的方法来描述它们的变化来规律,如果横轴的自变量表示变化的电阻R,则纵轴的函数用变化的量1I表示,就可以在第一象限画出一条正比例函数图像.第2课时欧姆定律1.理解欧姆定律.2.会运用欧姆定律分析解决简单的电路问题.一、欧姆定律【自主预习】阅读课本第100页内容,完成下列填空:1.欧姆定律:一段导体中的电流跟加在这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比.2.欧姆定律的公式:I=U.R【小组讨论】1.欧姆定律中,导体中的电流与导体两端的电压成正比的前提条件是什么?导体中的电流与导体的电阻成反比的前提条件是什么?答:电阻不变时;电压不变时.2.根据欧姆定律,可以推出哪些变形公式?答:R=U、U=IR.I,可以认为电阻与电压成正比,与电流成反比吗?3.根据变形公式R=UI答:不能.4.根据变形公式U=IR,可以认为电压与电流成正比,与电阻成正比吗?答:不能.【教师】1.欧姆定律研究的是同一导体、同一时刻的电压、电流、电阻的关系.2.在电流、电压、电阻这三者中,电流是结果,电压是电流变化的外部原因,电阻是电流变化的内部原因.3.定律中所说的导体中的电流与导体两端的电压成正比在电阻一定的条件下才成立,导体中的电流与导体的电阻成反比在电压一定的条件下才成立.4.欧姆定律公式表明:导体的电阻在数值上等于导体两端的电压跟导体电流的比值,绝对不能认为导体的电阻跟导体两端的电压成正比,与经过导体的电流成反比.电阻只决定于导体本身.【跟踪训练】,下列说法正确的是( D )1.根据欧姆定律可以导出公式R=UIA.当电压U增大为原来的两倍时,电阻R也增大为原来的两倍B.当电流I增大为原来的两倍时,电阻R减小为原来的二分之一C.当通过导体的电流为零时,电阻也为零D.当导体两端的电压为零时,电阻不为零2.在探究通过导体的电流与其两端电压的关系时,利用实验数据作出了如图所示的图像,根据图像,下列说法正确的是 ( A )A.导体甲的电阻小于导体乙的电阻B.通过导体乙的电流与其两端的电压成反比C.当导体乙两端的电压为0时,导体乙的电阻也为0D.当导体甲两端的电压为2 V时,通过导体甲的电流为0.2 A,下列说法正确的是( C )3.根据欧姆定律I=URA.通过导体的电流越大,这段导体的电阻就越小B.导体两端的电压越高,这段导体的电阻就越大C.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D.导体的电阻与电压成正比,与电流成反比二、欧姆定律的应用【自主预习】阅读课本第101、102页内容,完成下列填空:对于一个导体,只要知道电流、电压、电阻中的两个量,就可以利用欧姆定律求出第三个量.【小组讨论】各小组同学分工合作,完成下面问题的求解.【题型一】求电流I1.一个电熨斗的电阻是0.1 kΩ,接在220 V的家庭电路中,流过它的电流是多少?分析:题目告知电阻、电压,求电流的大小,可以根据欧姆定律I=UR求解.解:R=0.1 kΩ=100Ω,I=UR =220V100Ω=2.2 A.【题型二】求电压U2.一个电烙铁的电阻是0.1 kΩ,使用时流过它的电流是2.1 A,加在电烙铁上的电压是多少?分析:题目告知电阻、电流,求电压的大小,可以根据欧姆定律的变形式U=IR求解.解:R=0.1 kΩ=100Ω,由欧姆定律公式I=UR变形得U=IR=2.1 A×100Ω=210 V.【题型三】求电阻R3.将一支铅笔芯接在3 V的电源两端,测出通过铅笔芯的电流是150 mA,则该铅笔芯的电阻为多少?若将这支铅笔芯两端的电压增加到6 V,则它的电阻又是多少?电流又是多大?分析:题目告知电压、电流,求电阻的大小,可以根据欧姆定律的变形式R=UI求解.解:I=150 mA=0.15 A,由欧姆定律公式I=UR 变形得R=UI=3V0.15A=20 Ω.当电压增加到6 V时,铅笔芯的电阻没有发生改变,仍为20 Ω,电流增大1倍,为300 mA.【教师】利用欧姆定律时,要注意电压、电阻、电流是同一导体同一时刻的值,且计算时单位要统一.【跟踪训练】1.当某导体两端电压是2 V时,通过它的电流是0.2 A,则该导体的电阻是10Ω,当它不接入电路时,该导体的电阻为10Ω.2.某导体的阻值为10 Ω,两端电压为5 V时,通过的电流为0.5A.3.如图所示的电路中,电阻R1和R2串联连接在A、B两端,电压表并联连接在R1两端.已知R1=10 Ω、R2=20 Ω,电压表示数为2.5 V,则A、B两端的电压U=7.5V.4.如图所示,电源两端的电压保持不变,电阻R2阻值为10 Ω,闭合开关S 后,电流表A的示数为0.6 A,电流表A1的示数为0.4 A.求:(1)电源两端的电压;(2)电阻R1的阻值.解:由电路图可知,闭合开关S后,R1与R2并联,电流表A测干路电流,电流表A1测R1支路的电流.(1)因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以,通过R2的电流:I2=I-I1=0.6 A-0.4 A=0.2 A,因并联电路中各支路两端电压相等,所以,由I=UR可得,电源的电压:U=I2R2=0.2 A×10Ω=2 V.(2)电阻R1的阻值:R1=UI1=2V0.4A=5 Ω.第3节“伏安法”测电阻第1课时用“伏安法”测电阻1.会设计实验测量定值电阻的阻值.2.能比较定值电阻的测量与小灯泡电阻测量的异同.一、定值电阻的测量【自主预习】阅读课本第104、105页内容,完成下列填空:1.通过用电流表测量电流和用电压表测量电压来间接地测出导体的电阻的方法,通常称为“伏安法”测电阻..2.这种方法测电阻所依据的公式是R=UI3.为了减小误差,实际测量中要改变待测电阻两端的电压,多次测量电压及电流的值,最后求出电阻的平均值,因此在实验器材中一般要选用滑动变阻器.【小组讨论】各小组同学分工合作,完成如图所示实验.(1)将实验桌上的电源、开关、电流表、电压表、定值电阻、滑动变阻器根据电路图连接.(2)检查电路,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片至不同位置,得到三组电压、电流数据.(3)根据公式R=U,求出三次电阻,再求平均值,确定定值电阻的阻值.I【教师】1.连接电路前,先摆放仪器,再根据电路图连接各电路元件.2.连接电路时,开关断开,滑动变阻器的滑片应在阻值最大处.3.连接电路时应按一定的方向进行.【跟踪训练】1.小宣用伏安法测量电阻R的阻值时,并联在电阻R两端的电压表的示数如图甲所示,与电阻R串联的电流表的示数如图乙所示,则电压表的示数为2.5V,电流表的示数为0.5A,电阻R的阻值为5Ω.2.爱莎采用“伏安法”测量某定值电阻R x的阻值:(1)闭合开关后,发现向左移动变阻器的滑片P时,电流表示数变大、电压表的示数变小,你认为电路连接中存在的错误是:电压表与变阻器并联了;(2)排除故障后,闭合开关,改变电阻R x两端的电压,进行了三次测量,第三次测量中电流表的示数如图乙所示,其示数为0.48A.实验次数 1 2 3电压U/V 1.5 2.0 2.5电流I/A 0.31 0.40电阻R x/Ω 4.8 5.0R x的平均值/Ω(3)根据表格中的三次实验数据可得定值电阻R的甲、乙两地之间有两条输电线,已知每1 m输电线的电阻为0.01 Ω.现输电线在某处发生短路,为确定短路位置,检测员用电压表、电流表和电源连成如图所示电路进行检测,电压表的示数为3 V,电流表的示数为20 mA.这是应用了伏安法测电阻,从而确定短路位置离甲地7.5km.二、定值电阻与小灯泡灯丝电阻测量的异同【自主预习】阅读课本第106页内容,完成下列填空:1.测量小灯泡灯丝的电阻需要的电学器材有电源、小灯泡、开关、导线、电流表、电压表、滑动变阻器.2.测量小灯泡灯丝的电阻所依据的原理公式是R=U.I【小组讨论】各小组同学分工合作,完成如下图所示实验.(1)将实验桌上的电源、开关、电流表、电压表、小灯泡、滑动变阻器根据电路图连接.(2)检查电路,闭合开关,用滑动变阻器调节电路中的电流,得到三组电压、电流数据.,求出三次电阻.(3)根据公式R=UI(4)分析三次电阻有很大不同的原因.【教师】1.在测量定值电阻的阻值时,多次测量求平均值,是为了减小误差,使测量值更接近真实值.2.小灯泡灯丝的电阻是随温度变化而改变的,所以求平均值是不科学的.这里多次测量的目的是为了显示灯丝电阻随温度的改变而改变的物理规律.【跟踪训练】1.如图所示是李江同学为测量小灯泡电阻而连的电路,有关该实验的以下说法错误的是( D )A.闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片滑到最左端B.实验过程中两电表都有可能需要换接较小的量程C.所测小灯泡的电阻可能随电压表的示数的不同而不同D.在如图位置闭合开关后,向左移动滑动变阻器的滑片,小灯泡变亮2.“伏安法”测小灯泡的电阻实验中,连接了如图甲所示的电路.,此实验在连接电路时开关应处于断开状态. (1)该实验的原理是R=UI(2)若实验中当小灯泡正常发光时,电流表和电压表的示数如图乙所示,则小灯泡正常发光时的电阻是12.5Ω.(3)图丙是根据实验数据画出的通过小灯泡的电流I与它两端电压U之间的关系图像,由图像可知:通过小灯泡的电流I与它两端电压U不成正比,其原因是小灯泡灯丝的电阻受温度影响,并非一个定值.第2课时利用变式实验测电阻会运用变式实验测量电阻.变式实验测电阻【自主预习】回顾学过的物理知识,完成下列填空:1.欧姆定律的表达式是I=U.R2.串联电路中电流规律是串联电路中电流处处相等.3.串联电路中电压规律是总电压等于各部分电路两端电压的和.4.并联电路中电流规律是干路电流等于各支路电流之和.5.并联电路中电压规律是各支路两端电压都相等.【小组讨论】1.等效替代法测电阻将电源、单刀双掷开关S、电阻箱R'、已知阻值的电阻R0、待测电阻R x、电流表,连接成如图所示电路.(1)将开关S拨到a,读出电流表的示数为I;(2)再将开关S拨到b,调节电阻箱R'的阻值,使电流表的示数为I,读出电阻箱的阻值为R,则被测电阻R x的阻值为R.2.只利用电压表测电阻将电源、开关、定值电阻R0、待测电阻R x、两个电压表连接成如图所示的电路.(1)闭合开关,读出电压表V1、V2的示数分别为U1、U2;(2)用测量所得的物理量和已知量符号表示出待测电阻R x=U2R0.U13.只利用电流表测电阻将电源、开关、一只已知阻值的定值电阻R0、两只电流表、导线若干,连接成如图所示的电路.(1)闭合开关S,读出电流表示数I1、I2;.(2)根据U=R0I1=R x I2,求出R x=R0I1I24.利用电压表和滑动变阻器测电阻将电源、开关、已知最大阻值为R0的滑动变阻器、待测电阻R x、导线若干,连成如图所示的电路.(1)将滑动变阻器的滑片移至最小阻值处,闭合开关,读出电压表的示数U1.(2)将滑动变阻器的滑片移至最大阻值处,闭合开关,读出电压表的示数U2.(3)用上述物理量表示出待测电阻的阻值为U2R0.U1-U25.利用电流表和滑动变阻器测电阻将电源、开关、已知最大阻值为R0的滑动变阻器、待测电阻R x、导线若干,连成如图所示的电路.(1)将滑动变阻器滑片P滑至a端,读出电流表的示数I1;(2)将滑动变阻器滑片P滑至b端,读出电流表的示数I2;(3)用上述物理量表示出待测电阻的阻值为I2R0I1-I2.【教师】1.用等效替代法测电阻时,在电压一定时,如果两次电路中的电流相等,则两次电路中的电阻相等.2.只利用电压表测电阻时,可以利用已知电阻、电压表示数求出电路中的电流,再利用另一个电压值求出待测电阻.3.只利用电流表测电阻时,可以利用已知电阻、电流表示数求出电路两端电压,再利用另一个电流值求出待测电阻.4.在用电压表和滑动变阻器测电阻时,将滑片移到阻值最大处,通过电路中的电流可以表示为U1-U2R0,则R x可以表示为U2R0U1-U2.5.在用电流表和滑动变阻器测电阻时,将滑片移至a端,电源电压可以表示为I1R x,将滑片移至b端,电源电压可以表示为I2(R x+R0),根据电源电压相等,可解出R x阻值为I2R0I1-I2.【跟踪训练】1.如图所示的四个电路中,R0为已知阻值的定值电阻,不可以测出未知电阻R x的电路是( D )。
