发布时间:2024-02-02 17:11:37
序言:作为思想的载体和知识的探索者,写作是一种独特的艺术,我们为您准备了不同风格的14篇欧姆定律特点,期待它们能激发您的灵感。
题目 提供:一节新干电池、一只未知电压电源、一只已知阻值电阻、一只未知阻值的电阻Rx、一只电流表、一只电压表、一只有铭牌的滑动变阻器、三只开关、导线若干、你能用哪些方法测出未知电阻Rx的阻值?
方法一:使用未知阻值电阻、一节新干电池、一只电流表、一只开关、导线,如图1连接,测出电流值I,则:Rx=。
评论:本法电路结构简单,复习了干电池电压值,练习使用了欧姆定律。
方法二:使用未知阻值电阻、电源、一只电流表、一只电压表、一只开关,导线若干,如图2连接,读出电流表的读数I和电压表的读数U,则Rx=。
评论:本法复习欧姆定律,电流表、电压表的连接方法和读数。
方法三:在方法二的前提下增加滑动变阻器,如图3连接,移动滑动变阻器分别读出滑片在几个位置时相应的电流表读数和电压表读数。
评论:本法复习了滑动变阻器原理和使用。多次测量求平均值,提高了准确率。
方法四:使用未知阻值电阻Rx、已知阻值电阻Ro、电源、电流表、开关、导线,如图4连接。读出电流表读数为Io。移动电流表,使电流表与Rx串联,读出电流表读数为Ix
评论:本法复习巩固了并联电路电压特点。
方法五:用方法四的元件,作如图5连接,闭合S、S1,读出电流表读数I总,闭合S断开S1,读出电流表读数I。
评论:本法只需连接一次电路,综合复习了欧姆定律,并联电路电流、电压特点,并联电路分流规律,并联电路总电阻跟各并联电阻的关系。
方法六:使用未知阻值电阻Rx、已知阻值电阻Ro、电源、电压表,一只开关、导线,如图6连接,读出电压表读数Uo。移动电压表,使电流表与Rx并联,读出电压表读数Ux。
评论:本法复习欧姆定律,串联电路电流特点及串联分压规律。
方法七:使用未知阻值电阻Rx,滑动变阻器(最大值值Ro)电源、电流表、开关、导线。如图7连接,读出滑片P在b端时电流表读数Ib,将滑片P滑到a端读出读数Ia。
评论:本法灵活地将滑动变阻器改为定值电阻使用,复习了欧姆定律,电源电压保持不变,串联电路电阻特点。
方法八:将方法七中的电流表换成电压表,如图8连接,分别读出P在a点和b点的读数Ua、Ub则:Ux=Ua,Uo=Ub-Ua
串联电路电流不变
评论:本法复习了串联电路电流特点及串联分压规律。
1.地位和作用
《欧姆定律及其应用》这一节在学生学习了电流表、电压表、滑动变阻器的使用方法及电流与电压、电阻的关系之后才编排的。通过这一节的学习,要求学生初步掌握和运用欧姆定律解决实际电学问题的思路和方法,了解运用“控制变量法”研究物理问题的实验方法,为进一步学习电学内容打下一定的基础。
2.教学目标
(1)知识目标
理解掌握欧姆定律及其表达式,能用欧姆定律进行简单计算;根据欧姆定律得出串并联电路中电阻的关系;通过计算,学会解答电学计算题的一般方法,培养学生的逻辑思维能力。
(2)技能目标
学习用“控制变量法”研究问题的方法,培养学生运用欧姆定律解决问题的能力。
(3)情感目标
通过介绍欧姆的生平,培养学生严谨细致的科学态度和探索精神,学习科学家献身科学、勇于探索真理的精神。通过欧姆定律的运用,帮助学生树立物理知识普遍联系的观点以及科学知识在实际中的价值意识。
3.重点和难点
重点:理解欧姆定律的内容及其表达式和变换式的意义,并且能运用欧姆定律进行简单的电学计算。
难点:运用欧姆定律探究串、并联电路中电阻的关系。
二、说学生
1.学生学情分析
在学习这节之前学生已经了解了电流、电压、电阻的概念,并且还初步学会了电压表、电流表、滑动变阻器的使用,具备了学习欧姆定律基础知识的基本技能。但对电流与电压、电阻之间的联系的认识是肤浅的、不完整的,没有上升到理性认识,需要具体的形象来支持。所以在本节学习中应结合实验法和定量、定性分析法。
2.知识基础
要想学好本节,需要学生应具备的知识有:电流、电压、电阻的概念,电流表、电压表、滑动变阻器使用方法,电流与电压、电阻的关系。
三、说教法
结合学生情况和本节特点本人采取以下几个教法:采用归纳总结法、采用控制变量法、采用定性分析法和定量分析法。
四、说教学过程
1.课题导入(采用复习设置疑问的方式,时间3分钟)
复习:电流是如何形成的?导体的电阻对电流有什么作用?
设疑思考:电压、电阻和电流这三个量之间有什么样的关系呢?通过简单的回顾、分析,使学生很快回忆起这三个量的有关概念,通过猜想使学生对这三个量的关系研究产生了兴趣,达到引入新课的目的。
2.展开探究活动,自主总结结论(时间37分钟)
根据上节探究数据的基础,让学生自主总结出两个结论:导体的电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比;导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。
为了进一步得出欧姆定律的内容,可采用以下几点做法:各小组在教师指导下,对实验数据进行数学处理,理解数学上“成正比关系”“成反比关系”的意思,从而引入欧姆定律的内容;让学生思考用一个什么样的式子可以将这两个结论所包含的意思表示出来,从而引入欧姆定律的表达式。
3.说明事项
在欧姆定律中有两处用到“这段导体”,其意思是电流、电压、电阻应就同一导体而言,即同一性和同时性。
向学生介绍欧姆的生平,以达成教学目标中的情感目标。学习科学家献身科学、勇于探索真理的精神,激发学生的学习积极性。
欧姆定律应用之一:通过课本第26页例题和第29页习题2和习题3,让学生自己先试做,然后教师再加以点评和补充,使学生理解掌握欧姆定律表达式及变形式的应用,达成教学目标的知识目标,充分体现了课堂上学生的自主地位。
应用欧姆定律解题时应注意以下几点问题:
(1)同一性
即公式中的U、I,必须针对同一段导体而言,不许张冠李戴。
(2)统一性
即公式中的U、I、R的单位要求统一(都用国际主单位)。
(3)同时性
即公式中的U、I,必须是同一时刻的数值。
(4)规范性
解题时一定要注意解题的规范性(即按照已知、求、解、答四个步骤解题)。
欧姆定律应用之二:探究串并联电路中电阻的关系。
(1)实验分析
在演示实验之前,要鼓励学生进行各种大胆的猜想,当学生的猜想与实验结果相同时,他会在实验中体验到快乐与兴奋,有利于激发学生的学习兴趣。
①演示实验
将两个电阻串联起来,让学生观察灯泡的亮度情况(变暗了),并说出原因(电路中的电流变小了,说明总电阻变大了)。
得出结论:串联电阻的总电阻比任何一个分电阻的阻值都大。
②演示实验
将两个电阻并联起来,同样让学生观察灯泡的亮度情况(变亮了),并说出原因(路中的电流变大了,说明总电阻变小了)。
得出结论:并联电阻的总电阻比任何一个分电阻的阻值都小。
(2)定性分析
(提出问题)为什么串联后总电阻会变大?并联后总电阻会变小?
得出结论:电阻串联相当于导体的长度变长了,所以串联电阻的个数越多总电阻就越大;电阻并联相当于导体的横截面积变粗了,所以并联电阻的个数越多总电阻就越小。
(3)定量分析
利用欧姆定律公式以及前面学过的串并联电路中电流和电压的特点推导串并联电路中总电阻的关系得出结论:(1)电阻串联后的总电阻R串=R1+R2+…+Rn;(2)电阻并联后的总电阻=+…+。
4.小结(4分钟)
(1)理解掌握欧姆定律的内容及其表达式
(2)运用欧姆定律解决有关电学的计算题以及探究串、并联电路中电阻的关系
5.布置作业(1分钟)
本节作业的布置主要是针对欧姆定律表达式及其变形公式的运用,并结合前面学习过的串并联电路中电流、电压的特点的一些常见题型加以知识的巩固。
作业:《课堂点睛》17页至18页的习题。
五、说板书设计
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。
欧姆定律的表达式:I
电阻的串联:R串=R1+R2+…+Rn
关键词: 物理 欧姆定律 复习
在物理复习的整个知识体系中,电学知识板块儿尤为重要。一是:它占整个三式合一理化试题物理部分的40%左右,即70分中的近30分属于物理电学试题。二是:电学知识在生产实践中的重要作用已凸显出来。而要学生全面掌握、领会初中阶段电学知识,对于相当一部分初中生来说具有较大的难度。从教以来我听过一些初中电学复习课:有的先把所要用到的电学公式板书在黑板上,再讲典型例题,接着练习;有的则通过学生作题中所反馈的问题对知识进行补充强调,再练习;有的直接强调万变不离其宗,让学生多看教材,然后讲例题等。复习中讲例题没错,但选择的例题过多,又无代表性,既延长了复习时间,又不能使学生的知识得到升华。久而久之,学生疲劳,老师厌烦。要使复习课在短时间内生动、奏效,应选择恰当的例题,在讲例题的基础上,对知识进行归纳和升华。
复习课,一要体现“从生活走向物理,从物理走向社会”,教学方式多样化等新课程理念;二要体现“知识与技能、过程与方法以及情感态度和价值观”三维目标的培养;三要优化学生的认知结构,让学生在教师的引导、帮助下,把学到的知识归纳起来,从而便于提练和记忆。所以对电学的复习要从学生喜闻乐见的小电器起步,从典型例题入手进行归纳总结。
例1:如图-1是一个玩具汽车上的控制电路。小明对其进行测量和研究发现:电动机的线圈电阻为1Ω,保护电阻R为4Ω。当闭合S后,两电压表的示数分别为6V和2V,则电路中的电流为?摇 ?摇?摇?摇A,电动机的功率为?摇?摇 ?摇?摇W。(这是陕西师范大学出版社出版,经陕西省中小学教材审定委员会2008年审定通过的《物理课堂练习册》中的一道题)
学生通常按下列方法计算电路中的电流:
R中的电流:I=U/R=2V/4Ω=0.5A,
电动机中的电流:I=U/R=4V/1Ω=4A,
由此得第一空电路中的电流就有两个值0.5A和4A。
于是第二空的对应值为:P=UI=4V×0.5A=2W与P=UI=4V×4A=16W。这就存在两个问题:
1.根据欧姆定律计算出两个串联元件中的电流不相等,与串联电路中电流的特点相矛盾。
2.由串联分压原理得:U:U=R∶R=1∶4,得:
①当U=2V时,U=8V,得到U+U=2V+8V=10V≠U源;
②当UM′=4V时,U′=1V。U′+U=1V+4V=5V≠U,这与串联电路中的电压关系相矛盾。
对此,应找出题中所涉及的知识点,分析这些知识点间的联系,那上面的矛盾就迎刃而解了。
首先,应对欧姆定律有深入的理解。
例2:如图2所示电路(R≠R≠R)。引导学生分析如下:
1.对电路状态的分析。
(1)当S、S、S都闭合时,R与R并联,并联后作为一个整体再与R串联。A测R中的电流,V测R或R两端电压。
(2)当S、S闭合S断开时,则由图-2演变为图-2(a)到(b)。
R与R串联,R处于断开状态,A测整个电路中的电流。
(3)当S、S闭合S断开时,则由图2演变为图-2(c)到(d)。
R与R串联,R处于断开状态,V测R两端电压。
2.欧姆定律中涉及I、U、R三个量间的关系。
(1)欧姆定律中的I、U、R三个量是针对同一个用电器或者同一部分电路而言的,即必须满足“同一性”。
当图-2中的S、S、S都闭合时,A测R中的电流为I,V测R两端电压为U。此时能否用U与I的比值来计算R或R阻值呢?(即R=U/I)。
如果R=R时,由于R与R并联,所以R两端电压U等于R两端电压U,即U=U=U。根据R=U/I得R=U/I,R=U/I。这样计算出的R2的值虽然是正确的,但属于不正确的方法得出了正确的结果,实属偶然巧合。
若R≠R时,那么R=U/I,若再按R=U/I来计算R的电阻值就没有上述的巧合了。因为电压相等是并联电路电压的特点,R、R中的电流是不相等的。上述中错误地认为R、R中电流相等。这里的电压是R两端电压,而电流是R中的电流,电压与电流是两个不同电阻(或用电器,或电路)的对应量,也就违背了“同一性”。
这就告诉我们,在应用欧姆定律解题时,一定要遵循“同一性”原则,切忌“张冠李戴”,电学中的所有公式都不能违背“同一性”原则。如:W=UIt、Q=IRt、P=UI等。
(2)欧姆定律中的I、U、R三个量必须是同一状态、同一时刻存在的三个物理量,即必须满足“同时性”。
在图-2中,当S、S闭合时,R中的电流大小与S、S闭合时R中的电流大小是否相等?
在图-2中,当S、S闭合S断开时,不难看出,R与R串联:I=I=I则I=U源/(R+R);当S、S闭合S断开时,R与R串联:I=I=I,则I=U/(R+R)。因为R+R≠R+R所以U源/(R+R)≠U源/(R+R),即两次电流不相等。S、S闭合时,R中的电流大小与S、S闭合时R中的电流大小不相等,这是因为S、S闭合时与S、S闭合时电路状态不同,R是在不同的状态下工作,不是同一时间内电流的大小,电流不相等。
在利用公式计算的过程中,不能用第一状态下的量值与第二状态下的量值代入关系式计算。如:要计算R的电阻值,就不能用第一状态下R两端的电压值与第二状态下R中的电流的比值来计算R的电阻值。在计算电流、电压时,也不能这样处理。
因此在利用公式计算时,带值入式的物理量必须是同一状态下的物理量,必须满足“同时性”。
(3)欧姆定律中的I、U、R三个量的单位必须同一到国际单位制,即I―A、U―V、R―Ω。即应满足“统一性”。
除各物理量的主单位外,还应记住常用单位及其单位换算关系,将常用单位换算为国际单位制单位,在利用其它电学公式计算时也要统一单位。
如:电功的公式W=UIt中,各物理量的对应单位:U-V、I-A、t-S;这样W的单位才是J。电热的公式Q=IRt中:I―A、R―Ω、t―S;这样Q的单位才是J。电功率的公式P=UI中:U-V、I-A,这样P的单位才是W。
我们要确定欧姆定律的适用条件。
1.欧姆定律只对一段不含电源的导体成立,即只适用于纯电阻电路。因此,欧姆定律又称为一段不含源电路的欧姆定律。
例1中涉及到电磁转换的知识,电动机工作时实质上也是一个发电机。电动机工作时,其闭合线圈切割磁感线会产生感应电流,所产生的感应电流对流过电动机线圈中的电流有一定影响。
实际上图1相当于一个“RL”串联电路,总电压的有效值不等于各分电压有效值的代数和,即U≠U+U。但得到的电流有效值的关系I=U/Z与直流(或部分)电路的欧姆定律相似,各元件上的分电压与该元件的阻抗(Z)成正比。
虽然电动机工作时产生的阻抗目前初中阶段无法计算出来,但无论电动机工作时产生的阻抗为多少,电路中的电流都等于电阻R中的电流,即I=U/R=2V/4Ω=0.5A。电动机两端的实加电压等于总电压(电源电压)减去电阻R两端的电压,即U=U-U=6V-2V=4V。则电动机的功率为:P=UI=4V×0.5A=2W。
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上述分析说明,电阻R所在的这部分电路与电动机所在的这部分电路有着本质的不同。从能量转化的角度看:电阻R所在的这部分电路是将电能全部转化为热能;而电动机所在的这部分电路电能只有少部分转化为热能,大部分转化为机械能。前者属于纯电阻电路,后者属于非纯电阻电路。
欧姆定律只适用于纯电阻电路,即用电器工作的时候电能全部转化为内能的电路。例如电熨斗、电暖气、电热毯、电饭锅、热得快等。而电动机、电风扇,等等,除了发热外,还对外做功,所以这些是非纯电阻电路,欧姆定律不再适用。由欧姆定律导出的公式也只适用于纯电阻电路(如:W=IRt W=U/Rt Q=UIt Q=U/Rt P=IR P=U/R等。)
2.欧姆定律适用于金属导体和通常状态下的电解质溶液;但是对于气态导体(如日光灯管中的汞蒸气)和其它一些导电元器件,欧姆定律不成立。欧姆定律对某一导体是否适用,关键是看该导体的电阻是否为常数。当导体的电阻是不随电压、电流变化的常数时,其电阻叫线性电阻或欧姆电阻,欧姆定律对它成立;当导体的电阻随电压、电流变化时,其电阻叫非线性电阻,如:电子管、晶体管、热敏电阻等,欧姆定律对它不成立。
3.欧姆定律只有在等温条件下,即导体温度保持恒定时才能成立。当导体温度变化时,欧姆定律对该导体不成立,因为电阻是温度的函数。
在讲解欧姆定律的应用时,常举白炽灯的例子,实际上白炽灯的钨丝在温度变化很大时电阻具有非线性,随着电流的增大,钨丝的温度升高很多,其电阻也随着变化。对非线性电阻,欧姆定律不成立,但是作为电阻定义的关系式R=U/I仍然成立,只不过对非线性电阻,R不再是常量。
综上所述,例1中第一空电路中的电流有两个值0.5A和4A,一个是在纯电阻电路(电阻R)中用欧姆定律算出的电流0.5A。另一个是用欧姆定律计算在非纯电阻电路(含电动机的电路)中的电流为4A,显然不对。
通过对例1的全面、透彻的分析,我们对电学知识得到了进一步升华:(1)判断电路的连接方式;(2)判断电表的作用;(3)利用欧姆定律解决实际问题时必须注意“三性”;(4)复习了电功率、焦耳定律等相关电学公式;(5)欧姆定律的适用范围。
学生能够领悟到,复习不是为了解题,而是要掌握知识的前后联系,优化知识结构;仔细观察,认真分析;发散思维,以点带面;举一反三,融会贯通。这样,从而体现出知识与技能、过程与方法,以及情感态度和价值观的培养。
参考文献:
[1]王较过.物理教学论.陕西师范大学出版社,2003.
[2]阎金铎,田世坤.初中物理教学通论.高等教育出版社,1989.
[3]梁绍荣等.普通物理学―电磁学高等教育出版社,1988.
[4]新课程实施难点与教学对策案例分析丛书,(初中卷).中央民族大学出版社.
使用器材:基本器材为:电源、电流表、电压表、待测电阻Rx、滑动变阻器RP、开关、导线等。
实验原理及电路图:I=UR,串联电路的电流特点如图1所示。
步骤及计算式:闭合开关S,测出Rx与部分RP串联时的电流Ix及Rx两端的电压Ux。则:Rx=UxIx
2 “双流”法
使用器材:无基本器材中的电压表。
实验原理:欧姆定律,并联电路的电压、电流特点及电路图如图2所示。
步骤及计算式:闭合开关S,电流表在图示位置分别连接,测出干路电流I及支路电流Ix、IP。三个电流任意两个组合,均可计算出未知电阻Rx。分别为:
①Rx=I-IxIxRP;②Rx=IPI-IPRP;
③Rx=IPIxRP。
3 “开流”法
使用器材:无基本器材中的电压表。
实验原理及电路图:欧姆定律,开关闭合前后电源电压不变。电路图如图3所示。
步骤及计算式:闭合开关S、S1,测出只有RP的电流IP;断开S1,测出Rx与RP串联的电路电流I。则:Rx=IP-IIRP。若将S1与RP并联,与前类似,则:Rx=IIx-IRP。
4 “变流”法
使用器材:无基本器材中的电压表。
实验原理及电路图:欧姆定律,电路变化前后电源电压不变。电路图如图4所示。
步骤及计算式:闭合开关S,将滑片置于a端,测出只通过Rx的电流Ia;再将滑片置于b端,测出Rx与RP串联的电流Ib。则:
Rx=IbIa-IbRP。
5 “双压”法
使用器材:无基本器材中的电流表。
实验原理及电路图:欧姆定律,串联电路的电流特点。电路图如图5所示。
步骤及计算式:闭合开关S,分别测出Rx与RP两端的电压Ux、UP。则:Rx=UxUPRP。
6 “开压”法
使用器材:无基本器材中的电流表。
实验原理及电路图:欧姆定律,串联电路的电压、电流特点。电路图如图6所示。
步骤及计算式:闭合开关S、S1,测出RP两端的电压即电源电压U;
断开S1,测出Rx与RP串联时RP两端的电压UP。则:Rx=U-UPUPRP。若将S1与RP并联,与前类似,则:Rx=UxU-UxRP
7 “变压”法
使用器材:无基本器材中的电流表。
实验原理及电路图:欧姆定律,串联电路的电压、电流特点。电路图如图7所示。
步骤及计算式:闭合开关S,将滑片置于a端,测出Rx两端的电压即电源电压U;再将滑片置于b端,测出Rx与RP串联时Rx两端的电压Ux。则:Rx=UxU-UxRP。
一、滑动变阻器滑片P的移动引起电路中电学三大物理量的变化类
例1:如图(图略)所示的电路,电源电压保持不变,闭合开关,当滑动变阻器的滑片P向左滑动时,各电表的示数将如何变化:( )A.电流表A示数变大,电压表V示数变小;B.电流表A示数变大,电压表V示数变大;C.电流表A示数变小,电压表V示数变小;D.电流表A示数变小,电压表V示数变大。
分析:①首先判断出这两个电路的连接方式,电压表V测量哪个元件两端的电压,电流表A测量哪部分的电流;②其次判断出当滑动变阻器的滑片滑动时,电路中总电阻和总电流的变化情况;③最后结合欧姆定律和串、并联电路电流、电压的特点分析电流表和电压表示数的变化情况。
解答:①电阻R和变阻器R1组成串联电路,电压表V测量滑动变阻器R1两端的电压,电流表A测电路中的电流;②当滑动变阻器R1的滑片P向右滑动时,其接入电路阻值变小,电路中总电阻变小,根据欧姆定律得电路中电流变大,故电流表示数变大;③定值电阻R两端的电压为U=IR,I变大,R不变,因此U变大,故定值电阻R两端的电压U变大,电压表V1示数变大;因定值电阻R两端的电压U变大,电源两端电压保持恒定,根据串联电路电压的特点,滑动变阻器两端的电压U1会变小,故电压表V2的示数变小。故选B。
点评:本题考查了欧姆定律的应用以及滑动变阻器的使用,解决此类问题要判断滑动变阻器在电路中电阻的变化,再利用串联电路的特点和欧姆定律来判断电表示数的变化。
例2:电源电压保持不变,闭合开关,滑动变阻器滑片P从左向右移到中点的过程中,电流表A1、A2、电压表V的示数各如何变化?( ) A.电压表V和电流表A1、电流表A2的示数都变小;B.电流表A1的示数和电流表A2的示数保持不变;C.电流表A1示数变大,电流表A2和电压表V的示数不变;D.电流表A2示数变小,电流表A1和电压表V的示数不变。
分析:从图(图略)可知,R1和R2组成的是一个并联电路,电流表A1测量的是干路电路中的总电流,电流表A2测量的是通过定值电阻R2的电流,首先分析电路中电阻的变化,再利用公式I=U/R来分析电流表示数的变化,电压表测量的是R2两端的电压,可利用并联电路的特点进行分析。
解答:因为R1和R2组成的是一个并联电路,电压表测量的是R2两端的电压,故U1=U2=U,而电源两端电压保持不变,所以电压表示数保持不变;电流表A2测量的是通过定值电阻R2的电流,U2不变,R2不变,由公式I=U/R可知,电流表A2的示数保持不变;电流表A1测量的是干路中的电流,滑动变阻器滑片P从左向右滑动时,其连入电路中的电阻变小,所以电路中的总电阻变小,而U不变,由公式I=U/R可知,电流表A1的示数变大,电流表A2的示数保持不变。故选 C。
点评:本题考查了滑动变阻器对电流表和电压表的影响,解决此类问题要判断滑动变阻器在电路中电阻的变化,再利用并联电路的特点和欧姆定律来判断电压和电流的变化。
二、开关的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化类
例3:如图(图略)所示,电源电压不变,当开关S由断开到闭合时,电表示数的变化情况是:( ) A.电流表、电压表示数均变大;B.电流表、电压表示数均变小;C.电压表示数变大,电流表示数变小;D.电压表示数变小,电流表示数变大。
分析:先判断出开关闭合前后电路的连接方式,再判断电压表测哪个用电器两端的电压,最后根据欧姆定律解答。
解答:在开关闭合前,电阻R1和 R2组成串联电路。电压表V测量R2两端的电压,开关闭合后,电阻R1被局部短路,此时,电压表测量R2两端的电压,同时也测量电源两端的电压,因此电压表V的示数和原来相比将变大。
开关闭合前,电流表测量串联电路的电流;开关闭合后,由于电阻R1和电流表被局部短路,所以电流表的示数为零,和原来相比电流表的示数将变小。故选C。
点评:知道串联电路的特点,熟悉电压表的使用,会灵活应用欧姆定律。
例4:如图(图略)所示的电路,电源电压保持不变,当开关s闭合时,电表示数的变化情况是:( )A. A1示数不变,A2示数减小;B. A1示数不变,A2示数增大;C. A1、A2的示数均增大;D.A1示数减小,A2示数减小。
分析:先判断出电阻的连接方式和电流表是测量哪个电阻的电流后分析解答。
解答:两个电灯是并联的,电流表A1测支路中的电阻R1的电流,电流表A2测干路中的电流,当开关闭合后,电阻R1两端的电压还等于电源电压,故电流表A1的示数不变;而电路的总电阻变小,根据欧姆定律得,干路中的电流变大,故电流表A2的示数变大。故选B。
一、知识网络
欧姆定律探究电流与电压、电阻的关系欧姆定律内容、公式欧姆定律的应用伏安法测电阻串联、并联电路电阻的特点
二、知识梳理
(一)欧姆定律的探究(探究电流与电压、电阻的关系)
1.探究方法:控制变量.
2.实验电路图:如图1所示.
3.实验结论:在电阻一定时,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.
(二)欧姆定律
1.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.表达式:I=■
3.适用范围:欧姆定律所研究的电路是电源外部的一部分或全部电路;在非纯电阻电路中(如含有电动机的电路),公式中的U、I、R的关系不成立.
4.适用条件:欧姆定律公式中的各个物理量具有同一性,即I、U、R是对同一段电路(或导体)、同一时刻(或状态)而言的.
5.公式变形:由欧姆定律数学表达式可得到公式R=■、U=IR,用于计算导体的电阻和导体两端的电压.
(三)欧姆定律的应用
1.伏安法测电阻
伏安法测电阻的实验原理是R=■.用伏安法测量导体电阻的大小,即用电压表测量导体两端的电压大小,用电流表测量导体中电流大小,根据公式R=■,即可得到导体电阻的大小.在用伏安法测电阻时,要正确选择电压表与电流表的量程,同时,要利用多次测量求平均值以减小实验误差.
2.推导串联电路的总电阻
如图2,根据串联电路中电流、电压的特点可知:
I=I1=I2,U串=U1+U2
再根据欧姆定律变形公式可得:
IR串=I1R1+I2R2
所以,R串=R1+R2
结论:串联电路的总电阻等于各串联导体电阻之和.(若有n个导体串联,其总电阻为R串=R1+R2……+Rn)
3.推导并联电路的总电阻
如图3,根据并联电路中电流、电压的特点可知:
I=I1+I2,U=U1=U2
再根据欧姆定律的变形公式可得:
■=■+■
所以,■=■+■
结论:并联电路总电阻的倒数等于各并联导体电阻倒数之和.(若有n个导体并联,其总电阻为■=■+■+……+■)
三、典型例题
例1 由欧姆定律数学表达式可以得出公式R=■.关于此表达式,下列说法正确的是( ).
A.当导体两端的电压是原来的2倍时,导体的电阻也是原来的2倍
B.当导体中电流是原来的2倍时,导体的电阻是原来的0.5倍
C.当导体两端的电压增加几倍,导体中的电流也增加几倍,导体的电阻不变
D.当导体两端的电压为零时,导体的电阻也为零
解析 公式R=■是由欧姆定律数学表达式变形得到的,它表示一段导体两端的电压与通过导体电流的比值是不变的,它反映了导体对电流的阻碍作用.电阻是导体本身的一种属性,跟导体两端电压、电流均无关.
答案 C.
例2 小明同学想探究“一段电路中的电流跟电阻的关系”,设计了如图4所示的电路图(电源电压恒为6V).
(1)根据小明设计的图4,用铅笔将图5的实物连接完整.
(2)小明将第一次实验得到的数据填入了下面表格中,然后将E、F两点间的电阻由10Ω更换为20Ω,让滑动变阻器的滑片P向 移动(选填“A”或“B”),直到电压表的示数为 V.此时电流表的指针位置如图6所示,请把测得的电流数值填入表格.
(3)小明根据实验数据得到如下结论:导体中的电流与导体的电阻成反比.请你对以上的探究过程和得出的结论做出评价,并写出两点评价意见: ; .
解析 (1)连接实物图时,电压表要并联在定值电阻两端,并注意选择合适的量程;连接滑动变阻器要注意连接“一上一下”两个连接柱.
(2)因为导体中的电流与导体电阻和导体两端的电压均有关,所以探究“一段电路中的电流跟电阻关系”时应控制定值电阻两端电压相同.当E、F两点间的电阻由10Ω更换为20Ω时,如果滑动变阻器滑片P不移动,则电压表示数会变大,为了保持电压表示数不变,滑片P应向B端移动,直到电压表示数与第一次实验时一样,即4V.
(3)通过数据分析找出物理规律是研究物理问题的常用方法,但仅通过一两次实验数据就得到结论并不科学,常常会使结果带有偶然性,因此需要进行多次实验;得出的结论是有条件限制的,结论缺少前提条件.
答案 (1)如图7所示.
(2)B 电压表的示数为4V 0.2
(3)实验次数太少(没有进行多次实验);结论缺少“电压一定”的前提条件
例3 小华想测出一个电阻Rx的电阻值,将选用的器材连接成如图8所示的电路,R0为已知阻值的定值电阻.由于电源电压未知,所以,没能测出电阻Rx的阻值.请你选添合适的器材,帮他完成这个实验.要求:(1)用两种不同的方法,分别画出电路图,简要说明实验方法,并写出电阻Rx的表达式.(2)每一种方法在不拆除原有电路接线的条件下,只允许选添一种器材和导线接入电路.
解析 方法1:如图9,用电流表测出通过Rx的电流I,用电压表测出Rx两端的电压U,则电阻Rx=■.
方法2:如图10,用电流表测出通过Rx的电流为I,用电压表测出Rx和R0两端的总电压为U,则电阻Rx=■-R0.
方法3:如图11,先用电流表测出电路中的电流为I1,再将导线并联在电阻Rx两端,测出电流表为I2,则电阻Rx=■R0 .
点评 本题采用特殊方法测量电阻.因为已有电流表,这样就可以测出电阻Rx和已知电阻R0的电流值.但由于缺少电压表,因此解决本题的关键是如何测量出电阻Rx两端的电压.解决本题的方法是开放性的,只要能测出电阻Rx两端的电压(或Rx和R0两端的总电压),即可利用R=■求出电阻Rx的阻值(或电阻器Rx与R0的总电阻,从而可求Rx的阻值).另外,将导线并联在电阻Rx或已知电阻R0两端,可使得电路中电流发生变化.根据电流表的数值,并利用欧姆定律即可求出电阻Rx的阻值.
例4 在学校举行的物理创新大赛上,小明和小红所在的科技小组分别设计了一种测量托盘所受压力的压力测量仪,如图12、图13所示.两装置中所用的器材与规格完全相同,压力表是由电压表改装而成,R1为定值电阻,阻值为10Ω,R2为滑动变阻器,规格为“10Ω 1A”.金属指针OP可在金属杆AB上滑动,且与它接触良好,金属指针和金属杆电阻忽略不计.M为弹簧,在弹性限度内它缩短的长度与其所受的压力大小成正比.当托盘所受压力为零时,P恰好位于R2的最上端;当托盘所受压力为50N时,P恰好位于R2的最下端,此时弹簧的形变仍在弹性限度内.
(1)图12装置中,当P位于R2的最下端时,电压表的示数为3V,则电源电压是多少?
(2)图12装置中,压力25N的刻度位置标在电压表表盘多少伏的刻度线上?
(3)在图12、图13两种装置中,两个压力表的刻度特点有何不同?试说明理由.
解析 (1)图12装置中,当P位于R2的最下端时,
电路中的电流I=■=■=0.3A.
电源电压U=I(R1+R2)=0.3A×(10Ω
+10Ω)=6V.
(2)图12装置中,当托盘所受压力为25N时,P恰好位于R2的中点,滑动变阻器接入电路的电阻R2为5Ω.电压表测R2两端电压.
电路中的电流I=■=■=0.4A.
电压表的示数为U2=IR2=0.4A×5Ω=2V.
压力25N的刻度位置标在电压表表盘2V的刻度线上.
(3)图12装置中压力表的刻度是不均匀的,图13装置中压力表的刻度是均匀的.
图12装置中,当改变托盘所受的压力时,R2接入电路中的电阻发生变化,电压U2=■,U2与R2不是正比关系,压力表的刻度不均匀.
关键词:欧姆定律;电流;电压;电阻
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1992-7711(2014)02-0086
实验是从感性到理性认识的过程,是从具体到抽象、从简单到复杂的思维形成过程,符合学生的身心特点和认识过程。因此,实验既是学习物理的重要基础,又是物理教学的重要内容、方法和手段。利用实验可以培养学生多方面的能力,通过对实验原理的理解、观看或亲自动手进行操作、信息(现象或数据)的获取、分析综合等过程,可以培养学生的多种能力。
欧姆定律是初中物理电学的重要定律之一,它把电流、电压和电阻三者融为一体,它在电学中起到桥梁和纽带的作用,同时欧姆定律的探究能力培养、考查学生的综合能力,所以对欧姆定律的探究也是中考中的高频考点。
例:某实验小组的同学探究电流与电压的关系时,用到如下器材:电源为2节干电池,电流表、电压表各1只,定值电阻(5Ω、10Ω、15Ω各1只),滑动变阻器1只(标有“10Ω,2A)字样,开关1个,导线若干(如图1所示);设计的电路如图2所示,
(1)在这个实验中,电压表应选用的量程为 ,电流表应选用的量程为 。
(2)这个实验的探究方法是 ,其中被控制的变量是 ,下面是他们获取的几组实验数据。
(3)实验中他们选用的定值电阻为 Ω。
(4)请在图3的坐标系上画出电流随电压变化的图象。
(5)请根据电路图用笔画线代替导线,将图1中的元件连成电路.要求:滑动变阻器的滑片向左移动时,电流表的示数变大。
(6)分析表中的数据或图象,可得到的初步结论是:
解析:(1)根据题目中给定的条件可知:电路中的电源为2节干电池,所以最大电压为3V,因此电压应选量程为0~3V(或3V);当滑动变阻器的滑片在最左端时,电路中的电阻最小,由欧姆定律得电路中的最大电流:I最大=■=■=0.6A,所以电流表应选量程为0~0.6A(或0.6A)。
(2)由于电路中的电流与导体导体两端的电压有关,也和这段导体的电阻有关,所以要探究电流与电压、电阻三者关系时应采用的探究方法是控制变量法。这个实验是探究电流与电压的关系,所以应控制的变量是电阻。
(3)在这个实验中所给的定值电阻有三个,那究竟用的那个电阻呢?这就要根据表中的实验数据,通过计算来确定。I=■,R=■=5Ω。所以他们选择的定值电阻应该为5Ω。
(4)根据表中的实验数据,在坐标系上将对应的电流值、电压值进行描点,再用笔画线将这些点连接起来,便画出了电流随电压变化的图象,如图答案⑷所示。
特别注意:在I-U图象中,当电压为0时,电流也为0,所以坐标原点为0。但根据电流、电压值所描绘的线表示电阻,而电阻是导体的一种属性,它的大小由导体的长度、横截面积、材料和温度决定,而与电流、电压无关,所以这条线不能以过坐标原点,如果经过坐标原点,那就会得出电压为0,电流为0时,电阻也为0的这种错误结论。
(5)电流表要串联在电路中,电压表要并联在被测电阻两端,又因为滑动变阻器的滑片向左移动时,电流表的示数变大,即说明当滑片向左移动时,电路中的电阻减小。所以滑动变阻器电阻丝上的两个接线柱应接左端那个(无论金属杆上的两个接线柱接哪个),金属杆上的两个接线柱可任意接,如图答案⑸所示。
(6)不论是从表中的数据还是从图象分析都可以得出结论:在电阻一定时,导体中的电流与导体导体端的电压成正比。
答案:(1)0~3V(或3V),0~0.6A(或0.6A)。(2)控制变量法,电阻。(3)5Ω。(4)如图答案(4)所示。(5)如图答案⑸、⑹在电阻一定时,导体中的电流与导体导体端的电压成正比。
点评:本题从器材的选择、元件的使用方法、电路的连接、滑动变阻器的使用方法、数据的分析与处理、作I-U图象及分析归纳得出科学合理的实验结论等进行了一系列的考查。这是一道欧姆定律探究题最全面的题,难度较大,综合性也很强的实验题目,考查了学生的实验技能,很好地体现了新课程标准理念。
第1节 对欧姆定律的理解和应用
重点考点
欧姆定律是通过“探究导体的电流跟哪些因素有关”的实验得出的实验结论.应注意以下考点:(1)公式()说明导体中的电流大小与导体两端的电压和导体的电阻两个因素有关,其中I、U、R必须对应于同一电路和同一时刻.(2)变形式()说明电阻R的大小可以由()计算得出,但与U、I无关.因为电阻是导体本身的一种性质,由自身的材料、长度和横截面积决定.由此提醒我们,物理公式中各量都有自身的物理含义,不能单独从数学角度理解.(3)串联电路具有分压作用,并联电路具有分流作用.
中考常见题型
中考一般会从两方面考查欧姆定律的应用,一是对欧姆定律及变形公式的理解和简单计算,一般不加生活背景,以纯知识性的题目出现在填空题或选择题中:二是应用欧姆定律进行简单的串并联的相关计算.
例1 (2014.南京)如图1所示,电源电压恒定,R1=20Ω,闭合开关S,断开开关S1,电流表示数是0.3 A;若再闭合开关S1,发现电流表示数变化了0.2 A.则电源电压为____V,R2的阻值为____ Ω.
思路分析:闭合s,断开S1时,电路为只有R1的简单电路,可知电源电压U=U1=I1R1=0.3 Ax20 Ω=6 V;若再闭合S1时,两电阻并联,则U2=U=6 V,因为R1支路两端的电压没有变化,所以通过该支路的电流仍为0.3 A,电流表示数的变化量即为通过R2支路的电流,则I2=().
答案:6 30
小结:本题考查了并联电路的特点和欧姆定律的灵活运用,关键是能判断出闭合开关S1时电流表示数的变化即为通过R2支路的电流.每年的中招都有一个2分的这样的纯计算题目,以考查同学们对基础知识的理解和掌握程度.
例2(2013.鄂州)如图2甲所示的电路,电源电压保持不变.闭合开关S,调节滑动变阻器,两电压表的示数随电路中电流变化的图象如图、2乙所示.根据图象的信息可知____.(填“α”或“b”)足电压表V2示数变化的图象,电源电压为____V,电阻R1____的阻值为____ Ω.
思路分析:国先分析电路的连接情况和电表的作用:电阻R1和滑动变阻器R2串联,电压表V1测的是R1两端的电压,电压表V2测的是滑动变阻器(左侧)两端的电压.因为R1是定值电阻,通过它的电流与电压成正比,所以它对应的图象应是α,那么图象b应是电压表V2的变化图象,观察图象可知:当电流都是0.3 A(找出任一个电流相等的点,两图线对应的电压之和就是电源电压)时,U1=U2=3 V,根据串联电路中电压的关系可知,电源电压为6V,由于R1是定值电阻,所以在图象α上任找一点,代入欧姆定律可知()
答案:b 6 10
小结:欧姆定律提示了电流、电压、电阻三者之间的数量关系和比例关系,三个比例关系分别为:(1)电阻一定时,导体中的电流与导体两端的电压成正比,即()(2)电流一定时,导体两端的电压和它的电阻成正比,即().该规律又可描述为:串联分压,电压的分配和电阻成正比,即电阻大的分压多.(3)电压一定时,导体中的电流和导体的电阻成反比,即(),该规律又可描述为:并联分流,电流的分配和电阻成反比,即电阻大的分流小.图象可以很直观地呈现这种关系,学会从图象中找出特殊点足解决欧姆定律问题的一大技巧,
第2节 动态电路中物理量的变化
重点考点
由于滑动变阻器滑片的移动或开关所处状态的不同,使电路中电流和电压发生改变,这样的电路称之为动态电路.这类题目涉及电路的分析、电表位置的确定、欧姆定律的计算、串并联电路中电流和电压分配的规律等众多知识,因此同学们在分析过程中容易顾此失彼,下面我们通过例题梳理一下解决这类问题的一般思路,
中考常见题型
题日常联系生活实际,以尾气监控、超重监控、温度监控、风速监控、身高测量等为背景,考查该部分知识的掌握情况,存中考题中常以选择题的方式呈现,注意:如果题目中没有特别说明,可认为电源电压和定值电阻的阻值是不变的.
例3(2014.济宁)小梦为济宁市2014年5月份的体育测试设计了一个电子身高测量仪.图3所示的四个电路中,Ro是定值电阻,R是滑动变阻器,电源电压不变,滑片会随身高上下平移.能够实现身高越高,电压表或电流表示数越大的电路是().
思路分析:图A中两个电阻R。和R串联,电流表测量的是整个电路中的电流,当身高越高时,滑动变阻器接入电路中的阻值越大,电路中的电流越小,电流表的示数越小,图B中身高越高时,滑动变阻器连人电路中的阻值越大,电压表测量的是滑动变阻器两端的电压,根据串联电路分压的规律知道,R越大电压表的示数越大,符合题意.图B与图C中滑动变阻器的接法不同,图C中身高越高,滑动变阻器连入电路中的阻值越小,同理知道电压表的示数越小.图D是并联电路,电流表测的是支路电流,根据并联电路各支路互不影响的特点知道,不论人的身高如何变化,电流表的示数都不会发生变化,选B.
小结:分析这类问题依据的物理知识是:(1)无论串并联电路,部分电阻增大,总电阻随之增大,而电源电压不变,总电流与总电阻成反比.(2)分配关系:串联分压(电阻大的分压多),并联分流(电阻大的分流少).(3)在并联电路中,各支路上的用电器互不影响,滑动变阻器只影响所在支路电流的变化,从而引起干路电流的变化.解决这类问题的一般思维程序是:(1)识别电路的连接方式并确定电表位置.(2)判断部分电阻的变化.(3)判断总电阻及总电流的变化.(4)根据串并联电路的分压或分流特点进行局部判断.
例4如图4所示电路,电源电压不变,开关S处于闭合状态.当开关S.由闭合到断开时,电流表示数将____.电压表示数将 ________ .(均填“变大”“不变”或“变小”)
思路分析:当开关S.闭合时,电灯L被短路,电路如图5所示,电压表测的是电阻R两端的电压(同时也是电源电压),电流表测的是通过电阻R的电流.当开关S1断开时,电灯L和电阻R串联,电路如图6所示,此时电压表测电阻R两端的电压,它是总电压的一部分,所以电压表的示数变小;电流表测的是总电流,但跟S,闭合相比,这个电路的总电阻变大,总电压不变,故电流表的示数变小.
答案:变小 变小
小结:本题引起电表示数变化的原因是开关处于不同状态,解决本题的突破口是弄清楚当开关处于不同状态时,电路的连接情况和电表的位置.
第3节 欧姆定律的探究及电阻的测量
重点考点
电学实验探究题的考查比较常规,有以下几方面:(1)选取器材及连接电路:根据题目要求,分析或计算出电表的量程和滑动变阻器的规格,连接电路时开关应断开,滑动变阻器要“一上一下”接入,且滑片要放在阻值最大的位置.电表的量程和正负接线柱要正确.(2)滑动变阻器的作用:保护电路,改变电路中的电流或用电器两端的电压,实现多次测量.(3)分析实验数据得出结论.怎样分析数据才能得出结论是近年来考试的侧重点,要注意结论成立的条件和物理量的顺序.(4)多次测量的目的有两个,如定值电阻的阻值不变,多次测量是为了求平均值减小误差:灯丝电阻是变化的,多次测量是为了观察在不同电压下,电阻随温度变化的规律.难点是单表测电阻和创新型实验的探究与设计.
中考常见题型 中考常以“探究电流与电压或电阻的关系”“测小灯泡的电阻”和“测定值电阻的阻值”这三类题型,以实验探究的方式考查同学们的动手能力和解决实际问题的能力,在常规的考查基础上,近几年又融人器材的选取、电路故障的处理、单表测电阻及如何分析数据才能得出结论等探究内容的考查.
例5用“伏安法”测电阻,小华实验时的电路如图7所示.
(1)正确连接电路后,闭合开关前滑片P应置于滑动变阻器的________(填“左”或“右”)端.
(2)测量时,当电压表的示数为2.4V时,电流表的示数如图7乙所示,则,_____A,根据实验数据可得R2=____Ω.小华在电路中使用滑动变阻器的目的除了保护电路外,还有____.
(3)如果身边只有一只电流表或电压表,利用一已知阻值为Ro的定值电阻、开关、导线、电源等器材也可以测出未知电阻Rx请仿照表1中示例,设计出测量Rx阻值的其他方法.
思路分析:闭合开关前,滑动变阻器的阻值应调到最大.由于测量的是定值电阻的阻值,所以,应该多次测量求平均值减小误差,这正是使用滑动变阻器的另一个目的.测电阻的原理是R=(),即用电压表测出未知电阻两端的电压,用电流表测出通过未知电阻的电流,就能计算出未知电阻的阻值.当只有电流表时,我们应设法“借到”电压,怎样让未知电阻两端的电压和已知电阻两端的电压相等呢?只有组成并联电路,示例也证实了这一点.同样道理,当只有电压表时,我们可以组成串联电路,这样可以借助通过已知电阻的电流来计算未知电阻,
模块一
单开关电路动态分析
例题精讲
【例1】
如图,当S闭合,滑动变阻器的滑片P向右滑动时,电压表示数将_______,电流表示数将________,电压表示数与电流表示数的比值________(选填“变大”、“变小”或“不变”).
考点:
欧姆定律的应用;滑动变阻器的使用;电路的动态分析.
解析:
当滑片向右移动时,接入电阻变大,总电阻变大,由欧姆定律得电路中电流变小,R上的电压变小.因R阻值不变,故电压表与电流表的示数不变.
答案:
变小,变小,不变.
【测试题】
如图所示的电路,滑动变阻器的滑片P
向右滑动的过程中,电流表和电压表的示数变化是(
)
A.电流表示数变小,电压表示数变大
B.
电流表、电压表示数都变大
C.电流表示数变大,电压表示数变小
D.
电流表、电压表示数都变小
考点:
欧姆定律的应用;滑动变阻器的使用.
解析:
读图可知,这是一个串联电路,电压表测滑动变阻器两端的电压,电流表测串联电路的电流.当滑动变阻器的滑片P向右滑动时,接入电路的阻值变大,根据串联电路的分压原理,电压表的示数会变大.电路中的总电阻变大,在电源电压不变的情况下,电流会变小.所以只有选项A符合题意.
答案:
A
【例2】
如图所示电路,当滑动变阻器滑片向右滑动时,电流表和电压表示数变化情况是(
)
A.
电流表和电压表示数都不变
B.
电流表示数变小,电压表V1示数变小,电压表V2示数不变
C.
电流表示数不变,电压表示数都变大
D.
电流表示数变大,电压表V1示数不变,电压表V2示数变大
考点:
电路的动态分析;滑动变阻器的使用;欧姆定律的应用.
解析:
由电路图可知,R1与R2串联,电压表V1测R1两端的电压,电压表V2测电源的电压,电流表测电路中的电流;
电源的电压不变,
滑片移动时,电压表V2的示数不变,故AD不正确;
当滑动变阻器滑片向右滑动时,接入电路中的电阻变大,电路中的总电阻变大,
I=,
电路中的电流变小,即电流表的示数变小,故C不正确;
U=IR,
定值电阻R1两端的电压变小,即电压表V1示数变小,故B正确.
答案:
B
【测试题】
如图所示,当变阻器滑片P向右滑动时,两电压表示数的变化情况是(
)
A.
V1增大,V2增大
B.
V1减小,V2增大
C.
V1增大,V2减小
D.
V1减小,V2减小
考点:
电路的动态分析;串联电路的电压规律;滑动变阻器的使用;欧姆定律的应用.
解析:
⑴定值电阻R1、R2和滑动变阻器Rr组成串联电路,电压表V1测量定值电阻R1两端的电压,电压表V2测量滑动变阻器Rr和R2两端的电压;
⑵当滑动变阻器的滑片P向右滑动时,其接入电路阻值变大,电路中总电阻变大,因此电路中电流变小;
⑶①定值电阻R1两端的电压为U1=IR1,I变小,R1不变,因此电阻R1两端的电压U1变小,即电压表示数V1减小;
②根据串联电路电压的特点,滑动变阻器和R2两端的电压U2=U-U1,U不变,U1都变小,所以U2变大,即电压表V2的示数会增大.
答案:
B
【例3】
如图所示电路,电源电压不变,当滑动变阻器的滑片P向右滑动时,各电表示数的变化情况是(
)
A.
A变小、V1变大,V2变小
B.
A变大、V1变大,V2变小
C.
A变小、V1变小,V2变大
D.
A变大、V1变小,V2变大
考点:
欧姆定律的应用;电路的动态分析.
解析:
由电路图可知,滑片P向右滑动时,滑动变阻器接入电路的阻值变大,
滑动变阻器的分压变大,电压表V1示数示数变大,由串联电路电压特点知,电阻R的分压减小,电压表V2示数变小;电源电压不变,电路电阻变大,由欧姆定律可知,电路电流减小,电流表示数变小.
答案:
A
【测试题】
如图所示,电源电压保持不变,当滑动变阻器滑片P向右滑动时,电表示数的变化情况是(
)
A.电压表V示数变小
B.
电流表A1示数变大
C.电流表A2示数变大
D.
电流表A1示数变小
考点:
欧姆定律的应用;电路的动态分析.
解析:
⑴电路的等效电路图如图所示:
⑵电源电压U不变,由电路图知,电压表测电源电压,因此电压表示数不变,故A错误;电阻R1阻值不变,由欧姆定律知IA2=I1=不变,即电流表A2示数不变,故C错误;
⑶滑动变阻器滑片P
向右滑动,滑动变阻器接入电路的阻值R2变大,
流过滑动变阻器的电流I2=变小,干路电流I=IA1=I1+I2变小,故B错误,D正确.
答案:
D
【例4】
如图所示电路中,当变阻器R的滑动片P向上滑动时,电压表V和电流表A的示数变化情况是(
)
A.V和A的示数都增大
B.V和A的示数都减小
C.V示数增大、A示数减小
D.
V示数减小、A示数增大
考点:
闭合电路的欧姆定律.
解析:
在变阻器R的滑片向上滑动的过程中,变阻器接入电路的电阻增大,R与R3并联电阻R并增大,则外电路总电阻增大,根据闭合电路欧姆定律得知,干路电流I减小,路端电压U增大,可知R2两端的电压减小,V的示数减小.
并联部分电压U并=E-I(R1+r),I减小,E、R1、r均不变,则U并增大,通过R3的电流增大,则电流表A的示数减小.故B正确,ACD错误.
答案:
B
【测试题】
如图所示电路,电源中电源两端的电压保持不变,R0为定值电阻,R为滑动变阻器.闭合开关S后,在滑动变阻器滑片P向右滑动的过程中,下列说法正确的是(
)
A.电流表A1的示数变小
B.
电流表A2的示数变大
C.电压表V的示数不变
D.
小灯泡L的亮度变暗
考点:
电路的动态分析;滑动变阻器的使用;欧姆定律的应用.
解析:
当滑片向右移动时,
电源电压不变,
通过定值电阻R0、灯的电流IL不变,
即电流表A2的示数不变,电压表V的示数不变,灯泡的亮暗不变;
I=,滑动变阻器连入的电阻变小,
本支路的电流IR变大,
I1=IL+IR,
通过灯和滑动变阻器的电流之和变大,即电流表A1的示数变小.
答案:
C
【例5】
如图所示的电路,电源两端电压不变,闭合开关S后,滑动变阻器的滑片P向右滑动过程中,下列说法正确的是(
)
A.
电流表A1与电流表A2的示数相同
B.
电压表V与电流表A2示数的比值变小
C.
电压表V与电流表A2示数的比值变大
D.
电压表V与电流表A2示数的比值不变
考点:
欧姆定律的应用.
解析:
等效电路图如图所示;滑动变阻器的滑片P向右滑动,滑动变阻器接入电路的电阻
R滑变大.
电流表A1测流过灯泡的电流,电流表A2测流过电阻与灯泡的总电流,I1<I2,故A错误.
滑片右移,R滑变大,IR=变小,流过灯泡的电流I1不变,I2=I1+IR变小,
电压表V示数U不变,电流表A2示数I2变小,电压表V与电流表A2示数的比值变大,故B与D错误,C正确.
答案:
C
【测试题】
如图所示电路,电源两端电压不变,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向右移动的过程中,下列说法正确的是(
)
A.电压表示数变小
B.
电流表示数变大
C.电阻R1两端的电压变小
D.
电阻R2两端的电压变大
考点:
欧姆定律的应用;滑动变阻器的使用.
解析:
读图可知,这是一个串联电路,电压表测量R1、R3两端的电压,R3是一个滑动变阻器,电流表测串联电路的电流.当滑动变阻器的滑片P向右滑动时,接入电路的阻值变大,三个电阻的阻值之和(电路的总电阻)变大,在电源电压不变的情况下,电路中的电流变小,因此,电流表示数变小,B错误.
根据串联电路的分压关系,R3两端的电压变大,则R1、R2两端的电压都要相应变小,R2两端的电压变小,总电压减去R2两端的电压,也就是电压表此时的示数,应该变大,故A、D错,C对.
答案:
C
【例6】
如图是小李探究电路变化的实验电路,其中R1、R2为定值电阻,R0为滑动变阻器,Rmax为滑动变阻器的最大阻值,电源两极间电压不变.已知R1>R2>Rmax,当滑动变阻器R0的划片P置于某一位置时,R1、R2、R0两端的电压分别为U1、U2、U0;当划片P置于另一位置时,R1、R2、R0两端的电压分别为U1′、U2′、U0′.若U1=|U1-U1′|,U2=|U2-U2′|,U0=|U0-U0′|,则(
)
A.U0>U1>U2
B.U1<U2<U
C.U1>U2>U0
D.U0<U1<U2
考点:
欧姆定律的应用.
解析:
该电路为串联电路,因为R1、R2为定值电阻,并且R1>R2,而当滑动变阻器从一端移至另一端时,通过R1、R2的电流相等,所以定值电阻两端的电压变化为U1=|U1-U1′|=IR1,U2=|U2-U2′|=IR2;即U1>U2;又因为串联电路两端的电压等于各部分电压之和,因此滑动变阻器两端电压变化量是定值电阻电压变化量之和,即U0=U1+U2.所以U0>U1>U2.
答案:
A
【测试题】
如图所示,电源两端的电压保持不变,R0为定值电阻.将滑动变阻器的滑片P置于最右端,闭合开关S.移动滑动变阻器的滑片P到某一位置,此时滑动变阻器接入电路中的电阻为R1,电压表的示数为U0,电流表的示数为I0.继续移动滑动变阻器的滑片P,使滑动变阻器接入电路中的电阻值减小为R1/3,此时电压表的示数增大到2U0,电流表的示数变为I1.则R0:R1=______.
考点:
欧姆定律的应用;串联电路的电流规律;串联电路的电压规律;电路的动态分析.
解析:
当滑动变阻器接入电路中的电阻为R1时,
则:U0=I0R0-----①
U=U0+I0R1------②
当滑动变阻器接入电路中的电阻值减小为R1,
则:2U0=I1R0-----③
U=2U0+I1×R1---④
由①②③④可得:R0:R1=1:3.
答案:
1:3
【例7】
如图所示电路,电源两端电压保持不变.闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向右滑动时,下列说法中正确的是(
)
A.电压表V1示数和电流表A示数的比值变小
B.电压表V2示数和电流表A示数的比值变小
C.电压表V1示数变化量和电流表A示数变化量的比值变大
D.电压表V2示数变化量和电流表A示数变化量的比值不变
考点:
欧姆定律的应用.
解析:
由电路图知:电阻R1、R2、R3串联,电压表V1测电阻R1两端的电压,
电压表V2测电阻R2、R3两端的总电压,电流表测电路电流,设电源电压为U.
动变阻器的滑片P向右滑动时,电阻R2电阻变大,设增加的电阻为R.
A、电压表V1示数和电流表A示数的比值=R1不变,故A错误.
B、电压表V2示数和电流表A示数的比值=R2+R3,R2变大,则比值变大,故B错误.
C、I=I'-I
=,
U1=(I'-I)R1=R1,
=R1,不变,故C错误.
D、U2=I'(R2+R+R3)-I(R2+R3)=(I'-I)(R2+R3)+I′R=I(R2+R3)+I′R,
=(R2+R3)+||R,>(R2+R3),由此可见当滑动变阻器的滑片P向右滑动时,不变,故D正确.
答案:
D
【测试题】
如图所示的电路中,电源电压保持不变.闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向右移动时,电压表V1的示数与电流表A的示数的比值将_______(变小/不变/变大),电压表V1示数的变化_______(大于/等于/小于)电压表V2示数的变化.
考点:
欧姆定律的应用;滑动变阻器的使用.
解析:
当滑动变阻器的滑片P向右移动时,电压表V1始终测量R1两端的电压U1,电流表测通过R1的电流I;
所以根据欧姆定律可知=R1,R1的阻值不变,电压表V1的示数与电流表A的示数的比值也不变.
因串联电路总电压等于各分电压之和,
所以U1=U-U2,U1=U2,即电压表V1示数的变化等于电压表V2示数的变化.
答案:
不变;等于.
模块二
多开关电路动态分析
例题精讲
【例8】
如图所示电路,R1>R2,当闭合S1断开S2,滑动变阻器的滑片P放在变阻器的中点时,电压表的示数为U0.关于此电路的下列说法中,正确的是(
)
A.
闭合S1断开S2时,若滑动变阻器的滑片P向左移动,电压表的示数将大于U0
B.
若断开S1闭合S2,同时滑动变阻器的滑片P向右移动,电压表的示数可能等于U0
C.
若同时闭合S1、S2,无论滑动变阻器的滑片怎样移动,电压表的示数总等于U0
D.
断开S1闭合S2,若使电压表的示数还等于U0,则滑动变阻器的滑片P应向左移动
考点:
电路的动态分析.
解析:
A、当闭合S1断开S2,滑动变阻器的滑片P放在变阻器的中点时,R1和变阻器的R串联在电路中,则U0=IR1=
,若滑动变阻器的滑片P向左移动,连入的电阻变小,电路中的电流变大,因R1为定值电阻,所以电压表示数变大,故A选项正确;
B、若断开S1闭合S2,同时滑动变阻器的滑片P向右移动,则R2和变阻器大于R的阻值串联,电压表测量的是电阻R2两端的电压;电压表的示数U2=I2R2,因R1>R2,若滑动变阻器的滑片P不再向右移动,根据串联电路的分压特点可知:电阻R2两端的电压会减小,则电压表的示数减小;而同时滑动变阻器的滑片P向右移动,滑动变阻器的阻值变大,电流变小,电阻R2两端的电压会再减小,则电压表的示数减小,不可能等于U0,故B选项错误.
C、若同时闭合S1、S2,因R1、R2短路,只有滑动变阻器连入,电压表测量电源电压,则无论滑动变阻器的滑片怎样移动,电压表的示数总等于电源电压,保持不变,所以不等于U0,故C选项错误.
D、若断开S1闭合S2,因R1>R2,若滑动变阻器的滑片P继续向右移动,根据串联电路的分压特点可知:电阻R2两端的电压会减小,则电压表的示数减小;若使电压表的示数还等于U0,则根据U2=I2R2可知:电流变大,滑动变阻器的阻值变小,即滑动变阻器的滑片P应向左移动,故D选项正确.
答案:
AD
【测试题】
如图所示电路,电源电压不变,开关S1处于闭合状态.闭合开关S2,将滑动变阻器的滑片P向左移动时,电压表示数将________,若保持滑动变阻器的滑片P不动,当开关S2由闭合到断开时,电压表示数将________.(均选填“变大”、“变小”或“不变”)
考点:
电路的动态分析;欧姆定律的应用;电阻的串联.
解析:
⑴开关S1处于闭合状态,闭合开关S2时,R2与R3串联,电压表测电源的电压,电流表测电路中的电流,
电源的电压不变,
将滑动变阻器的滑片P向左移动时,电压表示数将不变;
⑵保持滑动变阻器的滑片P不动,当开关S1闭合、S2断开时,三电阻串联,电压表测R2与R3两端的电压之和,
串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
开关S2由闭合到断开时,电路中的总电阻变大,
I=,
电路中的电流变小,
U=IR,
R2与R3两端的电压之和变小,即电压表的示数变小.
答案:
不变;变小.
模块三
滑动变阻器的应用
例题精讲
【例9】
如图所示.物体M在水平导轨上平移时,带动滑动变阻器的滑片P移动,通过电压表显示的数据,可反映出物休移动距离的大小,下列说法正确的是(
)
A.物体M不动时,电流表、电压表都没有示数
B.物体M不动时.电流表有示数,电压表没有示数
C.物体M向右移动时.电流表、电压表示数都增大
D.
物体M向右移动时,电流表示数不变,电压表示数增大
考点:
电路的动态分析;串联电路的电压规律.
解析:
如图,
⑴当物体不动时,R连入电路,电流表有示数;AP间有分压,电压表有示数,所以AB都错
⑵当物体M向右移动时,不能改变电路中的电流,电流表有示数且不变;AP间电阻增大,分压增大,电压表的示数增大,所以C错、D对.
答案:
D
【测试题】
如图所示,滑动变阻器的滑片P向右滑动时,那么(
)
A.
V示数变大,A示数变小
B.
V示数不变,A示数变小
C.
V示数不变,A示数变大
D.
V、A的示数都变小
考点:
欧姆定律的应用;串联电路的电流规律;滑动变阻器的使用.
解析:
当滑动变阻器滑片P向右滑动过程时,滑动变阻器接入电路的阻值变大;
根据电阻的串联可知,电路中的总电阻变大;
根据欧姆定律可知,电压不变时,电路中电流变小,即电流表的示数变小;
根据U=IR,电阻R1两端的电压变小,故电压表的示数变小.
答案:
D
【例10】
洋洋设计了一个自动测高仪,给出了四个电路,如图所示,R是定值电阻,R´是滑动变阻器.其中能够实现身高越低,电压表示数越小的电路是(
)
A.
B.
C.
D.
考点:
欧姆定律的应用;滑动变阻器的使用.
解析:
A、由电路图可知:滑动变阻器和定值电阻串联,电压表测电源电压,示数不变.故A错误.
B、由电路图可知:电压表串联在电路中,电路无电流通过,电压表示数为电源电压,不变化.故B错误.
C、由电路图可知:滑动变阻器和定值电阻串联,电压表测滑动变阻器的电压,身高越低,滑动变阻器阻值越小,电压表示数越小.故C正确.
D、由电路图可知:滑动变阻器和定值电阻串联,电压表测定值电阻电压,身高越低,滑动变阻器阻值越小,电压表示数越大,故D错误.
答案:
C
【测试题】
小李同学设计的自动测高仪的电路如图所示.电路中
R′是滑动变阻器,R
是定值电阻,电源电压不变.其中能反映身高越高电压表示数越大的正确电路图是(
)
A.
B.
C.
D.
考点:
欧姆定律的应用;电压表的使用;串联电路的电压规律;并联电路的电压规律;滑动变阻器的使用;电路的动态分析.
解析:
A、R与R′并联,电压表测量的是并联支路两端的电压,身高越高,连入电阻越大,但电压表的示数不变,不合题意;
B、R与R′串联,电压表测量的是R′两端的电压,身高越高,连入电阻越大,分压越大(电压表的示数越大),符合题意;
C、R与R′串联,电压表测量的是R和R′串联电路两端的总电压(电源电压),身高越高,连入电阻越大,但电压表的示数不变,不合题意;
D、R与R′串联,电压表测量的是R两端的电压,身高越高,连入电阻越大,分压越大,R两端的电压越小(电压表的示数越小),不合题意.
答案:
B
【例11】
如图所示,是某同学设计的一个自动测定水箱内水位的装置,R是滑动变阻器,它的金属滑片是杠杆的一端,从水位表指针所指的刻度就可以知道水箱内水位的高低.从图中可知:水表是由________表改装而成,当水面上升时,滑片向_____滑动,滑动变阻器连入电路的电阻变______,水位表示数变______.
考点:
欧姆定律的应用;电流表的使用;滑动变阻器的使用.
解析:
⑴由电路图可知,水位表串联在电路中,说明水表是由电流表改装而成;若是电压表,则电路断路,水位表的示数不随水位的变化而变化.
⑵由图可知,当水面上升时,滑片向下移动,滑动变阻器连入电路的电阻变小,根据欧姆定律可知电路中的电流变大,即水位表的示数变大.
答案:
电流;下;小;大.
【测试题】
某同学家屋顶上安装了一个简易太阳能热水器,他设计了一种自动测量容器内水位高低的装置.如图所示,R是滑动变阻器,它的金属滑片是杠杆的一端,从水位表(由电流表改装而成)指针所指的刻度,就可知道水池内水位的高低.关于这个测量装置,下列说法中正确的是(
)
A.
水量增加,R增大,水位表指针偏转变小
B.
水量增加,R减小,水位表指针偏转变大
C.
水量减小,R增大,水位表指针偏转变大
D.
水量减小,R减小,水位表指针偏转变小
考点:
欧姆定律的应用.
解析:
由图知:
AB、水量增加,浮标向上运动,滑动变阻器接入电路的电阻R变小,通过水位表的电流变大,水位表指针向右偏转,示数变大,选项A错误、选项B正确;
CD、水量减小,浮标向下运动,滑动变阻器接入电路的电阻R变大,通过水位表的电流变小,水位表指针向左偏转,示数变小,选项CD均错误.
《欧姆定律》一课,学生在初中阶段已经学过,高中必修本(下册)安排这节课的目的,主要是让学生通过课堂演示实验再次增加感性认识;体会物理学的基本研究方法(即通过实验来探索物理规律);学习分析实验数据,得出实验结论的两种常用方法——列表对比法和图象法;再次领会定义物理量的一种常用方法——比值法.这就决定了本节课的教学目的和教学要求.这节课不全是为了让学生知道实验结论及定律的内容,重点在于要让学生知道结论是如何得出的;在得出结论时用了什么样的科学方法和手段;在实验过程中是如何控制实验条件和物理变量的,从而让学生沿着科学家发现物理定律的历史足迹体会科学家的思维方法.
本节课在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到复习初中知识的作用,另一方面为学习闭合电路欧姆定律奠定基础.本节课分析实验数据的两种基本方法,也将在后续课程中多次应用.因此也可以说,本节课是后续课程的知识准备阶段.
通过本节课的学习,要让学生记住欧姆定律的内容及适用范围;理解电阻的概念及定义方法;学会分析实验数据的两种基本方法;掌握欧姆定律并灵活运用.
本节课的重点是成功进行演示实验和对实验数据进行分析.这是本节课的核心,是本节课成败的关键,是实现教学目标的基础.
本节课的难点是电阻的定义及其物理意义.尽管用比值法定义物理量在高一物理和高二电场一章中已经接触过,但学生由于缺乏较多的感性认识,对此还是比较生疏.从数学上的恒定比值到理解其物理意义并进而认识其代表一个新的物理量,还是存在着不小的思维台阶和思维难度.对于电阻的定义式和欧姆定律表达式,从数学角度看只不过略有变形,但它们却具有完全不同的物理意义.有些学生常将两种表达式相混,对公式中哪个是常量哪个是变量分辨不清,要注意提醒和纠正.
根据本节课有演示实验的特点,本节课采用以演示实验为主的启发式综合教学法.教师边演示、边提问,让学生边观察、边思考,最大限度地调动学生积极参与教学活动.在教材难点处适当放慢节奏,给学生充分的时间进行思考和讨论,教师可给予恰当的思维点拨,必要时可进行大面积课堂提问,让学生充分发表意见.这样既有利于化解难点,也有利于充分发挥学生的主体作用,使课堂气氛更加活跃.
通过本节课的学习,要使学生领会物理学的研究方法,领会怎样提出研究课题,怎样进行实验设计,怎样合理选用实验器材,怎样进行实际操作,怎样对实验数据进行分析及通过分析得出实验结论和总结出物理规律.同时要让学生知道,物理规律必须经过实验的检验,不能任意外推,从而养成严谨的科学态度和良好的思维习惯.
为了达成上述教学目标,充分发挥学生的主体作用,最大限度地激发学生学习的主动性和自觉性,对一些主要教学环节,有以下构想:1.在引入新课提出课题后,启发学生思考:物理学的基本研究方法是什么(不一定让学生回答)?这样既对学生进行了方法论教育,也为过渡到演示实验起承上启下作用.2.对演示实验所需器材及电路的设计可先启发学生思考回答.这样使他们既巩固了实验知识,也调动他们尽早投入积极参与.3.在进行演示实验时可请两位同学上台协助,同时让其余同学注意观察,也可调动全体学生都来参与,积极进行观察和思考.4.在用列表对比法对实验数据进行分析后,提出下面的问题让学生思考回答:为了更直观地显示物理规律,还可以用什么方法对实验数据进行分析?目的是更加突出方法教育,使学生对分析实验数据的两种最常用的基本方法有更清醒更深刻的认识.到此应该达到本节课的第一次,通过提问和画图象使学生的学习情绪转向高涨.5.在得出电阻概念时,要引导学生从分析实验数据入手来理解电压与电流比值的物理意义.此时不要急于告诉学生结论,而应给予充分的时间,启发学生积极思考,并给予适当的思维点拨.此处节奏应放慢,可提请学生回答或展开讨论,让学生的主体作用得到充分发挥,使课堂气氛掀起第二次,也使学生对电阻的概念是如何建立的有深刻的印象.6.在得出实验结论的基础上,进一步总结出欧姆定律,这实际上是认识上的又一次升华.要注意阐述实验结论的普遍性,在此基础上可让学生先行总结,以锻炼学生的语言表达能力.教师重申时语气要加重,不能轻描淡写.要随即强调欧姆定律是实验定律,必有一定的适用范围,不能任意外推.7.为检验教学目标是否达成,可自编若干概念题、辨析题进行反馈练习,达到巩固之目的.然后结合课本练习题,熟悉欧姆定律的应用,但占时不宜过长,以免冲淡前面主题.
1.注意在实验演示前对仪表的量程、分度和读数规则进行介绍.
2.注意正确规范地进行演示操作,数据不能虚假拼凑.
3.注意演示实验的可视度.可预先制作电路板,演示时注意位置要加高.有条件的地方可利用投影仪将电表表盘投影在墙上,使全体学生都能清晰地看见.
4.定义电阻及总结欧姆定律时,要注意层次清楚,避免节奏混乱.可把电阻的概念及定义在归纳实验结论时提出,而欧姆定律在归纳完实验结论后总结.这样学生就不易将二者混淆.
关键词:数学推理;科学探究;问题情境;科学方法;理论联系实际
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2017)1-0019-3
人教版高中物理选修3-1第二章第七节《闭合电路的欧姆定律》是电学知识的核心内容,其中包含了许多科学思想方法,是学生学习和体会科学思想方法的好素材。作为一节典型的规律探究课,本节内容较抽象,学生在学习时,对电源内电路认识模糊,难以理解电源有内阻;对内外电路的电压与电源电动势的关系及路端电压与负载关系感到疑惑,对其中蕴含的科学方法未能深刻领会。“如何有效突破这些教学难点?”“如何设计好闭合电路欧姆定律的探究过程,有效实施三维目标教学?”一直是广大物理教师研究的重要课题,本文试图通过对本节课的教材、教法的分析,探究形成学生认知困难的主要原因以及在本节课中如何有效实施探究教学,培养学生的核心素养。
1 教材、教法分析
人教版教材是把《闭合电路的欧姆定簟钒才旁诘缭础⒌缍势、欧姆定律、串并联电路、焦耳定律和导体的电阻之后来学习的。很显然,这种安排的意图是在承接“从做功角度认识电动势”的基础上,引导学生从功能关系角度来建立闭合电路的欧姆定律,体现了循序渐进的教学原则。顺应这种构想,教材对本节内容以如下方式呈现:先直接给出闭合电路的概念,然后从功能关系出发, 根据能量守恒,理论推导出闭合电路的欧姆定律和U+U=E,再根据闭合电路的欧姆定律,理论分析路端电压与负载的关系。这种呈现方式的好处是:既充分体现了功和能的概念在物理学中的重要性,又有利于学生从理论角度理解闭合电路的欧姆定律。从教材体系来看这种呈现方式具有一定的合理性和科学性。
笔者曾多次参与“闭合电路的欧姆定律”的观摩教学,领略了执教老师们的各种处理方法,比较有代表性的是以下两种教法:
第一种教法是沿用原教材的思路,采用比较传统的方式,注重理论探究,先从理论上推导得出闭合电路欧姆定律的数学表达式,再应用定律讨论了路端电压随外电路电阻的变化规律,最后引导学生运用规律解题,把立足点放在训练学生的解题能力上。
第二种教法注重突出实验的地位,发挥实验在探究教学中的作用。利用实验创设悬念,引入课题,设计探究实验,让学生在实验中总结归纳出内外电压之间的关系,再利用教材中的图2.7-3实验探究路端电压与负载的关系。
根据课后反馈发现,沿用原教材思路设计的教学,效果并没有达到设计者想象的结果,究其原因,主要有以下几个方面:
1.教材中的闭合电路的欧姆定律是从理论角度得出的,注重于数学推理,比较抽象,缺乏令人信服的探究实验,学生无直接经验感知和相应的认知过程,难以形成深刻的理解。
2.教材对闭合电路,特别是内电路的建构过于直接,无感知过程,学生对教材中为了突出闭合电路而提供的闭合电路中电势高低变化的模型图难以理解,加之学生对部分电路的欧姆定律印象深刻,对电源内部的电路无直观印象,对电源也有内阻心存疑虑,难以突破初中形成的“路端电压不随外电路变化”的思维定势。
3.教材是利用纯电阻电路中的能量守恒关系推导得到IR+Ir=E和U+U=E,这种处理方式,会让学生对U+U=E的普适性产生怀疑:非纯电阻电路还适用吗?
4.作为一节规律探究课,本节课包含了许多科学思想方法,教材过于注重理论推导,忽视了实验探究,淡化了猜想、类比、比较、分析等多种科学思想方法教育,这对培养学生的探究能力和体验研究物理问题的方法是不利的,也不利于提高课堂教学的有效性。
第二种“通过设计多个实验来进行实验探究”的处理方法,调动学生学习的主动性和积极性,学生能获得更直观的认识,有效地突破一些教学难点,但由于本节知识点多,思维量大,设计过多的实验(特别是设计繁杂的分组实验)势必会分散学生的注意力,干扰学生的正常思考,挤压学生思考和实践应用的时间,影响了学生主体作用的发挥,效果同样不尽如人意。
2 教学建议
2.1 尊重学生的认知规律,科学设计探究过程
从物理学史来看,欧姆定律是基于实验而发现的,并非演绎推理的结果,教材通过功能关系分析来建立闭合电路的欧姆定律。这种处理方法带来的负面影响是学生缺乏感性认识,没有参与知识发现过程中的情感体验,难以形成深刻的理解,课堂上学生学习的积极性也不高。规避这种负面影响的方法就是在教学设计时,应当尊重学生的心理特点和认知规律,科学地设计探究过程,让学生在亲身探究中理解定律,体验方法。基于这种指导思想,笔者在教学设计时,先用两节新电池和内阻较大的9 V电池组分别给灯泡供电,产生了与学生日常生活经验相矛盾的现象来设置“悬念”――引入新课。然后,引导学生针对“引入实验”中的现象展开探究,让学生在实验探究中分析、思考、归纳,得出电源内电压和外电压之间的关系。接着再引导学生利用功能关系,从理论角度来推导、探究,让实验得出结论在理论上获得支撑。最后,引а生利用所学规律解决引入实验和实际生活中的问题。这种在引入实验为基础的“实验和理论推导相互结合的探究过程”的设计,既避免了设计过多的实验,又让学生亲身体验了探究的过程,加深了对知识的理解,深刻领会到物理学科的严谨性和流畅性,感受到物理的探究之美和应用之美。同时,又能激发学生的学习热情,使物理课堂教学产生无穷的乐趣,进而实现高效的物理课堂教学。
2.2 合理创设问题情境,引导学生质疑探究
作为一节规律探究课,本节课的重点是如何落实探究教学,让学生在探究中理解闭合电路的欧姆定律,感知科学探究的过程和方法。在探究教学中,问题是探究的起点,没有问题就不可能有探究,正是在问题的驱动下,学生才能积极思考,从而产生探究欲望。这就需要教师在深入挖掘规律形成过程的基础上,精心创设问题情境,以问诱思,引导学生融入到探究学习的情境中去。例如:在构建“闭合电路”概念时,用两节新电池和内阻较大的9 V电池组分别给灯泡供电后,可设置如下问题情境:“为什么灯泡接到电动势为9 V的电池时,亮度反而暗了?难道电池坏了?”“为什么电池与灯泡接通时两端的电压变小?减小的电压哪儿去了?”“电池有内阻?可能吗?”“我们来看看电池(触摸电池),电池变热了,什么原因导致工作的电池会变热?”学生在问题的引领下观察、实验、体验,由此认识到“电源内部也有电阻和电流”“电源内部电流的通路,称为内电路”。这种以问题启发学生思考,以实验引导学生体验来构建闭合电路的方法,既弥补了教材对内电路建构的非直观性,也让学生经历了在质疑中分析、探究的过程,学生对闭合电路的认识潜移默化、水到渠成,远比直接灌输效果好。
在引导学生从能量角度验证实验探究结果时,设置如下问题情境:“刚才我们通过实验探究了闭合电路中的电流规律,这个结论可靠吗?”“如果我们能从理论上找到依据,是不是更可靠?如何从理论上来分析呢?”“从能量角度行吗?”“内、外电路在时间 t 内消耗多少电能? ”“这些能量从何而来?”学生在上述问题的引导下,发现也可以从能量角度来推导得出与实验相同的结果。
在引导学生探究路端电压与负载的关系时,设置以下问题情境:“实验表明,灯泡变暗是由于路端电压变小的缘故,你们能说说路端电压与什么有关吗?”“它们之间具体的关系是什么?”“如何设计实验来研究呢?”“从实验数据中能得出什么结论?”“能从理论上分析为什么会发生这样的变化吗?”“如果外电阻断开,路端电压为多少?外电阻短路,路端电压又为多少?”“谁能说说路端电压随外电阻变化的根本原因是什么?”在这一个个问题的引领下,学生从实验探究到理论分析两个方面找到了路端电压与外电阻的关系,不仅体验了科学探究过程,提高了理论分析和实验探究的能力,也养成了乐于探索、勤于动手的好习惯。
2.3 注重渗透科学方法教育,加深对规律本质的认识
作为一根主线,科学探究法贯穿在整个课堂教学过程中,教学中要注意尊重学生的心理特点和认知规律,强化科学探究法的显性教育:以引入实验为线索,引导学生经历“观察实验、提出问题、猜想假设、设计实验、分析论证”等过程,领会科学探究的方法。
“闭合回路中的电势变化”抽象而难以理解,突破这一难点的最重要的方法就是“比法”。教材试图以图1的模型来形象地说明这个问题,但这种模型对学生来说还是比较抽象,难以理解。笔者用如图2所示的“电梯加滑梯”模型和闭合电路加以类比,来说明闭合电路中的电势高低变化情况。这样的方法,既简单又源于学生的生活经验,学生容易接受,教学中应注意引导学生体会类比法的作用。
“演绎推理法”在“闭合电路欧姆定律的推导”和“路端电压与负载的关系推导”中两次用到,教学中要注意借助问题情境,把规律的探究以一个个问题的形式呈现出来,让学生在问题的引领下经历演绎、推理过程,构建对“闭合电路的欧姆定律”和“路端电压与负载关系”的正确理解,体验演绎推理过程中获得成功的愉悦。
另外,本节课中,要特别注意引导学生在了解路端电压与负载电阻的关系的基础上,通过极限法分析和理解电路断路时的路端电压和短路电流的现实意义,体会极限法在物理学习中的作用和意义,有效地训练学生突破思维定势,培养创造性的思维能力。
2.4 注重理论联系实际,物理与生活的联系
研究和学习物理最重要的方法就是理论联系实际,将理论和实际、物理与生活联系起来,可以帮助学生更透彻地理解所学的物理知识,培养学生的创造性思维和逻辑思维能力。欧姆定律与生产、生活联系密切,教学设计时,应注意还原知识的产生背景,注重将知识应用于实际生活。例如:新课引入可以从生活现象来提出问题,引发学生思考探究;在得出路端电压与外电阻R的关系后,引导学生通过将R推向两个极端情况的分析,来理解实际中“为什么电源开路时路端电压就等于电源的电动势”及“为什么电源不能用导线直接相连”;在学完了本节知识后,可引导学生用本节课所学知识分析解决新课引入及生产、生活中的实际问题。让学生充分地感知从生活走进物理、从物理回到生活的过程,培养学生利用物理知识分析解决实际问题的能力,建构对知识(尤其是难点知识)的正确理解,从而真切地感受所学物理知识的实用性,充分理解物理学科对时展的深远意义。
参考文献:
分析其根源:初中电学抽象难懂,面对纵横交错的电路图,学生们往往感到无从下手,错综繁杂的电学概念、定律及计算公式常常使学生不知所措,然而电学综合题历来又是中考物理的压轴热点,并且综合性强、障碍设置多。通过师生共同分析根源,我觉得在学习电学的过程中注重以下策略,可以有效提高学习效率:
一、人人“三会” 电路-------会连接、会画、会分析
《课程标准》指出:“实验是物理课程改革的重要环节”要求学生能动脑动手地“学”科学,改变过去以书本为主、实验为辅的教与学的方式,把实验地位空前提升。要解决学好抽象的电学这个问题,以实验课堂为主阵地,通过用电器工作过程中的具体情境学习抽象的电学。
利用课外活动时间让学生走进实验室操作,并且利用多媒体、实物讲解操作过程:什么是串联?什么是并联?什么是首尾相连?什么是两端分别连在一起?还有如何判断电路是串联还是并联?讲解连接电路时要注意的事项。对于特别害羞的女同学,她们不敢动手,要善于开导,训练她们的胆量,提高她们的动手实践能力,让她们通过实验体会接线柱接反了的现象,比你讲解多次效果明显。这样,人人会连接、分析电路,就能做好电路图和实物图之间的互相转化。
二、培养探究意识,做好探究性教学实验
在实施素质教育的过程中,物理教学主要是以探究性学习为主,注意对整个物理概念和结论的过程的探究,通过提出疑问、设计方案、动手操作、思考解决、得出结论等具体步骤,让学生自主地参与教学的整个过程。电学学习更是如此。
为此,要精心设计实验,激发学生探究的主体性,做好探究性实验,充分发挥探究式边学边实验的教育功能,实现教与学的双赢。而不是简单的把书中的演示实验做一遍,然后直接把结论告诉学生。
如“探究电阻上电流跟两端电压关系”时,可以创设这样的情境:先把一个2.5V的小灯泡接在一节干电池上,看看小灯泡的发光情况,再把电源换成两节干电池上,看看此时小灯泡的发光情况。
三、理解欧姆定律并突破定律
欧姆定律一章,是在学习了电流、电压、电阻三个重要物理量的基础上来学习这三个物理量之间的关系。它是贯穿整个电学的重要规律,奠定了整个电学的基础,是学习下一章电功率的前提,因此,本章内容处于重要地位,起着承上启下的作用。因此,欧姆定律是学好电学的关键。
欧姆定律最难理解的知识点是:
当导体两端电压一定时,导体的电流与导体中的电流成反比?
当导体电阻一定时,导体两端电压与导体中的电流成正比?
学生初学欧姆定律时最难理解知识点,所以在实验时应注意探究的方法、结合图像得出电流与电压、电阻的关系。首先巩固练习电路分析,然后理解串并联电路的特点,利用变化的量表示不变量或抓住其中相等的量列出关系式(电源电压一般不变、串联电流相等、并联电压相等……),若能熟能生巧,在做计算题时,这些隐含的条件便会在学生看到题的同时马上就跳出来,再结合欧姆定律,你就能轻易地解出此题。
定律中的电流、电压和电阻都必须是同一个导体或同一段电路上对应的物理量。不同的导体之间的电流、电压和电阻间不存在U=IR关系。因此在运用欧姆定律公式时,必须将同一个导体或同一段电路的电流、电压和电阻三者一一对应,再带入计算。对于欧姆定律及导出公式,前者既有物理意义又有数学意义,后面两个只有数学意义,所以就不成比例关系变形公式并非欧姆定律的内容,切勿混淆。把上述问题弄明白了,电学难题就迎刃而解了。
四、加强学生说题训练,升华学生思维
新课程倡导自主、合作、探究的学习方式,让课堂激扬,充满生命活力,让学生成为学习的主人。但相当多学生来自农村,许多学生生性胆怯,不善言谈,我们要用激励方式,让他们敢于开口,表达自己的想法。因此我以"说题"(把题目的已知条件和所求的内容用自己组织的物理语言叙述出来,)为突破口,消除知识点在审题过程中的错误,是做题更高一层的升华,以此来提高学生学习物理的能力。
利用“说题”来强化所学知识内容,通过“说题”为学生学习而设计活动,为学生发展而开展活动,提高课堂效率,就能使我们的课堂变得生机勃勃、充满智慧的欢乐与发展创造的快意。
五、加强变式训练,总结中考重要考点
对于初中物理知识中最大的一块知识“电学”, 题型杂乱,变幻莫测,学生如果抓不住解题规律,就题做题,进步不会很大。为了让学生更好的解决这部分的问题,深入理解基本内容,培养分析问题和解决问题的能力,针对电学的一些考点,我进行了以下几种变式处理练习,简化学习难度:
(一)经典中考试题,变换已知量的数据进行未知量的求解;把已知量和未知量求解交换进行的;达到举一反三的目的,触类旁通。
(二)同类的题型归类,找出题目中存在的异同
滑动变阻器在电学实验中的作用:
相同点:保护电路;
不同点:探究电流与电阻:保持电阻两端电压不变:
探究电流与电压关系实验中的作用:改变定值电阻两端的电压和通过的电流,多次测量,从而找出规律。
伏安法测电阻中的作用:改变定值电阻两端的电压和通过的电流,实现多次测量,从而减小实验误差。
伏安法测小灯泡电功率中的作用:改变小灯泡两端电压,使之分别小于、等于、大于灯泡的额定电压,以便测出不同电压时的实际功率。
滑动变阻器在测电阻实验中还可做定值电阻用
(三)固定的套路,变换求解
电学综合题有何规律可循呢?分析历届中考物理的电学计算题,我们也称之为电学综合题,此题看似简单,其实暗藏玄机?细分析做此题也有固定的套路:
1.由实物图转化为电路图,建立物理模型
2.做出每种情况的等效电路,注意同一性、同时性
3.抓住物理量那些变化,那些未变,用变化量表示不变量;利用电路特点,根据各状态之间的联系建立等式关系
4.解未知量
在进行变式练习时,认真钻研教材,精选例题;精讲例题,以点代面,突出重点;一题多变,等几个方面进行。应注意练习的层次,层层推进,使学生在解题时达到异中求同、同中存异、多题同解,沟通相关知识的联系,培养其联想思维、纵向思维能力化题型,通过解题的比较,体会解题思想,善于用概念、规律去揭示问题的本质特征,培养知识迁移运用的能力。
实践证明,通过师生共同努力,在教学过程中吸引学生主动参与学习,注重以上“策略”,初中生完全可以学好物理电学。
参考文献:
1、《初中物理教学中的问题与对策》东北师范大学出版社
关键词:欧姆定律;减轻负担;提高兴趣
G633.7
一、引言:
在本学期,有兄弟学校老师来我校教研交流,针对《串、并联电路电阻的特点》这一知识到底应不应该补充的问题再次进行了激烈的讨论,把这个问题再次推上了风口浪尖,用课改教材教学已经过去几个年头了,时至今日,还有学校教师对这个问题存在如此大的疑惑,让我不得不想在此说明一下了!
二、教材删除掉的内容
由教育部审定,人民教育出版社出版的义务教育教科书,九年级《义务教育物理课程》课本中,删除了《串联和并联电路中电阻的特点》的内容,即在串联电路中,总电阻等于各分电阻之和,公式R=R1+R2+R3+....Rn 。在并联电路中总电阻的倒数等于各并联电阻倒数之和,公式1/R=(1/R1)+(1/R2)+…+(1/Rn)。
三、教师的质疑
这部分内容的取消无疑是对几十年来用欧姆定律解题习惯的一种背叛,一开始就给我们提出了一串串大大的问号,没有了电阻公式,我们是不是应该重新好好思考如何引导学生应用欧姆定律的公式呢?对于串并联电路电阻的特点我们应不应该再补充给学生呢?如果没有补充,考试中出现,甚至中考中出现,学生应该如何应对呢?教育专家对教材内容做这样的改革到底意在何处?想达到怎样的教育目的?
四、分析课改的教材,寻找课改的依据
1.分析课改教材
案例分析一:
新教材人教版九年级物理第十七章第四节,《欧姆定律在串、并联电路中的应用》中的例题1,如图1所示,电阻R1为10Ω,电源两端电压为6V。开关S闭合后,求:(1)滑动变阻器R2接入的电路的电阻为50Ω时,通过电阻R1的电流为I (2)当滑动变阻器接入电路的电阻R3为20Ω时,通过电阻R1的电流为I′。
从以上两道例题可看出,并没有利用串并联电路的特点来解题,而是充分利用了串并联电路电流、电压的特点以及欧姆定律来解题
2.寻找课改的依据
在讲《欧姆定律在串、并联电路中的应用》前,我对教材大纲进行了仔细的研究分析,并再次认真阅读了义务教育物理课程标准修订组核心成员廖伯琴、陈峰、黄恕伯等教育专家所编写的有关《义务教育物理课程标准修订依据、原则、与实施建议》、《新修订义务教育物理课程标准的变化与贯彻与落实》、《义务教育物理物理课程标准的修订解决了哪些教学实践中的问题》等文章,其中由江西省南昌市三级教师黄恕伯编写的《义务教育物理物理课程标准的修订解决了哪些教学实践中的问题》一文中,有这样一段话:“修订后的《标准》要求‘了解串、并联电路电流和电压的特点’这一知识。而教学实践中可能不少老师会凭着自己的经验把这一要求延伸到‘电阻’,‘评价建议’特别指出,该条目没有对串、并联电路的电阻关系提出明确要求,因此,在考试评价中,不应该把串、并联电路的电阻规律作为统一的教学要求让学生掌握。疏导老师在教学实践中深入研读课程标准的具体要求,克服评价目标的随意性”。而由福建师范大学硕士生导师陈峰老师编写的《新修订义务教育物理课程标准的变化与贯彻与落实》一文中,也有这样的表述:“在实施过程中,老师应认真学习、对比新旧课程标准的变化,准确把握教学内容要求,控制好教学的容量和难度,防止随意拔高教学要求,加重学生的课业负担”。
五、结论
通过以上例题分析以及专家说明足以告诉大家,在这节内容的教学中不应盲目去补充大纲删除掉的内容,而应该仔细研读大纲要领,多了解新课标改革方案与要求,仔细拿捏教材内容,对教学内容能够把握到恰到好处,才能更好的贯彻落实新课改的要求,达到较好的教学效果
参考文献
每年的中考物理试题中,有关欧姆定律和焦耳定律这两个知识点的题目都占有较大的比重,而且近两年的中考物理试题在这两个知识点上的难度有增加的趋势,欧姆定律反映了导体中电流、电压和电阻之间的关系,焦耳定律则说明了电流流过导体所产生的效果。
新课程下的中考的另一个特点,就是重视对实验探究能力的考查,促使同学们用新视角重新思考实验的过程,得到新的发现或收获,设计有关“过程与方法”的试题,考查同学们提出问题、做出猜想和假设、设计研究计划、分析处理数据、得出结论、学会评价的能力。
二、试题讲析
例1 如图l所示,电阻R1为12Ω,将它与R2串联后接到8V的电源上,已知R2两端的电压是2V,请求出电路的总电阻。
讲析 这是一道应用欧姆定律的基础题,解题的方法有两种:一种是从欧姆定律出发的分析法;一种是从电路的基本性质出发的综合法。即:求总电阻可以将R2的值求出来再求R1和R2的和;也可以用总电压除以总电流得总电阻;或根据电路的性质建立相应的关系式求解。
解法一:因为R1、R2串联,U1=U-U2=8V-2V=6V,I1=U1/R1=6V/12Ω=0.5A,I2=I1=0.5A,R2=U2/I2=2V/0.5A=4Ω,R总=R1+R2=12Ω+4Ω=16Ω.
解法二:因为R1、R2串联,I=I1=I2,则U/R1+R2=U-U2/R1,8V/R=8V-2V/12Ω,R总=16Ω.
解法三:因为R1、R2串联I1=I2,则U1/R1=U2/R2变形得R1/R2=U1/U2,R/R1+R2=U-U2/U1+U2,U/R1+R2=U-U2/R1,R总=16Ω.
例2 如图2所示,电源电压不变,当开关S闭合时,电表示数的变化情况是( ).
A.电流表、电压表示数均变大
B.电流表、电压表示数均变小
C.电压表示数变大,电流表示数变小
D.电压表示数变小,电流表示数变大
讲析 这是一道欧姆定律应用题,要判断电表的示数如何变化,关键是要知道电路中的电表示数变化的实质,当开关s闭合后,电路的状态由两个电阻的串联变为只有一个电阻R2的电路;原来电流表测的是R1和R2串联时的电流,现在R1和电流表被短路,电流表的示数为0,示数变小;电压表原来测的是R2上的电压,它是电源的一部分电压,而现在的电路中只有R2,则U2=U源,示数变大,本题选C.
本题的问题是有些同学看不懂电路状态变化的实质,死抠欧姆定律,电流或电压的变化是与电路的变化有关,但知道了现在的电路的变化特征就简单多了,识别电路是我们解电学题的前提,如果电路的状态不清,则应用的电路性质也就会出错,这种能力要加强。
例3 在如图3所示的电路中,电源电压U=4.5V,且保持不变,电阻R1=4Ω,变阻器R2的最大阻值为15Ω,电流袁的量程为0~0.6A,电压表的量程为0~3V,为了保护电表,变阻器接入电路的阻值范围不能超出( ).
A.3.5Ω~8Ω
B.2Ω~3.5Ω
C.0~8Ω D.0~3.5Ω
讲析 本题是欧姆定律的又一种应用形式,是状态电路中的变阻器的取值范围问题,解这类题目的关键是从电路的状态出发,找出符合电路要求的电学关系式,题目中的两个电表同时要满足不超过量程的要求,即:串联电路中的电流不大于0.6A,电阻R2两端的电压不少于3V,所以我们可以用欧姆定律,写出符合电路要求的数学不等式组然后求解。
依题意,由欧姆定律可得
由①②两式解得3.5Ω≤R2≤8Ω,所以应选A.
本题与物理上其他题目一样,关键是理清电路的特征,能写出符合电路特点和要求的数学关系式,然后通过数学的手段解出结果,所以仅有基本知识是不够的,更要练就解相关问题的技能。
例4 小明利用如图4所示的装置探究电流产生的热量与哪些因素有关?在两个相同的烧瓶中装满煤油,瓶中各放置一根电阻丝,且R甲大于R乙,通电一段时间后,甲瓶玻璃管中的煤油上升得比乙高,该现象能够说明电流产生的热量与下列哪个因素有关( )。
A.电荷量 B.电流 C.电阻 D.通电时间
讲析 题目的表象是:甲瓶玻璃管中的煤油上升得比乙高,这与哪些因素有关?煤油是因为受热膨胀,液面上升的;相同条件下,甲中的液面升得高,说明甲瓶中的电阻产生的热量多R甲和R乙是串联在电路中的,则电流、通电时间以及电荷量(电流和通电时间的乘积)相等,A、B、D选项都不是影响因素;根据焦耳定律甲的电阻大,甲放出的热量多,则电流产生的热量与电阻的大小有关,应选C.
本题实际上探究的是焦耳定律的影响因素,使同学们能进一步了解其内容、理解它的应用同时本题中也渗透了“控制变量法”的探究思想。
例5 一个电热水壶,铭牌部分参数如下:额定电压220V,额定功率模糊不清,热效率为90%,正常工作情况下烧开满壶水需要5min,水吸收的热量为118800J,此时热水壶消耗的电能为_______J,其额定功率为_______W,电阻是_________Ω.若实际电压为198V,通过电热水壶的电流是_________A,1min内
电热水壶产生的热量是________J.(假设电阻不随温度改变)
讲析水所吸收的热量已知,电热的利用率知道,则消耗电能可以由热量的利用率求出;用电时间已知,消耗的电能已求,则由电功率的定义求电功率,电水壶的电阻由R2=U2额/P额求出,在实际电压下的电流I=U/R,实际电压下的电热水壶所产生的热量Q=IRt.
答案:132000 440 110 1.8 21384
本题是欧姆定律和焦耳定律应用的基础题,也是通过练习使同学们掌握基本知识的重要途径,简单的是这样的填空题,复杂的可以演变成综合应用题;这些题目也是中考中同学们易失分的地方。
例6 CFXB型“220V 1100W”电饭煲的原理图如图5所示,它有高温烧煮和焖饭、保温两挡,通过单刀双掷开关S进行调节,R0为电热丝,当开关S接高温烧煮挡时,电路的功率为1100W,当开关S接焖饭、保温挡时,电路的总功率为22W。
(1)电饭煲在高温烧煮档时,开关S应与哪个触点连接?
(2)电热丝R0的阻值多大?
(3)当电饭煲在正常焖饭、保温时电路中的电流多大?焖饭、保温10rain,电热丝R0产生的热量为多少?
讲析 电饭煲在高温烧煮挡时,电路中的功率是最大,在电压一定时,要得到最大功率电路中的电阻应最小,由图5可知,当R被短路时,电路中的电阻最小,电路中只有R0工作,则S应合到2位置,高温挡时的功率已知,电压为额定电压,R0由R=U2/P等求得,当电饭煲在正常焖饭、保温时,电饭煲的热功率最小,电路中的电阻最大,则R0和R串联,可求出此时的电流,再由Q=I2Rt求出R0产生的热量,
答:(1)与触点2连接。
(2)P=U2/R0,R0=U2/P=(220V)2/1100W=44Ω.
(3)P=IU,I=P/U=22W/22V=O.1A,Q0=I2R0t=(0.1A)2×44Ω×600s=264J.
本题是欧姆定律和焦耳定律应用的综合题,同学们要能综合考虑影响电路发热的因素,也就是理解焦耳定律定义公式(Q=I2Rt)和各种变形公式(Q=U2/R(t)、Q=UIt)的应用,其中也涉及到欧姆定律的灵活应用。
三、巩固练习
1.如图6所示电路中,R1=10Ω.当开关S闭合时,电流表示数为0.2A,电压表示数为4V.求:(1)电源电压;(2)R2的阻值。
2.如图7所示电路中,电源电压恒定,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器,闭合开关S后,滑动变阻器滑片P自b向a移动的过程中(
)。
A.电流表A的示数变大,电压表V2的示数与电流表A的示数之比变小
B.电流表A的示数变大,电压表V2的示数与电流表A的示数之比变大
c.电压表V1的示数不变,电路消耗的总功率变大
D.电压表V2的示数变小,电路消耗的总功率变小
3.一只电炉的电阻为48.4Ω,接在电压为220V的电路中工作,它的功率是w,电炉丝工作时热得发红,而连接电炉丝的导线却不怎么发热,其原因是
4.在一次科技小组的活动中,同学们按照如图8所示的电路在AB之间接入一根细铜丝,闭合开关S后,调节滑动变阻器,使电流表的读数保持3A不变,过了一会儿,细铜丝熔断,在AB之间换接一根同长度的较粗的铜丝,再调节滑动变阻器到某一固定值,经较长时间粗铜丝没有熔断,在此过程中,电流表的读数保持3A不变小明同学针对所观察到的现象提出了一个问题:造成细铜丝熔断而粗铜丝没有熔断的原因是什么?(设电源电压保持不变)
(1)你认为造成细铜丝熔断而粗铜丝没有熔断的原因是什么?(请简述理由)
(2)若粗铜丝电阻为0.01Ω,求:在5s内粗铜丝共产生的热量。
(3)如果你家准备安装一台“220V 1500W”的电热水器,你应用选用(较粗/较细)的铜导线用作连接线比较安全。
5.如图9所示电路,电源两端电压保持不变,当开关S1闭合、S2断开,滑动变阻器的滑片P移到B端时,灯L的电功率为PL,电流表的示数为I1;当开关S1断开、S2闭合时,灯L的电功率为R1',电流表的示数为,I2,已知PL:P'L=9:25.
(1)求电流表的示数I1与I2的比值;
(2)当开关S1、S2又都断开,滑动变阻器的滑片P在c点时,变阻器接入电路的电阻为Rc电压表V1的示数为u1,电压表V2的示数为U2,已知U1:U2=3:2,Rc的电功率为10W,这时灯L正常发光,通过闭合或断开开关及移动滑动变阻器的滑片P,会形成不同的电路,在这些不同的电路中,电路消耗的最大功率与电路消耗的最小功率之比为3:1.求灯L的额定功率。
6.小明在研究性学习活动中,查阅到一种热敏电阻的阻值随温度变化的规律如下表,并将该型号的热敏电阻应用于如图10所示由“控制电路”和“工作电路”组成的恒温箱电路中。
“控制电路”由热敏电阻R1、电磁铁(线圈阻值R0=50Ω)、电源U1、开关等组成,当线圈中的电流大于或等于20mA时,继电器的衔铁被吸合,右边工作电路则断开;
“工作电路”由工作电源U2(U2=10V)、发热电阻R2(R2=50Ω)、导线等组成,问:
(1)工作电路工作时的电流为多大?电阻R2的发热功率为多大?
(2)若发热电阻R2需提供1.2×104J的热量,则工作电路要工作多长时间(不计热量的损失)?
(3)若恒温箱的温度最高不得超过50℃,则控制电路的电源电压U1最小值为多大?