发布时间:2023-10-05 10:23:12
导语:想要提升您的写作水平,创作出令人难忘的文章?我们精心为您整理的13篇欧姆定律的应用范例,将为您的写作提供有力的支持和灵感!
1.三种表达式:(1)I = ;(2)E = U外+U内;(3)U端 = EIr.
2.路端电压U和外电阻R外关系:R外增大,U端变大,当R外 = ∞(断路)时,U端 = E(最大);R外减小时,U外变小,当R外 = 0(短路)时,U端 = 0(最小).
3.总电流I和外电阻R外关系:R外增大,I变小,当R外 = ∞时,I = 0;R外减小时,I变大,当R外 = 0时,I =(最大). (电源被短路,是不允许的)
4.几种功率:电源总功率P总 = EI(消耗功率);输出功率P输出 = U端I(外电路功率);电源损耗功率P内损 = I2r(内电路功率);线路损耗功率P线损 = I2R线.
一、在图像问题中的应用
例1利用图1所示电路可以测出电压表的内阻.已知电源的内阻可以忽略不计,R为电阻箱.当R取不同阻值时,电压表对应有不同读数U.多次改变电阻箱的阻值,所得到的R图像应该是 ( )
解析设电源电动势为E,电压表内阻为RV,电压表的读数为U,则由闭合电路的欧姆定律可得I = ,则U = EIR = E,由此可得R = RV,由此判断A正确.
二、在非纯电阻电路中的应用
例2如图2所示为汽车蓄电池与车灯(电阻不变)、启动电动机组成的电路,蓄电池内阻为0.05 .电流表和电压表均为理想电表,只接通S1时,电流表示数为10 A,电压表示数为12 V;再接通S2,启动电动机工作时,电流表示数变为8 A,则此时通过启动电动机的电流是( )
A.2 AB.8 AC.50 AD.58 A
解析只接通S1时,由闭合电路欧姆定律得:E = U+Ir = 12 V+10.05 V = 12.5 V,R灯 == = 1.2 ,再接通S2后,流过电动机的电流为:I电动机 = I′= A8 A = 50 A,故选项C正确.
三、在动态电路中的应用
例3为了儿童安全,布绒玩具必须检测其中是否存在金属断针,检测时可以先将玩具放置在强磁场中,若其中有断针,则断针被磁化,用磁报警装置即可检测到断针的存在.图3所示是磁报警装置中的一部分电路示意图,其中RB是磁敏传感器,它的电阻随断针的出现而减小,a、b接报警器,当传感器RB所在处出现断针时,电流表的电流I、ab两端的电压U将 ( )
A.I变大,U变大B.I变小,U变小
C.I变大,U变小D.I变小,U变大
解析由题意知RB的电阻随断针的出现而减小,即外电路的电阻减小,由闭合电路欧姆定律有I总 = ,可知I总必增大,再由U外 = EI总r可知,外电压U减小.而由U1 = I总R1可知,U1增大,U2必减小,由电流表的电流I = I总I2可知,电流表的电流必变大.故选项C正确.
四、在含容电路中的应用
例3如图4所示,电源电动势E = 12 V,内阻r = 1 ,电阻R1 = 3 ,R2 = 2 ,R3 = 5 ,电容器的电容C1 = 4 F,C2 = 1 F,求C1、C2所带电荷量.
解析根据闭合电路欧姆定律,
I == A = 2 A,
U1 = IR1 = 6 V,U2 = IR2 = 4 V,
UC1 = U2 = 4 V,UC2 = U1+U2 = 10 V.
根据电容器的电容的表达式Q = CU可得:
Q1 = C1UC1 = 406 C = 1.605 C
Q2 = C2UC2 = 1060 C = 105 C.
五、在综合类问题中的应用
例6图5甲所示为某电阻R随摄氏温度t变化的关系图像,图中R0表示0℃时的电阻值,k表示图线的斜率.若用该电阻与电池(电动势为E,内阻为r)、电流表(满偏电流为Ig、内阻为Rg)、滑动变阻器R′串联起来,连接成如图5乙所示的电路,用该电阻做测温探头,把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度,于是就得到了一个简单的“电阻温度计”.
(1)使用“电阻温度计”前,先要把电流表的刻度改为相应的温度值,若温度t1< t2,其对应的电流分别为I1、I2,则I1、I2谁大?
(2)若该“电阻温度计”的最低适用温度为0℃,即当温度为0℃时,电流表恰好达到满偏电流Ig,则变阻器R′的阻值为多大?
(3)若保持(2)中电阻R′的值不变,将电流表刻度盘换为温度刻度盘,刻度均匀吗?
解析(1)由图5甲可知温度越高,电阻R越大,对应电路中的电流越小,故I1>I2.
(2)由闭合电路欧姆定律得:Ig = ,
得:R′=R0Rgr.
(3)由图(a)得R = R0+kt.
再由闭合电路欧姆定律得:
I = ,解之得:t = (),由t = ()可知,t与I不是一次线性关系,故刻度不均匀.
例7受动画片《四驱兄弟》的影响,越来越多的小朋友喜欢上了玩具赛车.某玩具赛车充电电池的输出功率P随电流I变化的图像如图6所示.
(1)求该电池的电动势E和内阻r;
(2)求该电池的输出功率最大时对应的外电阻R(纯电阻);
(3)由图像可以看出,同一输出功率P可对应两个不同的电流I1、I2,即对应两个不同的外电阻(纯电阻)R1、R2,试确定r、R1、R2三者间的关系.
解析(1)由图像可知I1 = 2 A时,有Pm == 2 W.
I2 = 4A时,输出功率为P=0,此时电源被短路,即:I2 = ,联立解得:E = 2 V,r = 0.5 .
(2) 电池的输出功率最大时有R = r,故 r = R = 0.5 .
(3)由题知:()2R1 = ()2R2,整理得r2 = R1R2.
例8如图7所示的电路中,两平行金属板A、B水平放置,两板间的距离d = 40 cm.电源电动势E = 24 V,内电阻r = 1 ,电阻R = 15 .闭合开关S,待电路稳定后将一带正电的小球从B板小孔以初速度v0 = 4 m/s竖直向上射入板间.若小球带电荷量为q = 102 C,质量为m = 202 kg,不考虑空气阻力.那么,滑动变阻器接入电路的阻值为多大时,小球恰能到达A板?此时,电源的输出功率是多大?(取g = 10 m/s2)
B.I1:I2=3:2 U1:U2=3:2
C.I1:I2=2:3 U1:U2=1:1
D.I1:I2=1:1 U1:U2=2:3
习题答案
解析:
并联电路各支路两端的电压相等;由I=即可求出电流之比。
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
(2)理解欧姆定律,记住欧姆定律的公式,并能利用欧姆定律进行简单的计算。
(3)能根据串联电路中电压及电流的规律,利用欧姆定律得到串联电路中电阻的规律。
2、过程和方法
(1)通过根据实验探究得到欧姆定律,培养学生的分析和概括能力。
(2)通过利用欧姆定律的计算,学会解电学计算题的一般方法,培养学生逻辑思维能力。
(3)通过欧姆定律的应用,使学生学会由旧知识向新问题的转化,培养学生应用知识解决问题的能力。
3、情感、态度与价值观
通过了解科学家发明和发现的过程,学习科学家探求真理的伟大精神和科学态度,激发学生努力学习的积极性和勇于为科学献身的热情。
4、教学重点:欧姆定律及其应用。
教学难点:正确理解欧姆定律。
《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
关键词:物理选修3-1;焦耳定律;欧姆定律;纯电阻电路
人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1课本对焦耳定律的引入过程如下:
电流通过白炽灯、电炉等电热元件做功时,电能全部转化为导体的内能,电流在这段电路中做的功W等于这段电路发出的热量Q,即
Q=W=UIt
由欧姆定律
U=IR
代入上式后可得热量Q的表达式
Q=I2Rt
即电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比,这个关系最初是焦耳用实验直接得到的,我们把它叫做焦耳定律。
这里用公式推导的方式得出了焦耳定律的公式和内容,笔者认为不太恰当,理由如下:
第一,焦耳定律是焦耳通过大量实验总结出来的规律,科学实验是自然规律最直接的反映,科学理论正确与否必须接受实验的检验,正如课本上所说焦耳定律是焦耳用实验直接得到的,焦耳定律本身就是一个实验规律,这是焦耳通过大量实验总结得到并经过无数次实验验证了的实验结论,我们不应该淡化科学实验在焦耳定律建立过程中所起的巨大作用,公式推导的方式掩盖了焦耳定律的真实面目。
第二,这里Q=W应用了能量转化与守恒定律来推导焦耳定律,而实际情况是焦耳本人是在得出焦耳定律后,又进行了长期的、大量的、精确的科学实验,在大量实验事实面前焦耳提出了能量转化和守恒定律.并且电流通过导体时所做的电功和导体发出的电热相等是焦耳得出能量转化与守恒定律的重要实验基础.由此看来,用能量转化和守恒定律来推导焦耳定律是不符合科学发展的实际历程的。
第三,上述推导过程用到了欧姆定律,欧姆定律的表达式应该为[I=UR],不应该用U=IR,另外,欧姆定律是只能在纯电阻电路中才适用的规律,用欧姆定律来推导焦耳定律会使学生认为焦耳定律也只适用于纯电阻电路,对电动机等非纯电阻元件求电热不适用的错误认识.学生一旦建立这样的错误认识再来纠正是比较困难的.
基于以上考虑,笔者认为引入焦耳定律的过程可以做一些调整.建议设计“电流通过电学元件时产生的电热与谁有关?”的探究实验(或者介绍焦耳所做的实验).通过探究实验得出Q=I2Rt,即焦耳定律.然后结合能量转化与守恒定律在纯电阻电路中电流做功全部转化为电热W=Q,即UIt=I2Rt,可以得到[I=UR]。由此可见欧姆定律是能量转化与守恒定律在纯电阻电路中的具体反映和内在要求.
这样设计的好处是还原了人们认识自然规律的实际历程,体现出了科学实验在科学理论建立过程中的巨大作用,使人们认识到焦耳定律是一条实验规律,物理学科是一门实验科学,能真实反映自然规律.通过探究实验的设计我们可以引导学生像科W家那样设计实验方案,探究、总结得出规律,使学生在实验中体会科学实验对自然科学的重要意义,也能使学生获得科学研究的方法.
1.理解欧姆定律及其表达式.
2.能初步运用欧姆定律计算有关问题.
能力目标
培养学生应用物理知识分析和解决问题的能力.
情感目标
介绍欧姆的故事,对学生进行热爱科学、献身科学的品格教育.
教学建议
教材分析
本节教学的课型属于习题课,以计算为主.习题训练是欧姆定律的延续和具体化.它有助于学生进一步理解欧姆定律的物理意义,并使学生初步明确理论和实际相结合的重要性.
教法建议
教学过程中要引导学生明确题设条件,正确地选择物理公式,按照要求规范地解题,注意突破从算术法向公式法的过渡这个教学中的难点.特别需强调欧姆定律公式中各物理量的同一性,即同一导体,同一时刻的I、U、R之间的数量关系.得出欧姆定律的公式后,要变形出另外两个变换式,学生应该是运用自如的,需要注意的是,对另外两个公式的物理含义要特别注意向学生解释清楚,尤其是欧姆定律公式.
教学设计方案
引入新课
1.找学生回答第一节实验得到的两个结论.在导体电阻一定的情况下,导体中的电流
跟加在这段导体两端的电压成正比;在加在导体两端电压保持不变的情况下,导体中的电
流跟导体的电阻成反比.
2.有一个电阻,在它两端加上4V电压时,通过电阻的电流为2A,如果将电压变为10V,通过电阻的电流变为多少?为什么?
要求学生答出,通过电阻的电流为5A,因为电阻一定时通过电阻的电流与加在电阻两
端的电压成正比.
3.在一个10的电阻两端加上某一电压U时,通过它的电流为2A,如果把这个电压加在20的电阻两端,电流应为多大?为什么?
要求学生答出,通过20电阻的电流为1A,因为在电压一定时,通过电阻的电流与
电阻大小成反比,我们已经知道了导体中电流跟这段导体两端的电压关系,导体中电流跟这段导体电阻的关系,这两个关系能否用一句话来概括呢?
启发学生讨论回答,教师复述,指出这个结论就叫欧姆定律.
(-)欧姆定律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.
1.此定律正是第一节两个实验结果的综合,电流、电压、电阻的这种关系首先由德国
物理学家欧姆得出,所以叫做欧姆定,全国公务员共同天地律,它是电学中的一个基本定律.
2.介绍《欧姆坚持不懈的精神》一文.
3.欧姆定律中的电流是通过导体的电流,电压是指加在这段导体两端的电压,电
阻是指这段导体所具有的电阻值.
如果用字母U表示导体两端的电压,用字母R表示导体的电阻,字母I表示导体中的电流,那么欧姆定律能否用一个式子表示呢?
(二)欧姆定律公式
教师强调
(l)公式中的I、U、R必须针对同一段电路.
(2)单位要统一I的单位是安(A)U的单位是伏(V)R的单位是欧()
教师明确本节教学目标
1.理解欧姆定律内容及其表达式
2.能初步运用欧姆定律计算有关电学问题.
3.培养学生应用物理知识分析和解决问题的能力.
4.学习欧姆为科学献身的精神
(三)运用欧姆定律计算有关问题
【例1】一盏白炽电灯,其电阻为807,接在220V的电源上,求通过这盏电灯的电流.
教师启发指导
(1)要求学生读题.
(2)让学生根据题意画出简明电路图,并在图上标明已知量的符号及数值和未知量的
符号.
(3)找学生在黑板上板书电路图.
(4)大家讨论补充,最后的简明电路图如下图
(5)找学生回答根据的公式.
已知V,求I
解根据得
(板书)
巩固练习
练习1有一种指示灯,其电阻为6.3,通过的电流为0.45A时才能正常发光,要使这种指示灯正常发光,应加多大的电压?
练习2用电压表测导体两端的电压是7.2V,用电流表测通过导体的电流为0.4A,求这段导体的电阻,
通过练习2引导学生总结出测电阻的方法.由于用电流表测电流,用电压表测电压,
利用欧姆定律就可以求出电阻大小.所以欧姆定律为我们提供了一种则定电阻的方法这种
方法,叫伏安法.
【例2】并联在电源上的红、绿两盏电灯,它们两端的电压都是220V,电阻分别为
1210、484.
求通过各灯的电流.
教师启发引导
(1)学生读题后根据题意画出电路图.
(2)I、U、R必须对应同一段电路,电路中有两个电阻时,要给“同一段电路”的I、U、R加上“同一脚标”,如本题中的红灯用来表示,绿灯用来表示.
(3)找一位学生在黑板上画出简明电路图.
(4)大家讨论补充,最后的简明电路图如下
学生答出根据的公式引导学生答出
通过红灯的电流为
通过绿灯的电流为
解题步骤
已知求.
解根据得
通过红灯的电流为
通过绿灯的电流为
答通过红灯和绿灯的电流分别为0.18A和0.45A.
板书设计
2.欧姆定律
一、欧姆定律
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.
二、欧姆定律表达式
三、欧姆定律计算
1.已知V,求I
解根据得
答通过这盏电灯的电流是0.27A
2.已知求.
解根据得
通过的电流为
通过的电流为
答通过红灯的电流是0.18A,通过绿灯的电流是0.45A
探究活动
【课题】欧姆定律的发现过程
【组织形式】个人和学习小组
【活动方式】
关键词:是对物理规律的一种表达形式。通过大量的观察、实验归纳而成的结论。反映物理现象在一定条件下发生变化过程的必然关系。物理定律的教学应注意:首先要明确、掌握有关物理概念,再通过实验归纳出结论,或在实验的基础上进行逻辑推理(如牛顿第一定律)。有些物理量的定义式与定律的表式相同,就必须加以区别(如电阻的定义式与欧姆定律的表式可具有同一形式R=U/I),且要弄清相关的物理定律之间的关系,还要明确定律的适用条件和范围。
(1)牛顿第一定律采用边讲、边讨论、边实验的教法,回顾“运动和力”的历史。消除学生对力的作用效果的错误认识;培养学生科学研究的一种方法——理想实验加外推法。教学时应明确:牛顿第一定律所描述的是一种理想化的状态,不能简单地按字面意义用实验直接加以验证。但大量客观事实证实了它的正确性。第一定律确定了力的涵义,引入了惯性的概念,是研究整个力学的出发点,不能把它当作第二定律的特例;惯性质量不是状态量,也不是过程量,更不是一种力。惯性是物体的属性,不因物体的运动状态和运动过程而改变。在应用牛顿第一定律解决实际问题时,应使学生理解和使用常用的措词:“物体因惯性要保持原来的运动状态,所以……”。教师还应该明确,牛顿第一定律相对于惯性系才成立。地球不是精确的惯性系,但当我们在一段较短的时间内研究力学问题时,常常可以把地球看成近似程度相当好的惯性系。
(2)牛顿第二定律在第一定律的基础上,从物体在外力作用下,它的加速度跟外力与本身的质量存在什么关系引入课题。然后用控制变量的实验方法归纳出物体在单个力作用下的牛顿第二定律。再用推理分析法把结论推广为一般的表达:物体的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教学时还应请注意:公式F=Kma中,比例系数K不是在任何情况下都等于1;a随F改变存在着瞬时关系;牛顿第二定律与第一定律、第三定律的关系,以及与运动学、动量、功和能等知识的联系。教师应明确牛顿定律的适用范围。
(3)万有引力定律教学时应注意:①要充分利用牛顿总结万有引力定律的过程,卡文迪许测定万有引力恒量的实验,海王星、冥王星的发现等物理学史料,对学生进行科学方法的教育。②要强调万有引力跟质点间的距离的平方成反比(平方反比定律),减少学生在解题中漏平方的错误。③明确是万有引力基本的、简单的表式,只适用于计算质点的万有引力。万有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也发现了它的局限性。
二、牛顿第二定律。在第一定律的基础上,从物体在外力作用下,它的加速度跟外力与本身的质量存在什么关系引入课题。然后用控制变量的实验方法归纳出物体在单个力作用下的牛顿第二定律。再用推理分析法把结论推广为一般的表达:物体的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教学时还应注意公式F=Kma中,比例系数K不是在任何情况下都等于1;a随F改变存在着瞬时关系;牛顿第二定律与第一定律、第三定律的关系,以及与运动学、动量、功和能等知识的联系。教师应明确牛顿定律的适用范围。
三、万有引力定律。教学时应注意:①要充分利用牛顿总结万有引力定律的过程,卡文迪许测定万有引力常量的实验,海王星、冥王星的发现等物理学史料,对学生进行科学方法的教育。②要强调万有引力跟质点间的距离的平方成反比(平方反比定律),减少学生在解题中漏平方的错误。③明确是万有引力基本的、简单的表式,只适用于计算质点的万有引力。万有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也发现了它的局限性。
四、机械能守恒定律。这个定律一般不用实验总结出来,因为实验误差太大。实验可作为验证。一般是根据功能原理,在外力和非保守内力都不做功或所做的总功为零的条件下推导出来。高中教材是用实例总结出来再加以推广。若不同形式的机械能之间不发生相互转化,就没有守恒问题。机械能守恒定律表式中各项都是状态量,用它来解决问题时,就可以不涉及状态变化的复杂过程(过程量被消去),使问题大大地简化。要特别注意定律的适用条件(只有系统内部的重力和弹力做功)。这个定律不适用的问题,可以利用动能定理或功能原理解决。
五、动量守恒定律。历史上,牛顿第二定律是以F=dP/dt的形式提出来的。所以有人认为动量守恒定律不能从牛顿运动定律推导出来,主张从实验直接总结。但是实验要用到气垫导轨和闪光照相,就目前中学的实验条件来说,多数难以做到。即使做得到,要在课堂里准确完成实验并总结出规律也非易事。故一般教材还是从牛顿运动定律导出,再安排一节“动量和牛顿运动定律”。这样既符合教学规律,也不违反科学规律。中学阶段有关动量的问题,相互作用的物体的所有动量都在一条直线上,所以可以用代数式替代矢量式。学生在解题时最容易发生符号的错误,应该使他们明确,在同一个式子中必须规定统一的正方向。动量守恒定律反映的是物体相互作用过程的状态变化,表式中各项是过程始、末的动量。用它来解决问题可以使问题大大地简化。若物体不发生相互作用,就没有守恒问题。在解决实际问题时,如果质点系内部的相互作用力远比它们所受的外力大,就可略去外力的作用而用动量守恒定律来处理。动量守恒定律是自然界最重要、最普遍的规律之一。无论是宏观系统或微观粒子的相互作用,系统中有多少物体在相互作用,相互作用的形式如何,只要系统不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),动量守恒定律都是适用的。
绝大部分老师在进行苏科版欧姆定律实验教学时常常有这样的一个困惑,定值电阻标有10欧姆,在进行实验时定值电阻的阻值却不准确,给欧姆定律实验带来了一些不必要的麻烦。我认为定值电阻不准确的原因是:定值电阻出厂时是很精确的,但是由于学校购置后存放在实验室的条件不好,另一方面定值电阻存放时间过长,现在实验室中的定值电阻还是八十年代的产品。所以有些定值电阻的接线柱上面已氧化,电阻线也发生了化学变化,常见的10欧姆的电阻只有8欧姆左右。学校的实验经费有限,不可能每年都购买新的定值电阻。另外在研究电流与电阻的关系时,要多次改变定值电阻的阻值,多次改变所连的电路,浪费了许多实验时间。为此我尝试用电阻箱来代替定值电阻进行实验,效果显著。一方面电阻箱电阻线在箱内,不易氧化。另一方面电阻箱内电阻的精确度高,一般实验室用的J2362-1电阻箱的误差为0.1欧姆,大大高于定值电阻的精确度。另外在进行研究电流与电阻的关系时,要多次改变定值电阻的阻值,利用电阻箱进行实验就不必重复拆线连线,节省了许多实验时间,大大提高了课堂效率,让学生在课堂上有更多的时间来提高自己的知识技能。
二、电源由干电池组改为学生电源
这个探究欧姆定律的实验在书本上用干电池组进行学生实验,但是使用时由于干电池使用时间较长,干电池内部会发生化学变化,干电池的电阻会发生变化,对实验的操作会产生影响。即使用了三节干电池,定值电阻两端的电压不一定达到3伏。另外从环保的角度分析,一学期电学内容的学习,学生至少要进行三次电学学生实验。如果大量使用干电池作为电源进行实验,一个中等规模的初级中学会产生一千多个废旧电池,一方面大量浪费了学校有限的办公经费,另一方面学校对废旧电池处理不当,对周围环境会产生严重影响。综合上述考虑,我认为用学生电源来替代干电池,学生电源干净污染少,还可以避免干电池内阻对实验的影响。当然学生电源并不是没有缺点,学生电源如果使用不当对人身安全有危险。我认为今后物理老师进行电学物理实验时,尽可能使用学生电源,只要安全措施恰当,学生电源是进行欧姆定律和其他电学实验最好的电源选择。
三、导线由接线端带叉口的导线改为两端是鳄鱼夹的导线
学生在进行欧姆定律实验时连七根线,学生在连接电路时,经常不能捏紧螺母,造成接触不良,实验效果较差,为了提高学生做欧姆定律实验的效率,我校在进行欧姆定律实验时,用鳄鱼夹来代替带叉口的导线。可节省连接导线的时间,我做过调查,学生用鳄鱼夹代替带叉口的导线连接电路后,连接欧姆定律实验电路图的时间大大的提高了。另一方面连接电路的成功率由原来的50%提高到80%左右,减少了一些不必要的检修时间。节省了实验操作时间,增加了学生进行探究的时间。另外为了提高实验的精确度鳄鱼夹最好用铜制,导线改用较粗的铜导线,在导线与鳄鱼夹连接处应用锡焊或银焊,这样导线与鳄鱼夹不易脱落。焊接处应加一根橡胶管加以保护,这样同学们在使用时不易折断,尽可能提高实验的成功率和精确度。有些老师认为实验存在误差可以证明实验的真实性,其实这种观点是不科学的,在以前实验环境较差、实验器材精确度不高,在这种情况下误差较大也是正常的。但是现在无锡地区经济基础较好,各校都在进行现代化实验改造或已经完成现代化实验改造。如果此时实验误差较大,这与物理老师的严谨,对科学的一丝不苟的精神是不相符的。
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;
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1992-7711(2016)12-0057
《欧姆定律》作为重要的物理规律,不仅是电流、电阻、电压等电学知识的延伸,还揭示了电流、电压、电阻这三个重要的电学量之间的必然联系,是电学中最基本的物理规律,是分析解决电路问题的金钥匙。在利用欧姆定律进行计算时,强调电流、电压、电阻这三个物理量的同时性和同一性;加强学生对于这些问题的理解,对于后续课程测量电阻、电功、电功率的学习,起到良好的促进作用。因此,对于电学中的第一个规律的学习,教师应该注重学生学习能力的培养。
一、在教学中发现学生容易存在的问题分析
1. 进行电学实验探究时,往往要求学生设计电路图,很多学生在设计时不能一次将电路图设计完整。
2. 从学生做题情况来看,学生不容易弄清楚控制变量法的作用。在历年中考题中,常有这样的题目:在探究电流与电阻的关系时,如将电路中的定值电阻从5欧姆换成10欧姆,将怎样保证电压不变?如何移动滑动变阻器?此类题目的得分率不高。
3. 在运用欧姆定律进行计算时,对于复杂一点的电路,如电路中的用电器不止一个时,学生往往容易将公式写出,数据生搬硬套,乱算一通。这样的习惯对于后续课程――电功、电功率的计算也产生了不良的影响。
针对学生的以上问题,笔者认为原因主要出在以下几个地方:(1)对问题的分析缺乏全面的考虑。(2)对于控制变量法的应用不够熟练,但电路分析有待加强。(3)对于各个物理量之间的因果关系没有弄清楚。没有理解到电阻或电压的变化引起了电流的变化。(4)没有理解欧姆定律的同时性和同一性。
二、结合教科版教材,如何在教学中培养学生的学习能力
笔者认为,结合教材情况以及学生的学习情况,我们可以在以下几个地方做好细节处理,让学生养成良好的学习习惯,培养学生学习能力的目的。
1. 实验设计:分步探究,尝试错误,完善设计,培养学生养成缜密的思维能力
在第一课时的教学中,教学重点在于如何通过实验探究得出电流与电压、电阻之间的关系。教师在提出电流大小与什么因素有关的问题时,学生根据以往的学习经验,猜想出电压、电阻会影响电流的大小。教师应引导学生用控制变量法探究它们之间具体有什么关系。从而将所探究的问题分为两个小课题来进行,即电流与电压的关系和电流与电阻的关系。在进行第一个小课题:探究电流与电压的关系时,学生在设计电路图的时候,容易根据自己的经验将电流表、电压表接入电路,而没有接入滑动变阻器。
教师不必及时指出不足,可以进行展示以后,再提问怎样改变电路中定值电阻两端的电压?这时学生可能会想到要用改变电源电压的方法,但是这样做不够方便。如果用滑动变阻器来调节是最方便的。这时才设计出准确的电路图。学生根据之前所学的串联分压的知识,很容易理解当滑动变阻器的阻值发生变化的时候,电路中定值电阻两端的电压会发生变化,而电流也会随之发生改变。同样,设计好的电路图也可以用于第二个课题的探究。这种不断地让学生对问题作出反应,不断调整自己的设计方案,最后走向完善,这样做符合学生的认知规律。
2. 重视实验探究的过程,培养学生的动手能力以及发现问题后寻找解决方法的能力
对于两个课题的实验,必须由学生自己在教师的引导下完成。绝不能因为赶教学进度而由教师代劳,让学生只是简单记下数据,分析数据得出规律。学生只有在实验过程中才会发现问题。如课题二:在电压不变时,探究电流与电阻的关系中,学生就会发现没有移动滑动变阻器,而将定值电阻改变时,电压表的示数也会随之发生改变。那如何保证电压表的示数不变呢?学生才会自己去想办法通过移动滑动变阻器来完成。那滑动变阻器的移动是否有规律可循?学生通过自己的实验,才会发现其中的规律。有了这样的经验以后,进行理论分析问题也就变得容易了。而具备了动手能力及解决问题的能力后,在后续课程测电阻、测电功率的学习中,也就较为轻松了。
3. 对于实验结论的得出,要把握其中的因果关系,培养了学生的逻辑思维能力
虽然在之前的学习中,学生已经认识到了电压是形成电流的原因。同时也认识到了导体对电流有阻碍作用,也即是导体存在电阻这样的观念。但是放到欧姆定律的学习中,尤其是对公式R=U/I的理解上,学生容易认为电阻与电压成正比,电阻与电流成反比,也就是认为电压和电流的大小会改变电阻的大小。学生会单纯从数学的角度来理解物理公式,而不能把握三者之间的因果关系。也就是电流变化引起了电阻变化还是电阻变化引起了电流变化?这也是我们之前做实验的过程中,让学生分析的根本目的。教师应该要进行提问,由学生来思考变形公式的意义,可以培养学生的逻辑思维能力。对于物理规律的理解,要引导学生理解规律所反映的逻辑关系。
4. 对于欧姆定律内容的学习要注意抓住关键字词,培养学生阅读能力
静电场是电荷周围存在的一种特殊形式的物质,电荷之间的相互作用是通过电场实现的。对电场的任何一点来说,放在这点的电荷所受的电场力跟它的电荷的比值,总是一个常量,可以用来表示电厂的强弱叫做这一点的电场强度。电场强度是矢量,它的方向规定为正电荷所受电场力方向。除了用电场强度来描述电场的强弱及方向外,电场线也用来形象表示电场强弱及方向。电场线是在电场中画出的一系列从正电荷出发到负电荷终止的曲线,并且使曲线上每一点的切线方向都跟该点的电场强度方向一致;电场强度越大的地方,电场线越密,电场强度越小的地方,电场线越疏,沿着电场线的方向是电势降落的方向。
在复杂电路的某一段电路或一个电路元件的分析与计算时,可事先假定一个电流的方向,这个假定的方向叫做电流的“参考方向”。我们规定:若电流的“参考方向”与实际方向相同,则电流值为正值,即I>0;若电流的“参考方向”与实际方向相反,则电流值为负值,即I<0。和分析电流一样,有时很难对电路或元件中电压的实际方向做出判断,必须对电路或元件中两点之间的电压任意假定一个方向为 “参考方向”,在电路中一般用实线箭头表示,箭头所指的方向为参考方向。当电压的“参考方向”与实际方向一致时,电压值为正,即U>0;反之,当电压的“参考方向”与实际方向相反时,电压值为负,即U<0。电流与电压有了参考方向后,电流与电压就有了正负。
电流与电压参考方向,在应用基尔霍夫定律解决复杂电路计算中,贯穿始终。
欧姆定律是分析与计算电路的基础。如果电阻元件上的电压与通过它的电流参考方向相同,欧姆定律可表示为U=IR,如果电阻元件上电压的参考方向与电流的参考方向不同时,则欧姆定律可表示为U=-RI。除了欧姆定律,分析与计算电路还离不开基尔霍夫电流定律和电压定律。基尔霍夫电流定律应用于节点,基尔霍夫电压定律应用于回路。
基尔霍夫电流定律是用来确定连接在同一节点上的各个支路电流之间的关系的。由于电流的连续性,电路中任何一点(包括节点)均不能堆积电荷。因此“任何一瞬时,流入任一节点的支路电流之和恒等于流出该节点的支路电流之和”,这就是基尔霍夫电流定律的基本内容。
基尔霍夫电压定律是用来确定回路中的各段电压之间的关系。“在任一回路中,从任何一点出发以顺时针或逆时针方向沿回路循行一周,回路中各段电压的代数和等于零”,这就是基尔霍夫电压定律的基本内容。为了应用基尔霍夫电压定律,必须选定回路的参考方向,当电压的参考方向与回路的循行方向一致时取正号,反之取负号。列方程时,不论是应用基尔霍夫定律或欧姆定律,首先都要在电路图上标出电流、电压或电动势的参考方向;因为方程式中的正负号是由它们的参考方向决定的,若参考方向选得相反,则会相差一个负号。
如图所示电路中,已知R1=10Ω,R2=5Ω,R3=5Ω,Us1=12v,Us2=6V。
求:R1、R2、R3所在支路电流I1、I2、I3。
解:1.先假定各支路电流的参考方向,如图所示。
2.根据KCL列出节点电流方程,由节点A得到I1+I3-I2=0。
3. 选定回路的绕行方向就是电势降落的方向,如图所示。
4. 根据KVL列出两个网孔的电压方程。
网孔AdcBbA:-I2R2-I3R3+Us2=0;其中I2R2、I3R3为负是因为电流与电压参考方向相反,欧姆定律用负的。
网孔AbBaA:I1R1+I2R2-Us1=0;其中Us1为负是因为它电压的方向与循行方向相反。
代入电路参数,得方程组:
I1+I3-I2=0
-6=-5I2-5I3
12=10I1+5I2
解方程组,得:I1=0.72A,I2=0.96A,I3=0.24A。
从基尔霍夫定律的应用中可以看到,电流、电压的方向问题就是解题的对错问题,足以见证电流、电压方向的重要性。如果没有静电场的电场线的形象讲解,学生就很难看出电流与电压实际方向的一致性,那么,欧姆定律正负公式推出就难讲述,欧姆定律讲不好,基尔霍夫定律就很难讲,更别说应用基尔霍夫定律解决实际问题了。所以,静电场内容是是直流电内容讲解的前提和基础,两章内容密不可分。
参考文献: