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:①保持电阻不变,改变电压研究电流随电压的变化关系;
②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:①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;
②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=IR R=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。
④R=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、等效替代法测电阻:
如图,(1)S至a,记下电流表(或电压表)的示数为I(或U);(2)S至b,调节电阻箱R,使电流表(或电压表)的示数仍为I(或U);读出电阻箱的阻值为R,即Rx的阻值。(其中R0起保护电路的作用)
五、伏安法测电阻:
优点:可调节滑动变阻器多次测量求平均值减小误差。
三、缺表测电阻:
(一)缺电压表,利用并联分流,串联电压相等测电阻:
(1)如图甲,将R1和并联,先测出R1的电流,再测出的电流为I2,根据两次电压相等U1=U2,所以,,所以:
;;
(2)改进,换用单刀双掷开关,如图乙。(表达式同上)
(二)缺电流表,利用串联分压,电流相等测电阻:
(1)如图甲,电压表测出R1两端的电压U1;再测出两端的电压U2;根据两电阻中的电流相等,所以:
;
(2)改进:单刀双掷开关
如图乙,开关S至1的位置,可测出R1上的电压U1;将S至2的位置,可测出和R1的总电压U2.根据电流相同,, 所以,
说明:以上两种方法中的定值电阻均可用最大已知的滑动变阻器代替,只须将滑片移至阻值最大端就是定值电阻。
(三)缺电流表或电压表,利用滑动变阻器的最大阻值测电阻
(1)缺电流表:如图
①将滑片P滑到左端测出两端的电压U1;②将滑片P滑到右端时可测出和R′两端的总电压U2.由和R′串联电流相等
;
(2)缺电压表如图乙。①将滑片P滑到a点,可测的电流I1;②再滑到b端测和R′的电流I2.由于电源电压相等.①;② 所以可解得。
(三)缺电压表或电流表,利用短路电路测电阻:
(1)如图甲,①闭合开关S1,和R串联,电流表示数为I1;②闭合开关S1和S2,R被短路,只有接入电路,电流表示数为I2;所以:①②;根据电源电压相等,可得
(2)如图乙,①闭合开关S1,和R串联,电压表示数为U1;②闭合开关S1和S2,R被短路,只有接入电路,电压表示数为U2;所以:闭合开关S1和S2时,电源电压为U2,当只闭合开关S1时,两端的电压为U1,R两端的电压为U2—U1,根据Rx和R中的电流相等,即,解得
综合上述方法:①伏安法测电阻最好,可多次测量求平均值减小误差;②其它方法均进行两次测量,要么通过开关转换,要么通过滑动变阻器的两个特殊位置,得到一组数据进行计算得出一个电阻值。具体特点是缺电压表,利用电压相等;缺电流表利用电流相等。但滑动变阻器和短路测量电路通用;③有些情况下,尽管有电压表或电流表,但由于分度值或量程问题,必须选用缺表测量。
例1、某导体中的电流与它两端电压的关系如图所示,下列分析正确的是( )
A. 当导体两端的电压为0时,电阻为0 B. 该导体的电阻随电压的增大而减小
C. 当导体两端的电压为0时,电流为0 D. 当导体两端的电压为2伏时,电流为0.6安
例2、以下对欧姆定律的认识,其中正确的是( )
A.欧姆定律揭示了导体的电阻与导体两端电压、通过导体的电流有关
B.同一导体,它两端电压越大,通过它的电流也越大
C.当加在导体两端的电压改变时,电压与电流的比值也随之改变
D.根据欧姆定律的变形公式R可知:导体的的电阻随电压和电流的变化而变化
例3、某学习小组用如图甲所示的实验仪器探究“电流与电阻的关系”,请你回答下列问题:
(1)请你用笔画线,将甲电路连接完整。
(2)实验时,先在AB间接入阻值为25Ω的定值电阻。将滑动变阻器接入电路的阻值调至最大,然后闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P到某一位置,使电压表示数为3.0V,读出此时电流表的示数并记录。然后依次将阻值为20Ω、15Ω、10Ω和5Ω的定值电阻接在AB间,重复上述实验。实验记录的数据如表:
电阻R/Ω 25 20 15 10 5
电流I/A 0.12 0.14 0.16 0.20 ★
(3)AB间接5Ω的定值电阻时,电流表示数如图乙所示,则表中“★”处的数值为 。
(4)在数据分析时,同学们根据如表中的实验数据得不出书上给出的电流与电阻的定量关系。请你指出他们在实验时存在的错误 。
(5)实验时,若将AB间的电阻由25Ω改为较小阻值的电阻再次实验时,最终滑动变阻器连入电路的阻值比25Ω时要 (填“小”、“大”或“一样大”)。
例4、图甲为“伏安法”测电阻的实验电路。
(1)请用笔画线代替导线将电路补充完整。
(2)闭合开关,当滑动变阻器的滑片移动到某一位置时,电压表和电流表的指针位置如图乙,则被测电阻的阻值为 欧。
(3)为减小实验误差,需进行多次测量。完成第一次测量后,接下来的操作是
。
1.在“探究电流与电压的关系”的实验中,分别用R1.R2两个电阻进行了探究,并根据各自的实验数据绘制出如图所示的I﹣U关系图象,从图中可以看出R1、R2的大小关系为( )
A.R1>R2 B.R1<R2 C.R1=R2 D.不能确定
2.以下关于研究“电流与电阻的关系”实验的说法正确的是( )
①闭合开关前,移动滑片P到最右端是为了起到保护电路的作用
②闭合开关后,移动滑片P的作用是控制电阻两端的电压保持不变
③闭合开关后,移动滑片P的作用是控制通过电阻的电流保持不变
④闭合开关后,移动滑片P的目的是多次测量取平均值减少误差
A. ①② B. ②③ C. ①③ D. ②④
3.某实验小组探究导体中电流与导体电阻的关系,选用三节新的干电池作为电源,定值电阻的阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω,并设计了如下的电学实验。
(1)按照甲图所示的电路图,把乙实物图补充完整,当滑动变阻器的滑片向左滑动时,电流表示数增大。
(2)正确连接电路,把5Ω的电阻接入电路,闭合开关,适当调节滑片的位置,电流表的示数如图丙所示。断开开关S,把5Ω的电阻换成10Ω的电阻,再次闭合开关后,适当调节滑片的位置,使电压表的示数为________。
(3)在此实验中,滑动变阻器接入电路的阻值范围是________。
4.如图甲所示是测量定值电阻Rx阻值的实验电路,器材可以满足实验要求。
(1)现要求滑动变阻器滑片向左移动时,电流表示数增大。请你按照对电压表量程的选择和对滑动变阻器连接的要求,用笔画线代替导线,完成丙图中实验电路的连接。
(2)同学们按照电路图中正确连接电路后,闭合开关,改变电阻Rx两端的电压进行了三次测量,其中第二次实验中电流表的示数如图乙所示,请将表格中的实验数据补充完整。
实验次数 1 2 3
电压U/V 1.0 1.6 1.8
电流I/A 0.32 0.5 0.56
电阻Rx/Ω 3.13 3.20 3.21
电阻的平均值Rx/Ω 3.18
同学们又设计了两种测量方案,方案中定值电阻的阻值为R0。
①方案一:闭合开关S,如果电压表V1和V2的读数分别为U1和U2,则电阻Rx的阻值表达式为Rx= 。
②方案二:电路中Rx≠R0,将S接到a,读出电流表的示数I1,再将S接到b,读出电流表的示数I2,由I1R0=I2Rx可得Rx,请判断结果是否正确并简要说明理由,并制定改进方法 。
5.在探究“电流跟电压、电阻关系”的过程中,小明同学做了如下步骤:
步骤1:根据电路图连接实物图;
步骤2:保持定值电阻R阻值不变,闭合开关S后,使R两端电压成倍数变化,如1V、2V、3V,分别读出并记录对应于不同电压下的电流表示数,比较每次电流表的示数是否成整数倍的变化。
步骤3:保持每次定值电阻两端电压保持不变,换用不同的定值电阻,使电阻成整数倍的变化,如5Ω、10Ω、15Ω,分别读出并记录对应于不同阻值的电流表的示数,比较每次的电阻值与电流值的乘积是否相等。
(1)下面左边为探究“电流跟电压、电阻关系”的电路图,请帮小明将右边实物图按电路图连线(注:电流表用:“0—0.6A”; 电压表用“0—3V”)
(2)“步骤2”的设计目的是为了探究________;
(3)当小明同学在按“步骤3”做时,选一个“5Ω”的电阻,测得电流表示数为0.2A,当换“10Ω”来做时,发现电流表的示数不是0.1A,(不考虑温度对电阻的影响),你认为电流表的读数将会是________(填“大于”、“小于”)0.1A,此时滑片应该向________移动(选填“A”、或“B”),此时,手和眼睛的分工是 ________。
1.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( )
A. 电阻一定时,电流与电压成正比
B. 电阻一定时,电压与电流成正比
C. 电压一定时,电流与电阻成反比
D. 电压一定时,电阻与电流成反比
2.小刚用图所示电路探究“一段电路中电流跟电阻的关系”。在此实验过程中,当A、B两点间的电阻由5Ω更换为10Ω后,为了探究上述问题,他应该采取的唯一操作是( )
A.保持变阻器滑片不动
B.将变阻器滑片适当向左移动
C.将变阻器滑片适当向右移动
D.适当增加电池的节数
3.为了探究电流与电阻之间的关系,小明选择阻值为5Ω、10Ω、20Ω的三个定值电阻,“15Ω 2.5A"的滑动变阻器等器材,按图甲方式连接电路进行实验。将5Ω的电阻接入电路中,调节滑片,观察电流表示数如图乙,再用10Ω、20Ω电阻重复实验。
(1)图乙中电流表的示数为 。
(2)将10Ω的定值电阻接入电路后,小明的操作步骤为 。
(3)为了完成上述实验,可选择的电源电压最大为 。
4.某同学利用如图甲所示的电路探究电流跟电阻的关系。实验用到的电阻阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω。
(1)实验中多次改变R的阻值,并调节滑动变阻器的滑片,使电压表示数保持不变,记下电流表的示数,得到如图丙所示的电流I随电阻R变化的图像。
①由图像可以得出结论________。
②先用5Ω的电阻接入电路,调节滑动变阻器滑片,使电压处于某一值,读出电流表的示数;然后保持滑动变阻器滑片的位置不变,接着把R换为10Ω的电阻接入电路,闭合开关,应向________(填“左”或“右”)端移动滑动变阻器滑片,直至电压表示数为________V,读出电流表的示数。
(2)某同学又试图把R换为30Ω的电阻接入电路,闭合开关,无论怎样移动滑片,电压表都不能达到所控制的电压值,若保持电压表、电流表测量对象不变,下列选项可能有助于完成该步骤的是:_______。
A.换一个阻值更大的滑动变阻器 B.适当减小电源电压
C.滑动变阻器左侧再串联一个定值电阻 D.改变电压表、电流表所用量程
答案及解析
例1、 C
【解析】图象横坐标表示电压,纵坐标表示电流,这是一个正比例函数图象,电流随电压的增大而增大;电阻是导体本身的一种性质,与导体两端的电压和通过的电流大小无关。
【解答】A.电阻不能为零,因为电阻是导体本身的一种性质,与电压和电流没有关系,故A错误;
B.电阻是导体本身的一种性质,与电压无关,不随电压的改变而改变,故B错误;
C.由欧姆定律可知,当导体两端的电压为零时,电流也为零,故C正确;
D.当导体电压为2V时,由图象可以找到此时对应的电流0.4A,故D错误。
故答案为:C。
例2、解:A、欧姆定律揭示了通过导体的电流与导体两端电压、导体的电阻有关,故A错误;
B、由欧姆定律可知,一段导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比,所以,同一导体,它两端电压越大,通过它的电流也越大,故B正确;
C、由R可知电压与电流的比值等于电阻,则当加在导体两端的电压改变时,电压与电流的比值(即导体的电阻值)不变,故C错误;
D、电阻是导体本身的一种性质,与导体两端的电压、通过的电流无关,故D错误。
故选:B。
例3、解:(1)由移动滑动变阻器的滑片P到某一位置,使电压表示数为3.0V可知电压表选用小量程与电阻并联,如下图所示:
;
(3)AB间接5Ω的定值电阻时,电流表示数如图乙所示,图中电流表选用小量程,分度值为0.02A,示数为0.34A;
(4)探究电流与电阻的关系时,要控制电压表示数不变,由表中数据,根据欧姆定律的变形公式U=IR,五次实验电压表的示数分别为3V、2.8V、2.4V、2V、1.7V,没有控制电压表示数保持不变,故得不出书上给出的电流与电阻的定量关系;
(5)根据串联分压原理可知,若将电阻由25Ω改为较小阻值的电阻时,其分得的电压变小;
探究电流与电阻的实验中应保持电阻两端的电压不变,根据串联电路电压的规律可知应减小滑动变阻器分得的电压,由分压原理,应减小滑动变阻器连入电路中的电阻,故将AB间的电阻由25Ω改为较小阻值的电阻再次实验时,最终滑动变阻器连入电路的阻值比25Ω时要小。
故答案为:(1)如上图所示;(3)0.34;(4)没有控制电压表示数保持不变;(5)小。
例4、解:(1)将变阻器按一上一下连接,如下所示:
(2)闭合开关,当滑动变阻器的滑片移动到某一位置时,电压表和电流表的指针位置如图乙,电压表选用小量程,分度值为0.1V,电流为1.8V;电流表选用小量程,分度值为0.02A,电流为0.3A,由欧姆定律,则被测电阻的阻值为:R6Ω;
(3)为减小实验误差,需进行多次测量。完成第一次测量后,接下来的操作是:移动滑动变阻器的滑片,记录电压表和电流表示数。
故答案为:(1)如上所示;(2)6;(3)移动滑动变阻器的滑片,记录电压表和电流表示数。
1.解:由图象可知,两电阻两端的电压相等时,通过R1的电流小于通过R2的电流,即I1<I2,
由I可知,电压一定时,电流与电阻成反比,则R1>R2。
故选:A。
2. A
【解析】根据“探究电流与电阻关系”的实验设计思想、实验过程和结论分析判断。
【解答】①闭合开关前,移动滑片P到最右端,此时变阻器的阻值最大,可以防止电流过大烧坏用电器,故①正确;
②探究电流与电阻的关系时,需要控制电阻两端的电压相等而改变电阻的阻值,故②正确;
③④闭合开关后,移动滑片P的作用是控制通过电阻的电压保持不变,故③、④错误。
故选A。
3.(1)
(2)2V(3)6.25欧姆~25欧姆
【解析】(1)根据题目描述确定变阻器使用的接线柱,然后将原图补充完整即可;
(2)根据丙图读出电流表的示数,再根据U=IR计算出电压表的示数即可;
(3)在串联电路中,电压与电阻成正比,据此计算出定值电阻分别为5Ω和20Ω时,变阻器接入的阻值即可。
【解答】(1)滑动变阻器应该与开关和定值电阻R串联;当滑动变阻器的滑片向左滑动时,电流表的示数变大,则变阻器的阻值变小,则变阻器使用滑片左边的部分,即将左下角和右上角的接线柱接入电路即可,如下图所示:
(2)根据丙图可知,电流表选择量程0~0.6A,分度值为0.02A,此时电流表的示数为0.4A,则电压表的示数为:U=IR=0.4A×5Ω=2V;
(3)电压表的示数为2V,则变阻器的电压始终为:U变=U总-U=4.5V-2V=2.5V;
根据串联电路电压与电阻成正比得到:;
解得:R变=6.25Ω;
;解得:R变'=25Ω;则变阻器接入阻值的范围为:6.25Ω~25Ω。
4.解:(1)电流表的示数增大,说明变阻器的阻值减小。当滑片向左移动时,滑片左边的电阻变小,而右边的电阻变大,因此使用的时滑片左边的部分,即变阻器的左下角的接线柱必须使用,如下图所示:
(2)根据乙图可知,电流表选择量程0~0.6A,分度值为0.02A,示数为0.5A,那么此时阻值为:;
电阻的平均值:。
①根据方案乙的电路图可知,两个电阻串联,
那么通过它们的电流相等,即Ix=I0;
根据欧姆定律得到:;
解得:。
②根据可 I1R0=I2Rx=U可知,这个算法的前提时两个电阻上的电压相等。由于两个电阻分别与变阻器串联,当它们的阻值不等时,根据“串联电路电压与电阻成正比”可知,它们两端的电压肯定不相等。
则:结果不正确,理由是:两种情况下Rx和R0两端电压不等。
故答案为:(1)如图;(2)如表;①;②不正确,两种情况下Rx和R0两端电压不等。
5.(1)
(2)在电阻不变时,电流与电压的关系
(3)大于;右;手调节滑动变阻器滑片,同时眼睛观察电压表示数
【解析】(1)在探究“电流与电压、电阻关系”的实验中,除了电压表与定值电阻并联,其它的都是串联,要主要电表量程和接线柱的选择,还要主要变阻器接线“一上一下”。
(2)根据控制变量法的要求分析设计目的;
(3)在串联电路中,电压的分配与电阻成正比,据此分析换成10Ω电阻后电压的变化,再根据欧姆定律判断电流的变化。根据“电流与电阻的反比关系”确定变阻器的阻值变化,进而确定滑片的移动方向。调节滑片的目的是让电压表的示数恢复到原来的大小,因此应该用手调节滑片时,眼睛要观察电压表的示数,据此分析解答。
【解答】(1)根据图片可知,变阻器已经连接左下的A接线柱,则可将C接线柱与定值电阻R的右端相连,再将R的左端与电流表的“0.6”接线柱相连。接下来,将电压表的“3”接线柱与R的右端相连,将电压表“-”接线柱与R的左端相连,如下图所示:
(2)在步骤2中,定值电阻的阻值不变,而它两端的电压不变改变,则探究目的是:在电阻不变时,电流与电压的关系;
(3)根据串联电路的分压规律可知,换成10Ω的电阻后,电压表的示数肯定大于1V,根据可知,电流表的示数肯定大于0.1A。由于电流表的示数要减小,那么变阻器的阻值要增大,即滑片向右移动。此时,手和眼睛的分工是:手调节滑动变阻器滑片,同时眼睛观察电压表示数。
1. C
【解析】如果图像为一条通过坐标原点的斜线,那么二者为正比例关系;如果图像为一条双曲线,那么二者为反比例关系,据此分析判断。
【解答】电阻是导体本身的性质,它的大小只与导体的材料、长度、横截面积以及温度有关。图像的横坐标表示电阻,纵坐标表示电流,是个反比例函数图像,说明:电压一定时,电流随电阻的增大而减小,即电流与电阻成反比,故C正确,而A、B、D错误。
故选C。
2.解:
ABC.滑片不动时,当A、B两点间的电阻由5Ω更换为10Ω后,电路中的总电阻变大,
由I可知,电路中的电流变小,变阻器两端电压变小,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以,定值电阻两端的电压变大,
因探究“一段电路中电流跟电阻的关系”时,应控制电阻两端电压不变,
所以,应调节滑动变阻器的滑片增大接入电路中的电阻,减小电路中的电流,即将变阻器滑片适当向右移动,故AB错误,C正确;
D.滑片不动时,适当的加电池的节数,会使电阻两端的电压更大,故D错误。
故选:C。
3.(1)0.8(2)向右移动滑动变阻器至电压表示数为4伏(3)7伏
【解析】(1)根据乙图确定电流表的量程和分度值,然后根据指针的位置读出示数;
(2)探究电流与电阻的关系时,必须控制电阻两端的电压相等。将5Ω换成10Ω后,定值电阻变大,则它两端的电压变大。要使它两端的电压恢复原来的电压,就必须减小它的电压,根据U总=U1+U2可知,变阻器两端的电压必须增大。根据“串联电路电压与电阻成正比”可知,此时变阻器的阻值要增大,据此推测小明的步骤。
(3)当定值电阻为20Ω,变阻器的阻值最大为15Ω时电源电压最大,根据“串联电路电压与电阻成正比”计算即可。
【解答】(1)根据乙图可知,电流表的量程为0~3A,分度值为0.1A,读书为0.8A;
(2)定值电阻两端的电压为:U=IR=0.8A×5Ω=4V,则将10Ω的定值电阻接入电路后,小明的操作步骤为:向右移动滑动变阻器至电压表示数为4伏。
(3)当定值电阻为20Ω,变阻器的阻值最大为15Ω时电源电压最大,
根据“串联电路电压与电阻成正比”得到:;
; 解得:U总=7V。
4.(1)电压一定时,电流跟电阻成反比;左;2.5
(2)A,B,C
【解析】(1)①根据图像丙的形状分析通过导体的电流与电阻的关系;
②在串联电路中,电压的分配与电阻成正比。首先根据串联电路的分压规律确定电压表的示数变化,然后根据U总=U1+U2分析变阻器的电压变化,接下来分析要恢复原来电压表示数时变阻器的电压变化,最后再确定滑片的移动方向。
根据丙图,找到对应的电阻和电流,然后根据U=IR计算出电压表的示数即可。
(2)根据欧姆定律计算出换为30Ω电阻后电压表的示数,然后与既定的示数进行比较,从而确定改进措施。
【解答】(1)①根据丙图可知,电流随电阻变化的图像为一条双曲线,那么二者成反比关系,结论为:电压一定时,电流跟电阻成反比。
②将5Ω换成10Ω后,R的阻值变大,根据串联电路的分压规律可知,电压表的示数增大,根据U总=U1+U2可知,变阻器的电压变小。要使电压表的示数恢复原来示数,那么变阻器的电压要增大,根据串联电路的分压规律可知,变阻器的阻值要增大,即滑片向左移动。
电压表保持不变的示数为:U=IR=0.5A×5Ω=2.5V。
(2)当R=30Ω时,根据“在串联电路中,电压的分配与电阻成正比”得到:;
由于R的阻值增大,那么电压表的示数会偏大。要保持电压表的示数不变,要求变阻器的阻值也要增大,故A符合题意;
根据公式可知,在R和R总保持不变时,如果减小电源电压,那么电压表的示数会相应减小,从而恢复原来示数,故B符合题意;
在滑动变阻器左侧串联一个定制电阻,相当于增大了滑动变阻器的阻值,故C符合题意;
改变电压表和电流表的量程,对示数大小没有影响,故D不合题意。
故选ABC。
2022-2023学年上学期浙教版科学八年级“冲刺重高”讲义(二十六)
电流、电压、电阻的关系