15.2 科学探究：欧姆定律（欧姆定律及其应用）
测温手环可用于监控体温,它主要由温度传感模块、蓝牙模块和电源模块组成。在温度传感模块中,对温度敏感的热敏电阻(其阻值随温度的升高而减小)与导热金属片相连。使用测温手环时,导热金属片与人体接触,导热金属片温度变化引起热敏电阻阻值变化,进而引起电路中电流变化。温度传感模块中的测温芯片根据电流的大小计算出人体的温度,蓝牙模块通过无线网络将温度数据传送给移动设备,实现对人体温度的实时监控。
(1)导热金属片的内能是通过 的方式改变的。
(2)测温手环的电路中,手环通过 来反映出人体的温度。佩戴测温手环的人体温突然升高时,通过测温手环的电流 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
【基础堂清】
1.科学家有着强烈的好奇心和执着的探究精神,德国物理学家 最先通过实验归纳出一段导体中的电流跟导体两端电压和电阻之间的定量关系,即I=;在探究电流与电压的关系时,要保持电阻不变,改变定值电阻两端的电压,观察通过它的电流如何变化,这种科学探究方法叫 。
2.当某导体两端的电压为6 V时,通过导体的电流为1.2 A,导体电阻为 Ω;如果导体两端电压变为0时,电阻为 Ω。
3.如图所示,电源电压恒为3 V,定值电阻R的阻值为10 Ω。闭合开关,c点的电流为 A。当a、b间接入电阻的阻值为 Ω时,c点的电流变为0.5 A。
4. 根据欧姆定律I=,下列说法中正确的是 （ ）
A.通过导体的电流越大,导体的电阻就越小
B.导体两端的电压越大,导体的电阻就越大
C.通过导体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
D.导体两端的电压为零时,电阻值也为零
5.如图所示,R1=10 Ω,电流表 A1示数为0.5 A,电源电压为10 V,则下列叙述不正确的是 （ ）
A.R1与R2并联
B.R2阻值为20 Ω
C.R1两端电压为10 V
D.电流表 A的示数为1.0 A
6.如图所示,电源电压保持不变,闭合开关S1、S2,电压表示数为6 V,电流表示数为0.6 A,断开S2后,电压表示数变为2 V,则R2的电阻和电源电压分别是 （ ）
A.10 Ω 9 V B.20 Ω 6 V
C.20 Ω 9 V D.10 Ω 6 V
【素养日清】
7. 在相距15 km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,检修员利用电压表、电流表和电源接成如图所示电路进行检测,当电压表的示数为6 V时,电流表的示数为0.06 A,则甲地到短路位置之间的输电线总阻值为 Ω,短路位置到甲地的距离是 m。
8. 图示为电阻R1和R2的I-U图像,由图可知 （ ）
A.R1的阻值为5 Ω
B.R1的阻值小于R2的阻值
C.将R1、R2串联接入电路,通电后R1两端的电压大于R2两端的电压
D.将R1、R2并联接入电路,通电后通过R1的电流大于通过R2的电流
9.在如图所示的电路中,电源电压和灯泡电阻都保持不变,当滑动变阻器R的滑片P由右向左移动到如图所示位置时,下列判断中正确的是 （ ）
A.电流表示数增大,电压表的示数减小
B.电流表和电压表的示数都减小
C.电流表的示数增大,电压表的示数不变
D.电流表的示数减小,电压表的示数不变
10.如图所示的电路,电源电压恒为6 V,R1=8 Ω,闭合开关S后,电流表的示数为0.25 A。求:
(1)R2的阻值;
(2)电压表的示数。
11. 小明用电流表改装了一个直接测量电阻的仪表,将未知电阻Rx接入AB间即可直接在电流表上读出其阻值,其内部电路如图所示,电源电压U恒定,定值电阻R0=10 Ω,A为量程为0~0.6 A的电流表,当直接用导线将AB连接起来时,闭合开关S,电流表满偏(即0.6 A),电流表对应位置标记有0字样。求:
(1)电源电压U的大小;
(2)电流表半偏(即0.3 A)对应位置标记的电阻值。
【参考答案】
情境创生
(1)热传递
(2)电流大小 变大
基础堂清
1.欧姆 控制变量法
2.5 5
3.0.3 15
4.C 5.D 6.B
素养日清
7.100 5000
解析:由I=可得,连接短路位置到甲地的两段输电线的电阻值R===100 Ω;已知每1 m输电线的电阻为0.01 Ω,则导线总长度L=×1 m=10000 m;短路位置到甲地的距离s=×L=×10000 m=5000 m。
8.C 9.C
10.解:(1)闭合开关S后,两电阻串联,电压表测R2的电压,电流表的示数为I=0.25 A,根据欧姆定律,则电路的总电阻:
R===24 Ω
由电阻的串联规律可得R2的阻值:
R2=R-R1=24 Ω-8 Ω=16 Ω
(2)电压表测R2的电压,电压表的示数:
U2=IR2=0.25 A×16 Ω=4 V
11.解:(1)当直接用导线将AB连接起来时,闭合开关S,电流表满偏(即0.6 A),此时电路只有电阻R0接入电路,
根据欧姆定律I=得电源电压U的大小:
U=IR0=0.6 A×10 Ω=6 V
(2)电流表半偏(即0.3 A)时,未知电阻与定值电阻R0串联,电流表测量电路中的电流,
根据欧姆定律I=得电路的总电阻:
R总===20 Ω
根据串联电路电阻的规律可知未知电阻Rx的阻值:
Rx=R总-R0=20 Ω-10 Ω=10 Ω。
所以电流表半偏(即0.3 A)对应位置标记的电阻值为10 Ω。15.2 科学探究：欧姆定律（电流的大小与哪些因素有关）
我们在以前的“让小灯泡发光”的实验探究中已发现:慢慢增加电池节数,小灯泡会越来越亮,最后甚至会烧坏;若无限制地调节滑动变阻器也会将小灯泡烧坏。
(1)小灯泡中的电流与小灯泡两端的 和小灯泡的 有关。所以,要科学、合理地调节电灯的亮度,就必须了解电流与 三者之间的关系。
(2)当小灯泡两端的电压一定时,小灯泡的电阻越大,通过的电流越 ;当小灯泡的电阻一定时,小灯泡两端的电压越大,通过小灯泡的电流越 。
【基础堂清】
1.小刚用如图所示电路探究“一段电路中电流跟电阻的关系”。实验过程中,小刚应该保持AB间的 不变,当A、B两点间的电阻由5 Ω更换为10 Ω后,为了完成后续探究,他应该将滑动变阻器的滑片向 移动适当距离。
2.某实验小组利用如图所示电路图探究“电流与电压的关系”,在此实验中,滑动变阻器的作用是保护电路和改变 (选填“电流”“电压”或“电阻”);探究“电流与电阻的关系”的实验电路图与如图所示电路图 ,还需准备的器材是多个阻值 的电阻。(后两空均选填“相同”或“不相同”)
3.小何利用如图所示的电路进行实验。闭合开关S,分别读取电压表、电流表的示数并记录;断开开关S,将电源由1节干电池更换为2节干电池,闭合开关S,分别读取电压表、电流表的示数并记录,发现电流表的示数 。小何探究的电流与 的关系。
4. 小明和同学们在做电学实验过程中,他们经过讨论,依次完成了“探究电流跟电压的关系”三次实验电路的设计,如图甲、乙、丙所示。下列说法正确的是 （ ）
A.图甲改进为图乙:为保证实验过程中电压这一因素不变
B.图丙:移动滑动变阻器目的是保持电阻R两端电压不变
C.图丙:进行实验,眼睛一定要先看电流表,再看电压表
D.图丙:多次实验是为了得到电流跟电压之间的定量关系
5.如图所示,能正确表示通过某定值电阻的电流与它两端电压之间关系的图像是 （ ）
A B C D
【素养日清】
6.小明在探究“电阻一定时,电流与电压关系”的实验中,连接了如图所示的电路,正准备闭合开关,旁边的小兰急忙拦住他,说接线错了且只要改接一根导线就可以。请你帮助小明指出错误的接线以及正确的改法是 （ ）
A.导线①错了,应将导线①左端改接在电压表最右边的接线柱
B.导线②错了,应将导线②上端改接在电流表最右边的接线柱
C.导线③错了,应将导线③上端改接在电压表最左边的接线柱
D.导线④错了,应将导线④上端改接在滑动变阻器左上的接线柱
7.小红同学在“探究通过导体的电流与其两端电压的关系”时,作出了如图所示的图像,下列说法中正确的是 （ ）
A.甲、乙的电阻大小关系:R甲>R乙
B.导体两端的电压为零时,导体的电阻也为零
C.将甲、乙两导体并联接到电压为2 V的电源上,干路中的电流为0.6 A
D.根据图像可得出结论:同一导体两端的电压与通过它的电流成正比
8. 小红利用图甲所示的电路探究电流与电阻的关系。已知电源电压为6 V且保持不变,实验用到的电阻阻值分别为5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω、25 Ω。
(1)实验中多次改变R的阻值,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,得到如图乙所示的电流I随电阻R变化的图像,由图像可得出结论: 。
(2)在上述实验中,某同学在读取完电流表示数后,直接拆下阻值为5 Ω的电阻,改换成阻值为10 Ω的电阻,请你指出他在操作中的错误: 。在读取电流表示数之前,他应进行的操作:向 (选填“左”或“右”)移动滑片,使电压表示数为 V。
(3)若在实验过程中出现电流表示数为0,电压表的示数为6 V,则电路出现的故障可能是 。
(4)小红想将定值电阻换成小灯泡来探究电流与电压的关系,你认为她的实验方案 (选填“可行”或“不可行”),理由是 。
【参考答案】
情境创生
(1)电压 电阻 电压、电阻
(2)小 大
基础堂清
1.电压 右
2.电压 相同 不相同
3.变大 电压
4.D 5.B
素养日清
6.D 7.C
8.(1)电压一定时,电流与电阻成反比
(2)没有断开开关 左 2.5
(3)电阻断路
(4)不可行 灯丝的电阻随温度的变化而变化
