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第26讲 电路和欧姆定律
要点自主回扣
1.实验表明;在电阻一定时,通过导体的电流跟导体两端的电压成正比;在电压不变时,通过导体的电流跟导体的电阻成反比。
2.欧姆定律的内容为: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。其数学表达式为:I=。公式中的I、U、R的单位必须分别是安培、伏特、欧姆。
3.用电压表测出灯泡两端的电压,用电流表测出此时通过灯泡的电流,根据公式R=U/I,就可以计算出灯泡的电阻值。这种用电压表和电流表测定电阻的方法叫做伏安法。
4.把几个导体串联后,相当于增加了导体的长度,因而总电阻比串联前的任一电阻都大。把几个导体并联后,相当于增加了导体的横截面积,因而总电阻比并联前的任一电阻都小。
5.在测量小灯泡的电阻时,使用滑动变阻器的目的是改变流过电路中的电流,同时改变灯泡两端的电压,这样就可以测出几组数据,求出灯泡电阻的平均值,以减小误差。
6.电路发生短路时,由于电路中的电阻很小,据欧姆定律I=U/R,电压不变时,通过的电流会很大,这样容易损坏电源,甚至还会引起火灾,因此短路是不允许的。
典型例题精析
【例l】(2009·杭州中考)小施学校的教学楼有东、南、西、北四扇大门,放学后要求都要将门关上。平时传达室的蒋师傅住在南门,每天都要跑三个地方检查门是否关上,非常辛苦。小施学了电学后为减轻蒋师傅的工作量,设计了一电路图,即三个门中只要有门没关好(相当于一个开关断开),则代表该扇门的指示灯就会发光。下列电路图中符合要求的是
A B
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C D
【精析】选A。本题主要考查串联和并联电路的基本特点。通常情况,当开关与用电器串联时,开关闭合用电器工作;当开关与用电器并联时,开关闭合用电器短路,停止工作。
【变式训练】(2009·平原中考)小轿车的仪表盘上,有一个显示汽车车门关闭状况的指示灯。只要四个车门中有一个没关闭(此时装在车门上的电路开关处于断开),指示灯就发光提醒。下面四个电路中,能体现该装置工作原理的是 ( )
【例2】(2009·湖州中考)小明观察了市场上自动测高仪后,设计了以下四个电路(其中R′是滑动变阻器,R是定值电阻,电源两极间电压恒定)。其中能实现身高越高,电压表示数越大的电路是
【精析】选B。解决电路问题,首先要分析电流的路径,判断是串联还是并联电路(这时可以把电压表去掉,把电流表看做导线),然后判断电表是测哪个电阻的。A图中电压表串联在干路中,所以电路断路,电压表示数始终是电源电压;C图中电压表是测电源电压,示数不变;B图中电压表测滑动变阻器的电压,身高越高变阻器R7的电阻越大。根据串联电路中电压与电阻成正比,可得电阻越大电压表示数越大;D图中电压表测电阻R两端的电压,身高越高变阻器R′的电阻越大。根据串联电路起分压作用,可得电压表示数越小。
【变式训练】(2009·福州中考)如图所示是童童设计的压力传感器的原理图,其中弹簧上端和滑动变阻器的滑片P固定在一起,AB间有可收缩的导线,R1为定值电阻。当闭合开关S,压力F增大时,电流表与电压表示数变化情况是 ( )
A.电流表示数变大,电压表示数变小
B.电流表示数变小,电压表示数变大
C.电流表、电压表示数都变大
D.电流表、电压表示数都变小
重点难点指引
1.在遇到含电流表、电压表和滑动变阻器的较复杂的电路时,应从以下三步入手:
(1)突破电表的障碍。分析电路时,可以将电流表当做一根导线,把电压表看成开路。
(2)突破滑动变阻器的障碍。熟练掌握滑动变阻器正确连人电路的方法“一上一下”以及电阻变化规律“近小远大”即可,从而使电路得到简化,以便更清楚地判断电路的结构。
(3)正确把握电流表、电压表的使用和读数方法。
2.欧姆定律的理解和应用
(1)通过探究实验得出欧姆定律,主要采用了控制变量法。具体讲:先控制电阻一定,改变导体两端的电压,探究电流与电压的关系;然后控制电压一定,改变导体的电阻,探究电流与电阻的关系。
(2)要特别注意定律叙述中两处出现“这段导体”。公式I=U/R所反映的是“同一导体”的I、U、R三个量在“同一时间”的关系,即I、U、R的“同一性”和“同时性”。
3.动态电路
动态电路是近几年填空题考查的难点,主要包括:滑动变阻器滑片P的位置变化或电键的断开或闭合引起的串联电路、并联电路中电学物理量的变化。
解动态电路题的关键是电路的识别。我们可以把电流表简化成导线,将电压表简化成断开的电键或干脆拿掉。把闭合的电键看成导线,把被局部短路的用电器拿掉;把电键断开的支路去掉,来简化电路,并画出电路图。
4.电路故障分析
电路故障分析题是初中科学学习过程中的一个难点,对学生的分析、推理能力都有较高的要求,故障电路题亦是近几年来中考命题的热点问题,通常以填空题或选择题的形式出现,一般只考查两个用电器的电路,而且只发生一处故障的情况。电路故障只有两种:短路和断路。对于两个用电器的电路只有两种可能:串联和并联。
(1)如果是串联电路发生故障,一般应先根据电流判断是断路还是短路,再根据电压判断是何处发生断路或短路。可以用以下方法判断:
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(2)如果是并联电路发生故障,初中科学只考断路(短路会导致电源短路,一般不考),有两种可能:一般电流减小或用电器不工作的支路就是断路的位置。
通过以上分析可以得到,对于电路故障分析题,如果题目中所给的是一个复杂电路,先要进行电路简化,看清是串联电路还是并联电路,分清各电表测量的对象,然后再根据各电学物理量的变化情况,分析、判断出故障的原因。
专题综合检测
一、选择题(本题有10小题,每小题4分。共40分)
1. 下列四个电路图中与实物图相对应的是 ( )
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2. 分析复杂电路时,为了将电路简化,通常先把电路中的电流表和电压表进行理想化处理,
正确的处理方式是 ( )
A.把电流表看成是一个大电阻
B.把电压表看成是一根导线
C.把电流表看成是断开的
D.把电压表看成是断开的
3. 如图表示了通过某导体的电流与其两端电压的关系。由图中信息可知 ( )
A导体的电阻为6欧
B.导体的电阻为1.5欧
C.导体的电阻随导体两端电压的增大而增大
D.导体两端电压为0时,导体的电阻也为0
4.某同学在探究“电阻上的电流跟两端电压的关系”时,发现通过电阻a、b的电流随电压变
化情况如图所示,则下列结论与图像相符的是 ( )
A.电阻一定时,电流随着电压的增大而减小
B.电压相同时,阻值大的电阻通过的电流大
C.电流相同时,阻值小的电阻两端的电压大
D.两电阻阻值的关系是Ra>Rb
5.某校兴趣小组同学想探究“一段电路中的电流跟电阻的关系”,设计了如图所示
电路图。在此探究实验过程中,当R的阻值由5Ω更换为10 Ω后,为了探究上述问题,你认为应该采取的操作是 ( )
A.闭合开关,读出电流表的读数
B.闭合开关,将变阻器的滑片适当向右移
C.改变电压表、电流表的量程
D.闭合开关,将变阻器的滑片适当向左移
6. 如图所示,R是磁敏电阻,它的阻值能随周围磁场的增强而增大。闭合开关S,当磁敏
电阻R周围的磁场增强时 ( )
A.电流表示数变小
B.电压表示数变小
C.灯L变亮
D.电路总功率变大
7. 如图所示电路中,电源电压不变,滑动变阻器上标有“2 A 20Ω”
字样。以下四个图像中,能正确表示当开关S闭合后,通过小灯泡L的电流I与滑动变阻 器连入电路的电阻R的关系的是 ( )
A B C D
8. 在如图所示的电路中,电源电压不变。闭合开关后,滑动变阻器的滑片P向右
端滑动时 ( )
A.电流表示数减小,电压表示数减小
B.电流表示数不变,电压表示数不变
C.电流表示数增大,电压表示数减小
D.电流表示数减小,电压表示数增大
9.如图所示电路,电流表的量程较大,闭合开关时,发现电流表指针
几乎没有偏转。某同学拿一根导线去查找电路故障,他将导线并接在bc、cd、ed两端时,电流表指针没有发生偏转;将导线并接在ab两端时,发现电流表指针发生了偏转,由此可知电路故障可能是 ( )
A.e点断路 B.R1断路
C.电流表短路 D.R2断路
10.如图所示,设电源电压保持不变,R0=10Ω。当闭合开关S,滑动
变阻器的滑片P在中点c时,电流表的示数为0.3 A,移动滑片P至b端时,电流表的示数为0.2 A则电源电压U,与滑动变阻器的最大阻值R分别为 ( )
A.U=3 V,R=5Ω B.U=6V,R=20Ω
C.U=6 V,R=10Ω D.U=3V,R=15Ω
二、非选择题(本题有9小题,共60分)
11.(4分)如图所示电路中,当 闭合时,L1、L2并联;当 闭
合时,电路会发生短路,损 坏电源。
12.(4分)如图所示是一把既能吹冷风, 又能吹热风的电吹风的简化
电路,图 中A是吹风机,B是电热丝。将插头插入插座,若只闭合开关Sl,电吹风吹出的是 风;若将开关Sl、S2都闭合,电吹风吹出的是 风。(填“热”或“冷”)
13.(8分)去年暑假小科同学去外地旅游时发现两个现象:
(1)在公交车上,她发现在后门的两侧扶手上,各装有一个按钮(如图甲所示,相当于一个开关),想要下车的乘客只要按下任何一个按钮,装在驾驶台上的电铃都会发声,提醒司机有乘客需要下车;
(2)火车的车厢后面有两间厕所,只有当两间厕所的门都关上时(每扇门的插销相当于一个开关),车厢中的指示牌内的指示灯才会发光,指示牌就会显示“厕所有人”字样,如图乙所示,提醒旅客两间厕所内都有人。
这里面的电路是怎样设计的 请你帮小科把图中的各元件符号连接成符合要求的电路
图。
14.(4分)如图所示,电源电压保持不变,滑动变阻器的最大阻值
R0=20Ω,当只闭合开关Sl,滑片P置于最左端a时,电流表示数为0.2 A;当开关Sl、S2均闭合,滑片P置于最右端b时,电流表示数为0.6 A,则定值电阻R1= Ω,电源电压U= V。
15.(4分)给你一只标有“10Ω 0.3 A”的定值电阻和一只标有
“30Ω 0.6 A”的滑动变阻器,在保证所有电路元件安全的前提下,若串联接入电路,则电路中允许通过的最大电流为 A,它们两端允许加的最大电压为 V。
16.(4分)某同学在做“用电压表、电流表测电阻”的实验中,能按要求正确连接电路。实
验时,该同学能正确测量和读数,但在忙乱中没有把测量数据记录在表中,而写在草稿纸上,如图所示。请你帮他把实验数据整理好,并按要求填写在表中。由表格数据可计算得待测电阻的阻值为 欧。
实验 1 2 3
电压/V
电流/A
17.(8分)张林同学设计了一个风速仪,图甲是它的原理示意图。定值电阻R0=10Ω,R1是压
力传感器(其电阻值会随所受压力大小变化而变化,变化关系如图乙),电源电压恒为3V,电流表的量程为0 A~O.6 A,风压板是一块长方形的轻质塑料板,它的面积为0.4m2。表是风速与风压的关系。
甲 乙
风级 名称 风速(m/s) 风压(Pa)
0 无风 0~O.2 0~O.025
1 软风 0.3~1.5 0.056~0.14
2 轻风 1.6~3.3 0.16~6.8
3 微风 3.4~5.4 7~l8
4 和风 5.5~7.9 19~39
5 清劲风 8.O~10.7 40~72
6 强风 10.8~13.8 73~119
(1)在电路中连入R0的目的是 。
(2)闭合开关后电流表的读数为0.15 A,风压板上所受到的压力是多少 此时的风速为
多少
(3)你认为此风速仪存在的不足之处是
(写出一点即可)。
18.(12分)小明想探究某电阻的阻值Rt与温度t的关系,设计了如图所示的电路。其中,
定值电阻R0=20欧,电源电压U=3伏。他把该电阻放在不同的温度下做实验,得到了不同温度下该电阻的阻值(如下表)。
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温度t(℃) O 10 20 30 40
电阻阻值冠Rt (欧) 20 25 30 35 40
(1)由表中数据得出,该电阻的阻值Rt与温度t的数学关系式为 。
(2)通过计算说明,当温度为0℃时,小明观察到实验中电压表的示数为多少伏
(3)在实验过程中,小明发现:温度较高时,随温度的上升,电压表示数变化不明显。经
检查,电路连接正常,各元件没有损坏。你认为小明发现的情况可能是什么原因造成的
19.(12分)如图l所示电路是在环境温度为10℃左右的条件下工作的某自动恒温箱原理简图。
箱内电阻R1=5 kΩ,R2为热敏电阻,其阻值随温度变化的图线如图2所示,电源电压为12 V。当电压鉴别器的两接入点a、b问的电压Uab小于2 V时,鉴别器将使开关S接通,使恒温箱内的电热丝通电而发热,从而使箱内温度升高;当U≥大于4 V时,鉴别器将使S断开,停止加热。
图l
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图2
(1)从图2中读出环境温度为l5℃时的热敏电阻R2为 kΩ。
(2)通过计算判定该恒温箱内的温度将保持在怎样的范围。
(3)若想使此恒温箱内的温度变化范围在第(2)问的基础上降低一些,在鉴别器功能和热敏
电阻不变的条件下,可采取怎样的措施
答案
典型例题精析
【例l】【变式训练】D
【例2】【变式训练】B
专题综合检测
1. C
2. 【解析】选D。由于电流表的电阻很小,所以可以看成一根导线;电压表的电阻很大,
可以看成是断开的。
3. 【解析】选A。电阻是导体的一种特性,是由导体自身的长度、横截面积和材料决定的,
与导体两端的电压和流过导体的电流无关,故C、D错。根据图可得,当电压是3.0 V时,电流I等于0.5 A,所以电阻等于6Ω。
4. D
5. 【解析】选B。探究“一段电路中的电流跟电阻的关系”时,要保持R两端的电压不变。
由于在串联电路中,电压的分配与电阻成正比,当R的阻值由5Ω更换为10Ω后,若R′的滑片不动,则R两端的电压会升高,因此,只有将R′的滑片适当向右移,才能将R两端的电压重新降回原来的数值。
6. 【解析】选A。本题主要考查并联电路的特点。当磁敏电阻R周围的磁场增强时,R的
阻值变大,两端的电压不变,根据欧姆定律I=U/R,则通过R的电流变小。根据并联电路的特点I总=IR+IL,知电流表示数变小。
7. D
8. 【解析】选B。本题主要考查电路的识别。由于电压表的电阻很大,可以看成断路,所
以在判断电路时,可以把电压表去掉;而电流表的电阻很小,可以看成导线。这样我们很容易判断出R1、R2是并联的,电流表测尺。中的电流,电压表测电源电压,也是R1、R2两端的电压。
9. B
10.【解析】选B。电路中不变的量,主要是电源电压和定值电阻两个,要充分利用这两个
量。当P在C点时可得,U=I2(R0+Rac),U=I1(R0+R/2);当P在b点时U=I2(R-+R)。代人数据可得R=20Ω,U=6 V。
11.Sl、S3 S2、S3
12.冷热
13.
14.10 6
15.【解析】本题不能把定值电阻能承受的最大电压3 V和滑动变阻器能承受的最大电压18
V相加作为它们能承受的最大电压。因为定值电阻和滑动变阻器是串联的,它们中电流应该相等。所以应该用U=I1(Rl+R2)=0.3 A×(10Ω+30Ω)=12 V。
答案:0.3 12
16.4.93
实验 1 2 3
电压/V 1.5 3 4.5
电流/A 0.32 0.60 0.88
17.(1)防止电路发生短路
(2)R=U/I=3V/0.15 A=20Ω
R1=R-R2=20Ω-lOΩ=lOΩ,查图得F=16 N
p=F/S=16 N/0.4 m2=40 Pa
查表得风速可υ =8 m/s
(3)风速达到一定值后,电流表示数不再变大,无法显示风速大小(或“当风速太小时,
电流表示数不明显,风速仪精确度不够”)
18.【解析】(1)Rt=20+0.5t
(2)当t=0℃时,Rt=20欧
根据欧姆定律I=U/R=U/(R0+Rt)= HYPERLINK " http://www.21cnjy.com" EMBED Equation.3 =0.075安
定值电阻上的电压U0=IR0=0.075安×20欧=l.5伏
(3)当温度较高时,该电阻阻值较大,定值电阻阻值相对于该电阻过小,导致电压表示
数变化不明显。
答案:(1)R。一20+0.5t(2)1.5伏
(3)见解析
19.【解析】(1)25
(2)当尺。两端的电压小于2 V开始加热时,R2两端的电压为
U2=12 V-2 V=10 V
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由图中可查得此时的环境温度为l5℃,此即恒温箱的最低温度;
当R1两端的电压大于4 V停止加热时,R2两端的电压为l2 V一4 V=8 V
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由图中可查得此时的环境温度为50℃,此即恒温箱的最高温度;
所以此恒温箱的温度将保持在15℃~50℃的范围。
(3)可增加R1的电阻值或增大电源的电压。
答案:(1)25(2)15℃~50℃
(3)可增加R,的阻值或增大电源的电压
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