高中物理 第二章 恒定電流 第3節(jié) 歐姆定律學(xué)案 新人教版選修3-1

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1、 3　歐姆定律 答案：（1）電流大小?。?）　（3）歐姆（Ω）?。?）千歐（kΩ）　（5）兆歐（MΩ）?。?）正比?。?）反比　（8）I＝?。?）金屬?。?0）電解質(zhì)溶液　（11）電壓U?。?2）電流I?。?3）線性元件?。?4）非線性 1．歐姆定律的實驗探究 （1）實驗?zāi)康模貉芯繉?dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端電壓之間的定量關(guān)系。 （2）實驗原理：用電壓表測導(dǎo)體兩端的電壓，用電流表測導(dǎo)體中的電流，觀察和記錄數(shù)據(jù)，在坐標系中作出U－I圖象進行探究分析，找出規(guī)律，電路圖如圖所示。 （3）實驗結(jié)論： ①同一導(dǎo)體，不管電流怎樣變化，電壓跟電流的比值U/I是一個常量。②對于不同的導(dǎo)

2、體，這個比值U/I不同，在同樣的電壓下，比值U/I大的電流小，比值小的電流大。說明這個比值只與導(dǎo)體自身的性質(zhì)有關(guān)，它反映了導(dǎo)體阻礙電流的性質(zhì)，叫電阻。 （4）電阻 ①定義：導(dǎo)體兩端的電壓與通過導(dǎo)體的電流大小之比叫導(dǎo)體的電阻。用字母“R”表示。 ②公式：R＝。 ③單位：歐姆（Ω），常用單位還有千歐（kΩ）、兆歐（MΩ）。 1 Ω＝10－3 kΩ＝10－6 MΩ。 ④物理意義：反映導(dǎo)體對電流阻礙作用的大小。 【例1】在一次實驗中某同學(xué)用電流表測出了流過導(dǎo)體A的幾組電流，用電壓表測出了導(dǎo)體A兩端對應(yīng)的幾組電壓，通過描點連線得出了A的U－I圖象如圖中A，把導(dǎo)體A改換為導(dǎo)體B，得出了B的U

3、－I圖象如圖中B，以下說法正確的是（　?。? A．對導(dǎo)體A，電流為I1時電阻為R1，電流為I2時電阻為R2，則R1＝R2＝＝ B．導(dǎo)體A的電阻隨電流的增大而增大 C．A的電阻大于B的電阻 D．的值反映了A導(dǎo)體對電流的阻礙作用比B導(dǎo)體的小 解析： 選項 解析 點評 正誤 A 電阻由U、I的比值定義，即R＝＝ ①電阻由比值定義，反映了電阻對電流的阻礙作用； ②從數(shù)學(xué)的角度看，電阻為U－I圖象的斜率，故判斷電阻大小的方法是看斜率 √ B 電阻是一個由導(dǎo)體本身的因素決定的物理量，A的斜率不變，電阻不變 × C 斜率越大，即比值越大，電阻越大 √ D U與I

4、的比值越大，電阻越大，說明電阻對電流的阻礙作用越大 × 答案：AC 2．歐姆定律 （1）內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比，跟導(dǎo)體的電阻R成反比。 （2）公式：I＝U/R。 （3）適用條件：歐姆定律是在金屬導(dǎo)體基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，實驗表明，除金屬導(dǎo)體外，歐姆定律對電解液也適用，但對氣體導(dǎo)體（如日光燈、霓虹燈管中的氣體）和半導(dǎo)體元件并不適用。 談重點?。?）在運用歐姆定律解題時，要注意I、U、R三個物理量的“同體性”和“同時性”，所謂“同體性”是指I、U、R三個物理量必須對應(yīng)于同一段電路；所謂“同時性”是U和I必須是導(dǎo)體上同時刻的電壓、電流值。 （2）用歐姆定律時，由I＝U

5、/R可得兩個變形公式：R＝U/I和U＝IR，它們所反映的物理意義是不同的。I＝U/R表示導(dǎo)體中的電流跟加在導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體自身的電阻成反比。R＝U/I是電阻的定義式，說明了一種量度和測量電阻的方法，并不說明“電阻與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與通過導(dǎo)體的電流成反比”。U＝IR表示在已知導(dǎo)體中的電流和導(dǎo)體的電阻時，可以計算導(dǎo)體兩端的電壓。 （4）公式I＝、I＝及I＝neSv的比較 【例2】若加在某導(dǎo)體兩端的電壓變?yōu)樵瓉淼?/5時，導(dǎo)體中的電流減小了0.4 A。如果所加電壓變?yōu)樵瓉淼?倍，則導(dǎo)體中的電流為多大？ 解析：對歐姆定律理解的角度不同，求解的方法也不相同。本題可以有三種解法

6、： 解法一：依題意和歐姆定律得R＝U0/I0＝，所以I0＝1.0 A，又因為R＝＝，所以I2＝2I0＝2.0 A。 解法二：由R＝＝＝得I0＝1.0 A 又R＝＝，所以I2＝2I0＝2.0 A。 解法三：畫出導(dǎo)體的I－U圖象，如圖所示，設(shè)原來導(dǎo)體兩端的電壓為U0時，導(dǎo)體中的電流為I0。 當(dāng)U＝時，I＝I0－0.4 A 當(dāng)U′＝2U0時，電流為I2。 由圖知（I0－0.4）/U0＝＝0.4/U0＝ 所以I0＝1.0 A，I2＝2I0＝2.0 A。 答案：2.0 A 3．導(dǎo)體的伏安特性曲線 （1）定義：建立平面直角坐標系，用橫軸表示電壓U，縱軸表示電流I，畫出的I－U的關(guān)

7、系圖線叫做導(dǎo)體的伏安特性曲線。伏安特性曲線直接反映了導(dǎo)體中的電流與電壓的關(guān)系。 （2）特點：在I－U圖中，圖線的斜率表示導(dǎo)體電阻的倒數(shù)。即k＝I/U＝1/R。圖線的斜率越大，電阻越小。 在R一定的情況下，I正比于U，所以I－U圖象和U－I圖象都是通過原點的直線，如圖甲、乙所示。I－U圖象中，R1＜R2；U－I圖象中，R1＞R2。 （3）線性元件：金屬導(dǎo)體的伏安特性曲線是過原點的直線，具有這種特性的電學(xué)元件叫做線性元件。 （4）非線性元件：其伏安特性曲線不是直線的導(dǎo)體元件，叫做非線性元件。 如用小燈泡、電壓表、電流表、滑動變阻器、電鍵連成如圖丙所示的電路，改變電壓和電流，畫出小

8、燈泡的伏安特性曲線，如圖丁所示，可以看出圖線不是直線。 【例3】如圖所示的圖線是兩個導(dǎo)體A和B的伏安特性曲線，則它們的電阻之比為RA∶RB＝________；兩個導(dǎo)體中的電流相等（不為零）時，它們兩端的電壓之比為UA∶UB＝________；兩個導(dǎo)體兩端的電壓相等（不為零）時，通過它們的電流之比為IA∶IB＝________。 解析： 答案：1∶3　1∶3　3∶1 4．伏安法測電阻的誤差分析及電路選擇 （1）基本原理：伏安法測電阻的基本原理是歐姆定律R＝，只要測出元件兩端電壓和通過的電流，即可由歐姆定律計算出該元件的阻值。 （2）用伏安法測電阻的電路有兩種：內(nèi)接法和外接

9、法。 兩種電路對比分析如下： 類別 電流表內(nèi)接法 電流表外接法 電路圖 誤差分析 電壓表示數(shù)UV＝UR＋UA＞UR 電流表示數(shù)IA＝IR R測＝＞＝R真 誤差來源于電流表的分壓作用 電壓表示數(shù)UV＝UR 電流表示數(shù)IA＝IR＋IV＞IR R測＝＜＝R真 誤差來源于電壓表的分流作用 兩種電路的選擇條件 R越大，UR越接近UV，R測＝越接近R真＝ 可見，為了減小誤差，該電路適合測大電阻，即R?RA R越小，IR越接近IA，R測＝越接近R真＝ 可見，為了減小誤差，該電路適合測小電阻，即R?RV 5．滑動變阻器兩種接法的比較 滑動變阻器有兩種接法，分別

10、叫做分壓式接法和限流式接法，如圖所示。這兩種接法有以下不同點： （1）連接方式不同： 分壓式接法：滑動變阻器整個電阻接入干路中，將待測電阻接在ab之間，滑片移動，改變的是Rx兩端的電壓。 限流式接法：滑動變阻器的部分電阻接入干路中，將待測電阻與其串聯(lián)，滑片移動，改變滑動變阻器接入電路中的電阻，從而改變電流。 （2）使待測電阻分得電壓范圍不同：分壓式接法可使待測電阻獲得0～U之間的電壓值，限流式接法使待測電阻獲得的是U～U之間的電壓值。在描繪小燈泡的伏安特性曲線中，要求測量小燈泡的電壓數(shù)值較多，且要從零開始，所以只能用滑動變阻器的分壓式接法。 （3）選擇滑動變阻器的阻值不同： 分

11、壓式接法中，一般選擇滑動變阻器的總阻值小于待測電阻；限流式接法中，滑動變阻器的總阻值要與待測電阻差不多大。 【例4】有一個未知電阻R，用圖中甲和乙兩種電路分別對它進行測量，用圖甲電路測量時，兩表讀數(shù)分別為6 V、6 mA，用圖乙電路測量時，兩表讀數(shù)分別為5.9 V、10 mA，則用________圖所示電路測該電阻的阻值誤差較小，測量值Rx＝__________，測量值比真實值偏______（選填“大”或“小”）。（電流表內(nèi)阻很小，約為0.1 Ω，電壓表內(nèi)阻很大，約為3 000 Ω以上） 解析：從兩組讀數(shù)可以看出，電流值有明顯的改變，說明電壓表的分流作用不能忽略，故采用甲圖進行測量誤差

12、較小，此時電阻為Rx＝Ω＝1 kΩ。電阻的真實值應(yīng)為R真＝Rx－RA，所以有Rx＞R真，偏大。 答案：甲　1 kΩ　大 【例5】如圖甲所示為某一熱敏電阻（電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感）的I－U關(guān)系曲線圖。 （1）為了通過測量得到圖甲所示I－U關(guān)系的完整曲線，在圖乙、丙所示兩個電路中應(yīng)選擇的是圖______；簡要說明理由______。（電源的電壓恒為9 V，滑動變阻器的阻值為0～100 Ω） （2）在圖丁所示電路中，電源電壓恒為9 V，電流表讀數(shù)為70 mA，定值電阻R1＝250 Ω。由熱敏電阻的I－U關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為______ V，電阻R2的阻值為___

13、___ Ω。 解析：（1）圖乙加在熱敏電阻兩端的電壓可以從零調(diào)到所需電壓，從而能夠得到完整I－U圖線，故選圖乙。 （2）通過R1的電流為I1＝＝A＝36 mA，通過熱敏電阻的電流I2＝I－I1＝（70－36）mA＝34 mA，由甲圖可知熱敏電阻兩端的電壓為5.2 V，電阻R2＝Ω≈111.8 Ω。 答案：（1）乙　圖乙加在熱敏電阻兩端的電壓可以從零調(diào)到所需電壓?。?）5.2　111.8 6．測繪小燈泡的伏安特性曲線實驗 （1）實驗?zāi)康模簻y繪小燈泡的伏安特性曲線并分析其規(guī)律，學(xué)習(xí)利用圖表和圖象來處理實驗數(shù)據(jù)，體會研究問題的思想方法。 （2）實驗原理： 根據(jù)歐姆定律，

14、電阻兩端的電壓與通過電阻的電流的比值即可求出電阻。用電壓表測量電阻兩端的電壓，電流表測量通過電阻的電流，繪出I－U圖線，即可得到小燈泡的伏安特性曲線。實驗原理圖如圖所示。 （3）實驗器材：電源、小燈泡、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標紙。 （4）實驗步驟 ①確定電流表、電壓表的量程，采用電流表外接法，按圖所示的原理圖連接好實驗電路。 ②把滑動變阻器的滑片調(diào)節(jié)到a端，電路經(jīng)檢查無誤后，閉合開關(guān)S。 ③改變滑動變阻器滑片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U，記入記錄表格內(nèi)，斷開開關(guān)S。 ④在坐標紙上建立一個直角坐標系，縱軸表示電流I，橫軸表示電壓U，用平滑曲線將

15、各數(shù)據(jù)點連接起來，便得到伏安特性曲線。 ⑤拆去實驗線路，整理好實驗器材。 （5）注意事項 ①由于被測小燈泡燈絲電阻較小，因此應(yīng)采用電流表外接法。 ②本實驗要作I－U圖線，需要多測幾組包括零在內(nèi)的電壓、電流值（大約12組），因此變阻器要采用分壓接法。 ③開關(guān)閉合前，滑動變阻器的滑片應(yīng)滑到使燈泡兩端電壓為零的位置，如圖中a端。 ④在增大電壓的過程中，要確保不超過小燈泡的額定電壓。 ⑤在選擇電表的量程時，掌握以下原則：在測量值不超過電表量程的前提下，指針盡量偏轉(zhuǎn)至量程左右。 ⑥測繪I－U（U－I）圖線時要注意三點：一是標度選取合理。即作出的圖象既可以把表中所給的所有點都標注上，同時又

16、要使圖象分布在中央位置上。二是用“·”或“×”標注點。三是用平滑曲線擬合連接各點，誤差較大的點可以舍棄。 【例6】某同學(xué)在做“測繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，得到如下表所示的一組U－I數(shù)據(jù)： 編號 1 2 3 4 5 6 7 8 U/V 0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.20 2.60 3.00 I/A 0.020 0.060 0.100 0.140 0.170 0.190 0.200 0.205 燈泡發(fā)光情況 不亮 微亮 逐漸變亮 正常發(fā)光 （1）試在圖上畫出U－I圖線。 （2）

17、當(dāng)U＜1.40 V時，燈絲電壓與電流成______比，燈絲電阻______；當(dāng)U＞1.40 V時，燈絲的溫度逐漸升高，其電阻隨溫度升高而______。 解析：（1）根據(jù)給出的坐標紙建立坐標，然后描點。用平滑的曲線連接，可以看出當(dāng)U＜1.40 V時，燈泡電壓與電流成正比，燈絲電阻不變；當(dāng)U＞1.40 V時，由U－I圖線可知，圖線斜率逐漸增大，故其電阻隨溫度的升高而增大。 （2）從圖象得到，當(dāng)U＜1.40 V時，圖線斜率基本不變；當(dāng)U＞1.40 V時，圖線斜率逐漸增大，所以燈絲電阻的變化是開始不變后來逐漸增大。 答案：（1）U－I圖線如解析圖所示?。?）正　不變　增大 破疑點?。?）因本實驗要作出I－U圖線，要求測出一組包括零在內(nèi)的電壓、電流值，因此，變阻器要采用分壓接法； （2）本實驗中，因被測小燈泡電阻較小，因此實驗電路必須采用電流表的外接法； （3）對白熾燈泡，當(dāng)電流增大時，燈絲的溫度升高，電阻增大，其I－U圖線不再是線性關(guān)系，但燈泡消耗的電能還是只用于發(fā)熱，仍為純電阻用電器，歐姆定律仍適用；但對于二極管導(dǎo)電，其I－U圖線也是非線性關(guān)系，但歐姆定律卻不再適用。 8