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15.2 科学探究：欧姆定律
知识点1:电流的大小与哪些因素有关
1.实验探究
提出问题：电流与电压、电阻到底会有怎样的关系？
猜想与假设：
电压越大，电流就越大。
电流可能与电压是成正比关系。
电阻越大，电流就越小。
电流可能与电阻是成反比关系。
设计实验与制定计划：
探究I与U的关系，就要保持导体的电阻不变；探究电流与电阻的关系，就要保持电阻两端的电压不变。这种研究方法叫控制变量法，今天咱就用控制变量法先探究I与U、I与R的关系。
进行实验与收集证据：
（一）探究电流与电压的关系
1.画出实验电路图，如图所示。
2.选用5Ω的定值电阻，根据电路图连接实物图，在连接实物图的过程中，开关应该处于断开状态，滑动变阻器的滑片置于阻值最大处。
3.闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，分别测出4组电压值和电流值，并将测量结果填入表一。
表一：
R=5Ω 电压U/V 1 2 3 4
电流I/A 0.2 0.4 0.6 0.8
绘制图像
用横坐标表示电压，纵坐标表示电流，根据表一中电压与电流的对应数据，在坐标系中描点，然后将各点平滑地连接起来，就能得到U-I图像。
分析数据，得出结论：
在电阻一定的情况下，通过导体的电流与导体两端的电压成 关系。
答案：正比
（二）探究电流与电阻的关系
1.仍然利用刚才连接的电路，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数是2V时，记下电流表的示数，把测量结果填入表格；
2.把5Ω的电阻取下，再分别把10Ω、15Ω、20Ω的电阻接入电路，分别测得电压是2V时的电流表的示数，把测量结果填入表二。
表二：
U=2V 电阻R/Ω 5 10 15 20
电流I/A 0.4 0.2 0.13 0.1
绘制图像
用横坐标表示电阻，纵坐标表示电流，根据表二中电阻与电流的对应数据，在坐标系中描点，然后将各点平滑地连接起来，就能得到R-I图像。
分析与论证
在电压一定的情况下，导体中的电流与导体的电阻成 关系。
答案：反比
2.规律总结
保持电阻不变时，电流跟电压成 关系；
保持电压不变时，电流跟电阻成 关系。
答案：正比 反比
3.知识拓展
（1）寻找电流I、电阻R、电压U的关系，要用数据分析法。即分析数据时，要对数据进行比较、运算，如加、减、乘、或除等。如，两个量的比值等于一个常数，我们就说电流与电压成正比；I1R1=I2R2=常数，两个量的乘积等于一个常数，我们就说电流与电阻成反比。
（2）不能说电阻一定时，电压与电流成正比。这里存在着一个逻辑关系问题。物理量之间存在着一定的因果关系，电压是因，电流是果，是因为导体两端加了电压，导体中才有电流，不是因为导体中有了电流，导体两端才有了电压，因果关系不能颠倒。
不能说电压一定时，电阻与电流成反比。我们知道，电阻是导体本身的一种性质，即使导体中没有电流，导体也会有电阻，导体不会因为通过它的电流的改变而使导体的电阻发生改变。
例1 如图，在探究“通过导体中的电流与电阻之间关系”的实验中，当我们将电阻由5Ω换成10Ω后，接下来的操作正确的是（　　）
A.将变阻器滑片P向左移动，保持电压表示数不变
B.将变阻器滑片P向左移动，保持电流表示数不变
C.将变阻器滑片P向右移动，保持电压表示数不变
D.将变阻器滑片P向右移动，保持电流表示数不变
解析：探究电流与电阻的关系要保持电压不变，B、D错误；当电阻由5Ω换成10Ω后，电路中的电流减小，变阻器两端的电压减小，电压表的示数增大，应将变阻器滑片P向右移动，使电路中的电流减小、电压表的示数减小到和原来一样，A错误，C正确。
答案：C
跟踪训练
1.最先研究电流与电压、电阻并得出三者之间关系的科学家是（ ）
A.欧姆 B.伽利略 C.牛顿 D.奥斯特
2.图中，能正确描述电阻一定时，电流随电压变化的图像是（ ）
3.某一导体，两端加4.5V电压时，通过它的电流为0.15A，它的电阻为 Ω；当其两端电压为0V时，它的电阻是 Ω．
知识点2：欧姆定律
1.规律总结
（1）内容：一段导体中的电流，跟加在这段导体两端的电压成 ，跟这段导体的电阻成 。
（2）公式： ，变形式： 和 。
（3）实质：反映了一段导体中的电流跟电压和电阻之间的 关系。
（4）使用条件：I、U、R是指 中的电流、电压和电阻。
5.应用：欧姆定律公式明确了三个量之间的关系，在一段电路中，只要知道了I、U、R中的任意两个量，就可以根据欧姆定律算出第三个量。
例1 ，
例2 ，
答案：（1）正比 反比 （2） U=IR （3）定量 （4）同一段电路
例1 解：。
答：通过该熨斗电热丝的电流约为2.3A。
例2 解：。
答：此电热器的电阻约为48.9Ω。
2.知识拓展
（1）电流表自身的电阻很小，如果把电流表直接接到电源两极，通过电流表的电流很大，会烧坏电流表。电压表自身的电阻很大。
（2）对于，导体的电阻在数值上等于导体两端的电压跟通过导体电流的比值。不能认为“电阻跟电压成正比，跟电流成反比”。因为电阻的大小只与导体的材料、长度、横截面积和温度有关，而与电流、电压无关。
例2 在某一温度下，连接在电路中的两段导体A和B中的电流与其两端电压的关系如图所示．由图中信息可知（　　）
A.A导体的电阻为10Ω
B.B导体的电阻为10Ω
C.A导体两端电压为3V时，通过A导体的电流为0.3A
D.B导体两端电压为3V时，通过B导体的电流为0.6A
解析：电流和电压的图像为一条过原点的直线，可知电流和电压成正比，电阻 ，，A错误，B正确。当电压为3V 时，通过A导体的电流为0.6A，通过B导体的电流为0.3A。
答案：B
跟踪训练
4.一个阻值为20Ω的电阻，测得通过它的电流为5A，那么此时加在这个电阻两端的电压是（　　）
A.4V B.10V C. 0.25V D.100V
5.由欧姆定律公式可知（ ）
A.同一导体两端的电压跟通过导体的电流成反比
B.导体两端的电压为零时，因为没有电流通过，所以导体电阻为零
C.导体中的电流越大，导体的电阻就越小
D.导体电阻的大小，可以用它两端的电压与通过它的电流的比值来表示
6.在研究电路问题时，使用的电源电压为3V，学生实验使用的常规电流表电阻为0.3Ω，若将电流表和电源直接相连，则通过电流表的电流为_______A，这样操作的后果是 ．
跟踪训练 参考答案
1.A
2.A
3.30 30
4.D
5.D
6.10 电流表会被烧坏

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