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第1节 电荷与电流
一、摩擦起电
(一)基本原理
(1)物体内有两种不同的带电粒子,带正电的质子和带负电的电子。因为通常情况下两者在数量上相等;正负电荷相互抵消,所以物体没有呈现带电性。
(2)物体之间的摩擦使物体上的电子发生了转移,得到电子的物体带负电,失去电子的物体带正电。
(二)归纳总结
(1)物体之间的摩擦会使一个物体上的电子转移到另一个物体上,得到电子的那个物体就带负电了,另一个失去电子的物体就带等量的正电,这种现象称为摩擦起电。
(2)这些物体所带的电荷叫做静电。
(3)带电物体具有吸引轻小物体的性质。
【能力拓展】接触起电
①概念:带电体和不带电体相互接触后使不带电的物体带电的方法叫接触起电。
②接触起电的实质是一个物体的电子转移到另一个物体上。
③接触起电并没有创造出电荷,只是使电荷在带电物体和不带电物体之间发生了转移。
二、电荷间的相互作用
(一)两种电荷
大量实验事实证明:自然界中只存在两种电荷,正电荷和负电荷。用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电。
(二)探究电荷间的相互作用规律
(1)现象探究
探究过程 现象 说明
两根用丝绸摩擦过的玻璃棒相互靠近 相互排斥 都是用丝绸摩擦过的玻璃棒,两玻璃棒带的电荷一定是相同的
两根用毛皮摩擦过的橡胶棒相互靠近 相互排斥 都是用毛皮摩擦过的橡胶棒,两橡胶棒带的电荷一定是相同的
用丝绸摩擦过的玻璃棒和用毛皮摩擦过的橡胶棒相互靠近 相互吸引 橡胶棒和玻璃棒靠近时相互吸引,说明它们带的电荷不同
(2)归纳总结:同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。
三、电流与电路
(一)电流的形成
接入电路的电源,能使导体内部的电荷产生定向运动,形成持续不断的电流。
(二)电流方向的规定
水在水管中沿着一定的方向流动,水管中就有了水流,同样,电荷的定向运动形成电流,科学上规定,正电荷定向运动的方向为电流的方向,负电荷定向运动的方向与电流方向相反。
金属导体中的自由电子带负电荷,根据电流方向的规定,自由电子实际定向运动方向与金属导体中电流方向相反。电源接入电路时,电流从电源的正极流出,经过导线、用电器,最后流入电源负极。电子从电源的负极流出,流向电源的正极。
(三)电路的组成
电路是指把电源、用电器和开关用导线连接起来组成的电流路径。一个完整的电路应该包括电源、用电器、开关和导线四种电路元件,缺一不可。
(四)电路中各元件的作用
(1)电源:电源是提供电能的装置,电源接入电路中,能使导体内部的电荷产生定向运动形成持续不断的电流,它工作时将其他形式的能量转化为电能。常见的电源有干电池、蓄电池和发电机等。
(2)用电器:用电器是用电来工作的设备,它在工作时将电能转化为其他形式的能。常见的用电器有电灯、电炉、电视机电铃、电冰箱等。
(3)开关:它是用来接通或断开电路,起控制用电器工作的作用。开关闭合,用电器工作;开关断开,用电器不工作。常见的开关有拉线开关、拨动开关、闸刀开关、声控开关等。
(4)导线:导线将电源、用电器、开关连接起来,形成让电荷运动的通路。常用铜、铝制作导线,导线的外壳包层塑料、橡胶等绝缘材料。
(五)电路的三种状态及短路的危害
(1)通路:开关闭合时,电路中会有电流,这样的电路叫通路。这时电路中有电流流过,用电器工作。
(2)开路:断开的电路叫开路,即开关断开,或电路中某一部分断开时,电路中没有电流,用电器不工作,常见造成开路的原因有以下几种:①开关没有闭合;②导线与其他电路元件连接处线头脱落或接触不良;③导线断了;④用电器损坏,比如灯泡灯丝断了。
(3)短路:闭合开关后,导线直接连接在电源的两极上,中间没有用电器,这样的电路叫电源短路,电源短路时电路中电流会很大,会损坏电源,严重时会引发火灾,这是绝对不允许的。
【能力拓展】
电流的形成
①电流可以是正电荷定向运动形成的,也可以是负电荷(例如电子)定向运动形成的,正、负电荷同时向相反方向运动也可以形成电流。
②在金属导体中,做定向运动的是带负电荷的自由电子。
③酸、碱、盐的水溶液中,做定向运动的是阴、阳离子。
短路
①正确理解电源短路
电源短路是绝对不允许的,但是电路在有用电器的情况下形成电源短路对我们的迷惑性很大,实际上不管电路中有几条“电流通道”,只要有一条不经过用电器,而直接用导线连接了电源的“+”“-”极,那么就形成了电源短路。
②局部短路的应用
电路中某一用电器的两端用一根导线连接起来,这种情况称这个用电器被短路,这时只有这个用电器中没有电流通过,这种情况又叫局部短路。局部短路一般不会损坏电源。
电源短路是严格禁止的,但是局部短路有时也应用在生产、生活中, 可以用来控制某一段电路中电流的有无,这是近年来中考考查生活实际应用的一个热点。
四、 电路图
(一)电路元件符号
科学上规定,每个元件都要用一个特定的图形符号来表示
(二)电路图
用元件符号代替实物表示电路的图称为电路图。如图左是实物图,右是与实物图相对应的电路图。
(三)画电路图应注意的事项
(1)完整地反映电路的组成,即要把电源、用电器、导线和开关都画在电路之中,不能遗漏某电路元件。要注意所画符号和实物的对应性,如电路图中电路元件的顺序电源的正负极等必须与实物图一一对应 ,开关的开关状态应注意与实物图一致。
(2)规范地使用元件符号,不能随意乱画。
(3)合理地安排元件符号的位置,应尽可能使元件均匀地分布在电路中,画出的电路图应清楚美观。
(4)平直地描绘连接导线,通常用横平竖直线段代表导线连接,转弯处一般取直角,使电路图画得简洁工整。
(5)画电路图时,一般从电源的正极开始,沿电流的方向依次画出元件符号,并用导线连接起来。
(6)画复杂电路图时,遵循先画一条主电路(最多电器元件的串联电路),再将并联的部分接入主电路的原则,最后进行美观调整。
(7)根据电路图连接实物图时,若电路有分支,可以先将一个支路与电源相连,然后再将另一个支路并列连接在相应点上。实际连接时,可以“抄近路”(连接同-一根导线的两端效果是一样的),以 “节省”导线。
(四)电路的两种基本连接方式
(1)串联电路
①定义:把电路元件逐个顺次连接起来接入电路,这种连接方式叫做串联电路。
②特点:电流路径只有1条。开关控制整个电路,其作用与位置无关。各用电器相互影响。如开关同时控制两盏灯的亮灭。两盏灯相互影响。
(2)并联电路
①定义:把电路元件并列连接起来再接入电路,这种连接方式叫做并联电路。
②特点:电流有两条或两条以上的路径,有干路支路之分。干路上的开关控制整个电路的通断,支路上的开关只能控制它所在支路的通断。各路用电器可独立工作,互不影响。并联用电器的连接点叫做电路的分支点,从电源两极到两个分支点的那部分电路叫干路,干路上的开关s控制整个电路,叫总开关。两个分支点之间的电路叫支路,支路上的开关s控制灯L,开关S,控制灯L。
(五)连接电路时,需注意以下几点
(1)要按照一定顺序连接。
(2)各元件与导线间的连接要牢固。
(3)连接过程中,开关应处于断开状态。
(4)连接电路时,一定要防止用导线把电源两极直接连接起来。
(六)电路设计
设计电路,就是按照要求确定电路中各个元件的位置。其方法是:先将开关和用电器对应地连接起来,要能分析出开关是控制哪个用电器,在电路中起什么作用(是控制干路,还是控制支路)。再将开关和所控制的用电器串联起来,若开关是在干路中,应与电源串联。然后通过分析,判断出用电器之间是串联,还是并联。在分析的基础上,正确画出电路图。作图时,电路元件要用规定的符号画出来。最后,根据题目要求,按照所作出的电路图,逐项检查,看是否合乎要求。
第2节 电流的测量
一、电流强度
(一)定义
导体中电流的大小称为电流强度,简称电流,用字母I表示。
(二)单位
安培,简称安,符号为A。更小的位有毫安( mA)、微安(μA),其换算关系为1安= 103毫安,1毫安= 103微安。
(三)常见用电器的电流值
不同的用电器工作电流是不同的,同一个用电器在不同的工作状态下的电流值也不相同。用电器说明书或铭牌上标注的电流值是指此用电器正常工作时的电流值。
(四)人体与电流
(1)心电图
人体本身大约每秒有一个微弱的脉冲电流传遍心肌,用以触发、控制心跳。这些微电流也会经身体组织传到皮肤。用专门的仪器可以探测到这些电流,将其放大后,可在显示屏上显示,这就是心电图,利用心电图可判断入的心脏是否正常。
(2)测谎仪的工作原理
根据脑电流,可以对入脑的思维或情绪状态进行分析并作出推测或判断。
(3)人体对电流的反应
一般情况下,能引起入感觉的最小电流约为1毫安,当通过入体的电流达到10毫安以上时,人就有生命危险,故用电时要注意安全。
【能力拓展】
电流是指单位时间内通过导线某一截面的电荷的多少,公式表示为I=Q/t
二、电流的测量
(一)认识电流表
作用 电流表是测量电路中电流大小的仪表
实物图
电路图符号
量程和分度值 电流表有三个接线柱,“-”表示负接线柱,两个“+”接线柱(注意不是“+”极和“-”极)使用“0.6”和“-”两个接线柱时,它的量程是0~0.6安,最大可测0.6安的电流,每个大格为0.2安,每个小格为0.02安,即分度值为0.02安;用“3”和“-”两个接线柱时,量程是0~3安,最大可测3安的电流,每个大格为1安,每个小格为0.1安,即分度值为0.1安。同一刻度线,大量程数值是小量程数值的5倍
(二)电流表的使用规范
(1)使用时按照“不超”“从小”原则选择合适量程。“不超”指被测电流不要超过电流表的量程(允许测量的最大电流),“从小”指在“不超”的前提下尽量使用小量程,比如电流大小只有0.4 安,虽然两个量程都没超,要实行“从小”原则,选择0 ~ 0.6安量程,以使测量结果更准确。在不能预先估计被测电流大小的情况下,应采用“选择最大量程试触”的方法来选择合适量程。
(2)电流表必须和被测的用电器串联,不允许将电流表和用电器并联。
(3)电流表接入电路中时,应使电流从电流表的“+”接线柱流入,从“-”接线柱流出。
(4)绝对不允许不经用电器把电流表直接接到电源两极上,否则会烧坏电流表,也会损坏电源。
(三)电流表的读数
首先明确电流表选用的量程(可由接线柱的连接情况确定)是0-0.6安,还是0-3安。然后根据量程确定电流表的分度值,当选用0-0.6安时,每个小格就是0.02安;选用0-3安时,每个小格就是0.1安。量后观察指针偏转的大格数和小格数。
①判断电流表测的是哪个用电器的电流,首先要明确它与哪个用电器串联。比如在并联电路中,要仔细辨别电流表与哪个用电器串联,与哪个用电器串联就测通过该用电器的电流大小。若电流表接在干路上,则电流表测电路的总电流。
②判断电流表在电路中连接是否正确,要看是否符合电流表的使用规则。一般要做到四项检查:A.电路是否发生短路;B.电流表在电路中是否串联;C.接线柱是否正确;D.选择量程是否合适。
【能力拓展】
正确理解电流表的使用
①与使用其他的测量工具相同,使用电流表前首先要校零(即使指针对准表头刻度盘的零刻度线),同时明确电流表的量程和分度值。
②电流表要串联在被测电路中,因为电流表实质上相当于一根导线,若将电流表并联在被测电路两端,则电流表会使被测电路短路,容易将电流表烧坏,损坏电源。电流要从电流表的“+”接线柱流入,从“-”接线柱流出。如果正、负接线柱接反,则电流表的指针就会反向偏转,容易造成指针碰弯或损坏电流表。
③被测电流不能超过电流表的量程。电流表的量程是指允许通过电流表的电流值的范围。若能预先估计被测电流大小,根据估计的电流大小,选择合适量程。若不能估计被测电流的大小,可采用最大量程“试触法”选择合适的量程。试触时,闭合开关,用线头快速试触电流表的最大量程的接线柱,观察指针偏转的范围,如果超过大量程,应迅速断开开关,换用更大量程的电流表;如果指针偏转的范围小于大量程而大于小量程,应选用大量程;如果小于小量程,应选用小量程。
三、串、并联电路的电流特点
(一)探究串联电路的电流特点
提出问题:串联电路中,电流有什么样的特点
实验猜想:①A点的电流可能最大,然后依次减小,B点小些,C点最小,即Ia>Ib>Ic ;②由于电流只有一条路径,A、B、C三点的电流应该相等,即Ia=Ib=Ic
设计并进行实验:
(1)电路图如图示。
(2)实验器材:两节干电池(或学生电源)、两只小灯泡、一个开关、电流表、导线若干。
(3)按电路图连接电路,用电流表分别测出A、B、C三点的电流大小,实验数据记录在表格中。
(4)换用不同的灯泡进行实验,将实验数据记录在表格中。
实验结论:分析上表,得出的结论是串联电路中各处的电流相等,即Ia=Ib=Ic
(二)探究并联电路的电流特点
提出问题:并联电路中,电流有什么样的特点
实验猜想:(1)并联电路中,干路电流I大于各支路电流,即Ic>Ib,Ic>Ia
(2)并联电路中,干路电流I等于各支路电流之和,即Ic=Ib+Ic
设计并进行实验:
(1)电路图如图所示。
(2)实验器材:两节干电池(或学生电源)两只不同规格的小灯泡、一个开关、 电流表、导线若干。
(3)连接电路,用电流表分别测出A、B、C三点的电流大小,实验数据记录在表格中。
(4)换用不同规格的小灯泡进行实验,将实验数据记录在表格中。
实验结论:分析上表,得出的结论是并联电路中,干路电流等于各支路电流之和,即Ic=Ib+Ic
【能力拓展】
①连接电路时,开关应断开。
②电流表应串联在被测电路中。
③应从电源正极(或负极)起按电路图将元件逐个首尾顺次连接起来。
④要注意电流表量程的选择,若不能估计被测电流的大小,要采用“试触”的方法来选择合适的量程。首先要用电流表的大量程试触,若发现电流表指针反向偏转,则应对调正、负接线柱;若超过量程,则要更换更大量程的电流表;若偏转角度过小,则应改用小量程。
⑤读数时要客观、准确,视线与刻度线垂直,读数完毕,断开开关,切断电源,整理好仪器。
⑥实验时,要更换规格不同的小灯泡进行多次实验,这样可以避免偶然性,使结论具有普遍性。
第3节 物质的导电性与电阻
一、 物质的导电能力
(一)导体、绝缘体的含义
(1)导体:容易导电的物质叫做导体。常见的导体有各种金属、石墨(碳)、入体、大地、酸碱盐的水溶液等。
(2)绝缘体:不容易导电的物质叫做绝缘体。常见的绝缘体有橡胶、玻璃、瓷、塑料、干木材、油和干燥的空气等。
记住几种特别物体:水银是一种金属,通常是液体,也是导体;食盐固体、烧碱固体不是水溶液,不是导体。
(二)导体和绝缘体之间没有绝对的界限
它们之间没有明显的界限。导体和绝缘体不是绝对的,有些绝缘体在条件改变时可能会变成导体。例如,常温下玻璃是绝缘体,当烧到红炽状态时可以导电,干木头在潮湿的情况下可以导电,空气在闪电作用下可以导电,纯水地维V在掺有杂质的情况下也可以导电等。导体的表面被氧化或腐蚀后,导电能力下降,甚至不导电,所以电路的关键部位必须采取防腐蚀措施。
(三)导体容易导电和绝缘体不容易导电的原因
有些物质是由分子构成的,分子是由原子构成的,原子又是由原子核和绕核高速运动的电子构成的。电子带负电,原子核带正电。
金属是由原子构成的,在金属导体中存在着大量可自由移动的电子;在酸碱、盐的水溶液中存在着可自由移动的电荷,称为正、负离子;在绝缘体中,几乎没有能自由移动的电子。
由此可见,导体容易导电,是因为导体中有大量的可自由移动的电荷,绝缘体不容易导电,是因为绝缘体中几乎没有能自由移动的电子。
(四)半导体
导电能力介于导体与绝缘体之间的一类物质叫做半导体。常见的半导体材料是硅和锗,半导体主要应用于电子工业。
二、电阻
不同的水管水流大小不同,说明水管对水流有阻碍作用,不同水管的阻碍作用不同。类比到电流,电荷在导体中定向移动时,导体对电流也会有一定的阻碍作用,且不同材料的导体对电流的阻碍作用不同。为了描述物体导电能力的强弱,我们引入了电阻这一物理量。
(一)概念
电阻表示导体对电流的阻碍作用。
(1)在科学中,用电阻来表示导体对电流的阻碍作用的大小,导体的电阻越大,表示导体对电流的阻碍作用越强,导体的导电能力越弱。
(2)导体的电阻由导体自身情况决定,不管这个导体是否连入电路,是否有电流通过,导体对电流的阻碍作用(即电阻)总是存在的。只是无电流通过时,这种阻碍作用没有体现出来而已。
(3)绝缘体的电阻非常大,电流不容易通过;导体的电阻小,电流容易通过。
(二)符号
用R表示导体的电阻,在电路图中的符号是“”。
(三)单位
在国际单位制中,电阻的单位是欧姆,简称欧,符号是Ω。
常用的单位还有千欧、兆欧,它们的换算关系是:1兆欧= 103千欧,1千欧= 103欧
三、 影响电阻大小的因素
我们从生活经验中知道,输电线越长,输电线耗电量越大;高压输电线很粗,而实验室中做电学实验用的导线却很细;导线一般都使用铜铝制成,而用其他金属制成导线的情况却很少。那么,影响电阻大小的因素有哪些呢 我们可以这样来猜想:①导体的横截面积可能会影响电阻的大小;②导体的长度可能会影响电阻的大小:③导体的材料种类可能会影响电阻的大小。
我们可以通过控制变量法来逐个研究影响电阻的因素。依据控制变量法研究导体电阻与某一因素的关系时,要控制其他因素不变。
(一)探究导体的电阻与长度的关系
设计思路:探究导体的电阻与长度的关系时,要控制导体的材料和横截面积相同,选用不同长度的导体接入之间,观察灯的亮度以及电流表的示数。
现象分析:当接入导体甲(1米)时,灯的亮度较暗,电流表的示数较小,说明甲的电阻较大;当接入导体乙(0.5米)时,灯的亮度较亮,电流表的示数较大,说明乙的电阻较小。由此说明导体的电阻大小与长度有关。探究结论:材料、横截面积相同的导体,长度越长,电阻越大。
(二)探究导体的电阻与横截面积的关系
设计思路:探究导体的电阻与横截面积的关系时,要控制导体的材料和长度相同,选用横截面积不同的导体接入,观察灯的亮度以及电流表的示数。
现象分析:当接入较细的导体甲(0.5毫米2)时,灯的亮度较暗,电流表的示数较小,说明甲的电阻较大;当接入较粗的导体乙(1毫米2)时,灯的亮度较亮,电流表的示数较大,说明乙的电阻较小。由此说明导体的电阻大小与横截面积有关。
探究结论:材料、长度相同的导体,横截面积越小,电阻越大。
(三)探究导体的电阻与材料的关系
设计思路:探究导体的电阻与材料的关系时,要控制导体的横截面积和长度相同,选用不同材料的导体接入,观察灯的亮度以及电流表的示数。
现象分析:当接入甲材料(镍铬合金)制成的导体时,灯的亮度较暗,电流表的示数较小,说明甲的电阻较大;当接入乙材料(铜)制成的导体时,灯的亮度较亮,电流表的示数较大,说明乙的电阻较小。由此说明导体的电阻大小与材料有关。
探究结论:横截面积、长度相同,而材料不同的导体,导体电阻的大小不同。
(四)探究导体的电阻与温度的关系
设计思路:探究导体电阻与温度的关系时,应控制导体的材料、横截面积和长度相同。通过改变同一导体的温度,利用电流表的示数来比较电阻的大小。
实验步骤:按图示连接电路,闭合开关,记录电流表的示数;给金属导体AB加热半分钟,再闭合开关,记录电流表的示数,观察灯的亮度。分析与论证:加热前,电流表的示数较大,灯的亮度较亮;加热后,电流表的示数变小,灯的亮度变暗,说明金属导体的电阻与温度有关。
实验结论:导体的电阻大小与温度有关。
各种材料的电阻
其他条件相同时,不同材料的电阻值是不同的,在同样的条件下,银、铜的电阻很小,电木、橡胶的电阻很大。一般常用铜来做导体,用电木、橡胶来做绝缘体。
人体电阻的平均值是1 000~ 2 000欧。不同的入或一个入在不同情况下的电阻值是不同的。气温高或入体出汗时,入体的电阻值较小;气温低空气干燥时,入体的电阻值较大。
【能力拓展】
①实验过程中要控制电源电压不变。
②实验中,通过比较电流表示数的大小来判断电阻的大小,这是运用了转换法。
③实验中还应用了控制变量法。在设计实验和叙述结论时,都要注意控制变量法的运用。如在探究导体电阻的大小是否与导体的横截面积有关后,得出的结论是:在导体的材料、长度相同时,导体的横截面积越大,电阻越小;如果说成“导体的横截面积越大,电阻越小”是不正确的,因为没有控制其他因素相同。
第4节 变阻器
一、 变阻器的应用
在生活、生产和实验中,常常要改变电路中电流的大小,如通过改变电流来控制电动汽车的行车速度,调节收音机的音量,调节台灯的灯泡亮度等。电路中电流大小的改变可以通过改变电阻的大小来实现。
(一)电阻器
(1)概念:生产、生活和实验研究中,用到的具有一定阻值的元件叫电阻器,也称为电阻。
(2)作用:控制电路中的电流大小。
(二)变阻器
(1)概念:可以改变电阻值的电阻器。
(2)作用:改变电路中的电流大小。
(3)应用:①改变音响设备发出声音的品质;②改变收音机和电视机等的音量;③改变电动汽车的行车速度。
二、滑动变阻器
(一)原理
靠改变接入电路的电阻丝的有效长度来改变电阻大小。
(二)作用
调节滑动变阻器滑片可以逐渐改变连入电路的电阻,从而逐渐改变电路中的电流。
(三)构造
滑动变阻器是由绝缘体瓷筒、线圈、金属棒、滑片、上下接线柱等元件组成。套在瓷筒上的线圈由表面涂了绝缘漆的电阻丝绕成,它的两头分别与两个下接线柱相连,套在金属棒上的滑片可在金属棒上滑动,并与线圈紧密接触,线圈上能接触滑片的地方,绝缘漆已被刮去。
结构示意图和符号
滑动变阻器的结构示意图和电路图中的符号如图所示。
滑动变阻器的连接方式
①滑动变阻器接入电路的接线柱必须“一上一下”;
②有效电阻的长度取决于下面接入电路的接线柱到滑片P的距离,滑片P到下面接线柱的长度越长,电阻越大,滑片P到下面接线柱的长度越短,电阻越小,可简记为“近小远大”。
使用滑动变阻器应注意以下四点
(1)要了解所使用滑动变阻器的阻值范围和允许通过的最大电流。如一个变阻器上标有“50欧 1安”字样,表示此滑动变阻器的最大阻值是50欧,允许通过的最大电流是1安。使用时要根据需要对滑动变阻器进行选择,不能使通过的电流超过最大电流值。
(2)滑动变阻器接入电路的两个接线柱必须是“一上一下”。 不能同时使用上面两个接线柱( R = 0),也不能同时使用下面两个接线柱( R为定值,即最大阻值),这样就起不到改变电路的电阻的作用。
(3)为了保护电路,在通电前应将滑片置于阻值最大处,即离所选下接线柱最远的一端。
(4)滑动变阻器要与被控制的用电器串联。
旋钮型变阻器的工作原理
通过改变接入电路的电阻丝的有效长度来改变电阻的大小。连接实际电路时,要注意是哪两个接线柱接入了电路,旋钮触片是顺时针旋转还是逆时针旋转,然后判断电阻的变化。
【能力拓展】
(一)判断滑动变阻器接入电路的阻值变化,具体可按以下步骤:
①仔细观察滑动变阻器在电路中接法,是否“一上一下”,特别要关注“一下”在滑动变阻器的哪一端。
②确认滑动变阻器的有效接入长度,也就是“一下”到滑片P的长度。
③根据滑片位置的变化,判断有效电阻丝长度变化,从而判断接在电路中的滑动变阻器电阻大小的变化。
④根据变阻器的有效长度的变化,判断电流的大小变化情况。有效电阻丝变长,电流变小,有效电阻丝变短,电流变大。
(二)滑动变阻器的电阻丝一般是由熔点高、电阻大的镍铬合金制成的,受温度影响小,阻值稳定。在长度和粗细都相同的情况下,镍铬合金丝的电阻大,这样在移动滑片改变相同的长度时,镍铬合金丝的阻值会有明显的变化,达到明显改变电阻的目的,而若用其他材料制作,则达不到明显改变电阻的目的。
第5节 电压的测量
一、 电压
(一)电压的作用
(1)电压是使自由电荷定向移动形成电流的原因。电压可给电流提供推动作用。
(2)用水流理解电流的形成,用类比法理解电压。
(二)电源的作用:电源是提供电压的装置,如干电池、蓄电池、发电机等。
(三)电压的单位
国际上通常用字母U表示电压,电压的单位是伏特,简称伏,符号是V。其单位还有千伏(kV )、毫伏(mV)和微伏(μV)。它们的换算关系为1千伏=1000伏,1伏=1000毫伏,1毫伏= 1000微伏
(四)常见的电压值
(1)一节普通干电池的电压U= 1.5伏;
(2)一节蓄电池的电压U=2伏;
(3)家庭照明电路的电压U= 220伏:
(4)一般情况下,对人体的安全电压不高于36伏( U≤36伏)。
二、电压的测量
(一)认识电压表
(1)作用:测量电路两端电压的大小。
(2)符号:
(3)量程:常用的电压表有三个接线柱(“-”“3”和“15”),两个量程(0~ 3伏和0~ 15伏)。
(4)读数方法:
①确认所用电压表的量程。
②确认刻度盘上每个大格和每个小格表示的电压值。如图使用的量程为0~3伏,每一大格表示的电压值为1伏,每一小格表示的电压值为0.1伏。
③由指针所指的大格和小格的位置,读出电压表的示数。
(二)电压表的使用规则
(1)首先要调零,明确电压表的量程和最小刻度。
(2)正确选择电压表的量程,被测电压不要超过所选量程。
(3)电压表要并联在被测电路两端。
(4)把电压表的“+”接线柱接在与电源正极相连的那端,“-”接线柱接在与电源负极相连的那端。
(5)电压表可直接连到电源的正、负极上测量电源电压(电压表电阻极大,此处相当于开路)。
(三)电压表与电流表的比较
电压表 电流表
用途 测量电路两端的电压 测量电路中的电流
符号
连接方法 并联在被测电路的两端 串联在被测电路中
与电源相接 能够直接并联在电源两极上 绝对不允许不经过用电器直接连到电源两极上
相同点 使用前要调节指针指在零刻线处,弄清量程、最小刻度值;使用时都要选择合适的量程,都要待指针稳定后再读数;不能估计出电流值或电压值时可用试触法判断是否超过量程
三、串、并联电路的电压特点
(一)串联电路电压的关系
串联电路两端的总电压等于各串联导体两端的电压之和。表达式:U=U1+U2+...+Un。
(二)并联电路电压的关系
并联电路中,各支路两端电压都相等。表达式:U=U1=U2=...=Un
(三)实验过程中注意的事项
(1)连接实物电路时,一定要对照电路图,可从电源的正极出发,依次经过开关小灯泡,最后回到电源的负极;电压表最后并联到所测电路的两端。(先串后并)
(2)连接实物电路过程中,开关一定要处于断开状态,原因是防止电路连接错误,造成电路短路而烧坏电源或用电器。每次连接完电路,一定要检查无误后,再闭合开关。
(3)实验中,每次读数后,应及时断开开关。
(4)实验中的2个小灯泡应选取规格不同的,否则会得出串联电路中U1=U2这一错误结论。
(5)对于需要分析实验数据而得出结论的实验,可以先将需要测量的物理量罗列出来,然后设计一个表格,把实验中测出的数据填人表格,并试着将它们分别相加相减相乘或相除等以找出这些数据之间的关系。(6)为了验证探究结论的普遍性,可进行多次实验,其目的是选取多组数据,从而分析归纳,得出一个普遍的规律。如本实验中还可多次改变电源电压或换用规格不同的小灯泡。
4.6 电流与电压、电阻的关系
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)。
4.7 电路分析与应用
1、电路中并联的电灯(或其他用电器)过多,电源输出的电流过大,会引起电源超载而损坏电源,或导线过热而发生火灾。
2、并联电路中,某条支路上的电阻越小,则该条支路上的电流越大。
3、串联电路中:通过各电阻的电流相等;总电压等于各个电阻两端电压之和;总电阻等于各用电器电阻之和。
4、并联电路:总电流等于各支路的电流之和;各电阻上的电压相等(总电压与各支路电压相等);总电阻的倒数等各支路电阻的倒数之和。
电 流 电 压 电 阻
串联电路 I=I1=I2=…=In U总=U1+U2+…+Un R=R1+R2+…+Rn
并联电路 I=I1+I2+…+In U总=U1=U2=…=Un 1/R=1/R1+1/R2+…+1/Rn
◆要点1 串联电路的特点
(1)在串联电路中,各处电流都相等,即I=I1=I2=I3=……In。
(2)串联电路的总电压等于各部分电路两端的电压之和,即U=U1+U2+U3+……Un。
(3)在串联电路中,总电阻等于各串联电阻之和,R=R1+R2+R3+……Rn。
注意:在串联电路中,总电阻比任何一个导体的电阻都大,这是因为电阻串联相当于增大了导体的长度。当其中一个电阻增大时,总电阻也增大。
◆要点2 串联电阻的分压作用
(1)如图所示,两电阻R1和R2串联,两端电压分别为U1与U2,根据欧姆定律及串联电路的电流特点,有U1/R1=U2/R2,即串联电路中各电阻分得的电压与电阻阻值成正比,电阻越大,分得的电压越大。
(2)若电路中的总电压大于用电器正常工作的电压,可以在电路中串联一个电阻分去多余的电压来保护用电器。
◆要点3 并联电路的特点
(1)在并联电路中,干路的电流等于各支路的电流之和,即I=I1+I2+I3+……In。
(2)并联电路各支路两端的电压相等,即U=U1=U2=U3=……Un。
注意:在并联电路中,总电阻比任何一个导体的电阻都小,这是因为电阻并联相当于增大了导体的横截面积。当其中一个电阻增大时,总电阻也增大。
◆要点4 并联电阻的分流作用
(1)如图所示,两电阻R1和R2并联,通过它们的电流分别为Ⅰ1和I2,根据欧姆定律和并联电路的电压特点,有ⅠR1=IR2,从而I1∶I2=R2∶R1,即并联电路中各支路的电流与其电阻成反比,电阻越大,该支路电流越小。
(2)若电路中总电流大于用电器所允许通过的最大电流,可在电路中并联一个电阻分去多余的电流以保护用电器。
浙教版科学八年级上册第四章《电路探秘》知识梳理
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