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第二节　科学探究:欧姆定律
第1课时　电流与电压、电阻的关系
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.使学生会同时使用电压表和电流表测量一段导体两端的电压和通过其中的电流。
2.通过实验认识电流、电压和电阻的关系。
3.会观察、收集实验中的数据并对数据进行分析。
重点:电流与电压、电阻的关系。
难点:电流与电压、电阻的关系的实验探究。
【新课导入】
情境导入
1.开灯时,我们常常看到这样的现象:傍晚灯的亮度较暗,深夜灯的亮度较亮,这是为什么
2.演示:出示调光台灯的开关,并转动旋钮,让学生观察台灯的亮度变化。
3.提出问题:灯泡逐渐变亮(或变暗),说明了通过灯泡的电流是怎样变化的 是如何实现的
问题导入
实验演示,观察现象。
1.灯泡两端分别接入一节和两节干电池,观察灯泡的亮度。
2.电压相同时,串联入一个电阻,观察灯泡的亮度。
那么,电流的大小与哪些因素有关呢
【课堂探究】
1.探究通过导体的电流与电压、电阻的关系
(1)猜想与假设
①电压是产生电流的原因,升高电压,电流将如何变化 　变大　。
②电阻对电流有阻碍作用,若增大导体的电阻,通过导体的电流将如何变化 　变小　。
(2)实验设计
怎样来研究电压和电阻对电流的影响 应用什么方法 如何控制变量 　要研究电流与电压的关系,要控制电阻不变;要研究电流与电阻的关系,要控制电压不变　。
2.电流跟电压的关系
(1)猜想假设
在电阻一定时,电压越高,电路中的电流越　大　。
(2)设计实验
①控制变量法:保持　电阻　不变,调节　滑动变阻器　改变　电压大小　,探究流经定值电阻两端的电流和电压的关系。
②实验器材:电源、开关、导线、定值电阻、　滑动变阻器　、　电流表　、　电压表　。
③实验电路图如图所示
(重要知识)滑动变阻器的作用
a.　保护电路　;
b.　改变定值电阻两端的电压　。
④设计实验数据记录表格:
实验次数 电阻R/Ω 电压U/V 电流I/A
1
2
3
(3)分小组实验探究
①按电路图连接电路,在连接电路时开关应该　断开　。
②在闭合开关前,应使滑动变阻器连入电路中的电阻值调到　阻值最大　处。
③根据实验过程填写表格并作出电流跟电压的关系图像。
④结论:保持　电阻　不变时,电流跟电压成　正　比。
3.电流跟电阻的关系
(1)猜想假设
在电压相同时,电阻越大,电路中的电流越　小　。
(2)设计实验
①更换定值电阻,调节　滑动变阻器　保持　电压　不变,用电流表测出通过不同阻值定律电阻的电流值,研究电流跟电阻的关系。
②实验器材:电源、开关、导线、　不同阻值的定值电阻　、　滑动变阻器　、　电流表　、　电压表　。
③实验电路图如图所示
④设计实验数据记录表格:
实验次数 电压U/V 电阻R/Ω 电流I/A
1
2
3
(3)分小组实验探究
①根据实验过程填写表格并作出电流跟电阻的关系图像。
②本实验中滑动变阻器的作用是　保护电路　;　使不同电阻两端电压保持相同　。
③结论:保持　电压　不变时,电流跟电阻成　反　比。
1.(多选题)下列关于电流、电压、电阻的说法中,正确的是(ABC)
A.相同的电压加在阻值不同的导体两端,电流一定不同
B.用不同的电阻研究电流和电压的关系,得到的结论都一样
C.同一电阻,它两端电压越大,通过它的电流也越大
D.当加在某电阻两端的电压改变时,该电阻两端的电压与电流的比值也随着改变
2.
某同学在探究“电流跟电压、电阻的关系”时,根据收集到的数据画出了其中的一个图像(如图所示)。下列结论与图像相符的是(C)
A.电阻一定时,电流随着电压的增大而增大
B.电阻一定时,电压随着电流的增大而增大
C.电压一定时,电流随着电阻的增大而减小
D.电压一定时,电阻随着电流的增大而减小
3.
用如图所示的电路研究电流跟电压、电阻的关系,实验时,分保持电阻不变和保持电压不变两步进行,在保持电阻不变这一步中实验要求(D)
A.保持电路中的电流不变
B.保持电阻R两端的电压不变
C.保持滑动变阻器R'的滑片位置不变
D.保持电阻R的电阻值不变,调节R'的滑片到不同的适当位置
4.小明在探究“通过导体的电流跟电压的关系”的实验中,根据实验目的设计出实验电路图,并按电路图连接实验器材如图(甲)所示。
(1)电路中有一根导线未连接,请在图(甲)中以笔画线代替导线,将电路连接完整。
(2)连接电路过程中,开关应处于　断开　状态,闭合开关前应将滑动变阻器滑片调至阻值最　大　的位置。
(3)实验中要控制　电阻　不变,通过调节滑动变阻器改变定值电阻两端的　电压　。
(4)实验过程中电流表和电压表的示数记录如表:
序号 电压表示数U/V 电流表示数I/A
1 1.4 0.14
2 2.2 0.22
3 2.8
表中空白处的电流值如图(乙)所示,该值为　0.28　A。
(5)分析实验数据可得出结论:当电阻一定时,　通过导体的电流与其两端的电压成正比　。
答案:(1)如图所示
5.在“探究电流与电阻关系”的实验中。
(1)如图所示,甲为　电流表　,乙为　电压表　。(均选填“电流表”或“电压表”)
(2)某同学在连接完最后一根导线后就发现电压表和电流表出现了示数,出现这种现象的原因是　在连接电路时开关处于闭合状态　(填一种原因即可)。
(3)为达到实验目的,实验过程中应控制不变的量是　电压　。具体操作是　移动滑动变阻器滑片　,同时观察　电压表　的示数。
(4)小明同学得到的数据如表一所示。分析表中数据,可以得出结论:　电阻两端的电压一定时,通过电阻的电流与电阻的大小成反比　。
表一
电阻R/Ω 5 10 15
电流I/A 0.3 0.15 0.10
(5)小红在做此实验时,每次只是更换电阻,测得相应的电流值如表二所示,根据表中数据,她无法得到与小明相同的结论,其原因是　没有控制电阻两端电压相等　。
表二
电阻R/Ω 5 10 15
电流I/A 0.3 0.2 0.15
　　
欧姆轶事
1.灵巧的手艺是从事科学实验之本
欧姆的家境十分困难,但从小受到良好的熏陶,父亲是个技术熟练的锁匠,还爱好数学和哲学。父亲对他的技术启蒙,使欧姆养成了动手的好习惯,他心灵手巧,做什么都像样。物理是一门实验学科,如果只会动脑不会动手,那么就好像是用一条腿走路,走不快也走不远。欧姆要不是有这一手好手艺,木工、车工、钳工样样都能来一手,那么他是不可能获得如此成就的。
在进行电流随电压变化的实验中,正是欧姆巧妙地利用电流的磁效应,自己动手制成了电流扭秤,用它来测量电流强度,才取得了较精确的结果。
2.乌云和尘埃遮不住科学真理之光
1827年,欧姆发表《伽伐尼电路 :数学论述》,从理论上论证了欧姆定律,欧姆原以为研究成果一定会受到学术界的承认并会请他去讲课。可是他想错了。书的出版招来不少讽刺和诋毁,大学教授们看不起他这个中学教师。德国人鲍尔攻击他说:“以虔诚的眼光看待世界的人不要去读这本书,因为它纯粹是不可置信的欺骗,它的唯一目的是要亵渎自然的尊严。”这一切使欧姆十分伤心,他在给朋友的信中写道:“伽伐尼电路的诞生已经给我带来了巨大的痛苦,我真抱怨它生不逢时,因为深居朝廷的人学识浅薄,他们不能理解它的母亲的真实感情。”
当然也有不少人为欧姆打抱不平,发表欧姆论文的《化学和物理杂志》主编施韦格(即电流计发明者)写信给欧姆说:“请您相信,在乌云和尘埃后面的真理之光最终会透射出来,并含笑驱散它们。”欧姆辞去了在科隆的职务,又去当了几年私人教师,直到七、八年之后,随着研究电路工作的进展,人们逐渐认识到欧姆定律的重要性,欧姆本人的声誉也大大提高。1841年英国皇家学会授予他科普利奖章,1842年被聘为国外会员,1845年被接纳为巴伐利亚科学院院士。为纪念他,电阻的单位“欧姆”,以他的姓氏命名。
第2课时　欧姆定律及其应用
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.理解欧姆定律,记住欧姆定律的公式。
2.能利用欧姆定律进行简单的计算。
重点:理解欧姆定律。
难点:利用欧姆定律进行简单的计算。
【新课导入】
复习导入
同学们一定还记得我们在上节课中的探究实验,各组的探究结论,可以再讲讲吗
学生回答:在电阻一定时,导体中的电流跟导体两端的电压成正比。
在导体两端的电压一定时,导体中的电流跟导体的电阻成反比。
情境导入
欧姆是德国著名的物理学家,他对科学的痴迷程度让人十分钦佩。一次,他走在大街上,但脑子里还是想着一道没有解决的数学题目。这时一辆马车从他身边驶过,他却将遮挡车棚的黑色帘子当成黑板,他快步赶上,想在“黑板”上验算题目,遗憾的是“黑板”跑得太快了,欧姆还没有将题目写在上面,“黑板”就离他远去,欧姆这种执着的精神是不是感动到你了呢 今天我们将学习欧姆带给我们的经典规律——欧姆定律。
【课堂探究】
1.欧姆定律
通过上一节的实验探究,同学们能得出电流与电压和电阻存在怎样的定量关系
(1)欧姆定律内容
　一段导体中的电流,跟加在这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比　。
(2)公式:I=
思考:
①数量关系
a.对同一导体,加在导体两端的电压增大为原来的几倍,导体中的电流将如何变化 　电流也增大为原来的几倍　。
b.在电压一定时,导体的电阻增大为原来的几倍时,导体中的电流将如何变化 　导体中的电流减小为原来的几分之一　。
②同一性与同时性
a.欧姆定律中“通过”的电流I,两端的电压U,及“导体”的电阻R,是对　同一个导体　而言的。
b.在同一段电路上,由于开关的闭合或断开以及滑动变阻器滑片位置的移动,都会引起电路的变化,从而导致电路中电流、电压和电阻的变化。公式I=中的三个量是对　同一时刻　而言的。
2.欧姆定律的应用
(1)应用一
已知电压、电阻,求电流,公式:　I=　。
(2)应用二
已知电阻、电流,求电压,公式:　U=IR　。
(3)应用三
已知电流、电压,求电阻,公式:　R=　。
【例1】
如图所示,电源两端电压为18 V并保持不变,电阻R1的阻值为24 Ω。当开关S闭合时,电压表示数为6 V。求:
(1)此时电路中的电流。
(2)电阻R2的阻值。
解析:(1)根据串联电路电压关系U=U1+U2可得
U1=U-U2=18 V-6 V=12 V,
根据欧姆定律及串联电路电流关系可得
I===0.5 A。
(2)根据欧姆定律I=可得
R2===12 Ω。
答案:(1)0.5 A　(2)12 Ω
【例2】
如图所示,电源电压保持不变,电阻R1=20 Ω,闭合开关S后,电流表A的示数为0.6 A,电流表A1的示数为0.2 A。求:
(1)R1两端的电压。
(2)R2的阻值。
解析:(1)根据欧姆定律I=可得
U1=I1R1=0.2 A×20 Ω=4 V。
(2)根据并联电路电压、电流关系可得
U2=U1=4 V,
I2=I-I1=0.6 A-0.2 A=0.4 A,
根据欧姆定律I=可得
R2===10 Ω。
答案:(1)4 V　(2)10 Ω
1.对于欧姆定律的理解,下列说法正确的是(C)
A.所有的电路的电流都可以用欧姆定律进行计算
B.导体电阻与导体两端电压成正比,与通过导体的电流成反比
C.导体的电阻与导体两端电压和通过导体的电流无关
D.导体两端电压为零,导体电阻也为零
2.在一段定值电阻的两端加一可变电压U,以下说法中正确的是(B)
A.由R=可知,R与U成正比
B.不管U如何变化,U与I的比值不变
C.由I=可知,I与U成反比
D.由R=可知,R与U成反比
3.一段导体,若在其两端加上6 V电压,导体中的电流为1 A,当所加电压为10 V时,该导体的电阻为(C)
A.10 Ω B.4 Ω C.6 Ω D.1 Ω
4.当加在人体两端电压为36 V时,通过人体的电流接近30 mA,如果通电时间较长就会有生命危险。据此可以推知人体电阻约　1 200　Ω。
5.有两个定值电阻,已知R1∶R2=1∶2,串联时R1,R2两端电压之比为　1∶2　,通过R1,R2的电流之比为　1∶1　;并联时通过R1,R2的电流之比为　2∶1　,R1,R2两端电压之比为　1∶1　。
6.电阻R1,R2串联,电源电压是10 V,R1两端电压为 8 V,R1为10 Ω。则通过R1的电流等于　0.8　A,R2等于　2.5　Ω。
7.关于电阻A,B的IU图像。由图像可知,电阻较大的是　B　(选填“A”或“B”)。若将A,B两电阻串联后电路中电流为0.3 A,则A,B两电阻两端总电压为　4.5　V,若将A,B两电阻并联后接在电压为2 V的电源两端,则并联电路干路中的电流是　0.6　A。
8.如图所示电路,电源电压不变。电阻R1的阻值为5 Ω,闭合开关S,电阻R1两端的电压为3 V,电阻R2两端的电压为6 V。求:
(1)电源电压。
(2)电路中的电流。
解析:(1)由电路图可知,R1与R2串联;因串联电路两端电压等于各部分电压之和,所以电源电压为U=U1+U2=3 V+6 V=9 V。
(2)通过电阻R1的电流I1===0.6 A;因串联电路中电流处处相等,所以电路中的电流为I=I1=0.6 A。
答案:(1)9 V　(2)0.6 A
　　
　　欧姆定律可以用水力学类比来描述。测量单位为帕斯卡的水压,可以类比为电压。在一根水管里,由于任意两点之间的水压差会造成水流,水的流速(单位是升每秒)可以类比为电流(单位是库仑每秒)。“流量限制器”是安装于水管与水管之间控制流量的阀门,可以类比为电阻器。通过“流量限制器”的水流流量,跟“流量限制器”两端的水压成正比,类似地,通过电阻器的电荷流量(电流),跟电阻器两端的电压成正比。这正是欧姆定律的论述。

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