资源简介

(共33张PPT)
14.3 欧姆定律的应用
欧姆定律作为电学的基本规律之一，不仅揭示了电流、电压和电阻之间的定量关系，更在电路分析、故障判断、实际计算和安全用电等方面有着广泛的应用。本节将通过具体实例，深入探讨欧姆定律在实际场景中的应用方法。
一、电路故障分析：利用欧姆定律判断电路问题
在电路连接或使用过程中，难免会出现断路、短路等故障。利用欧姆定律结合电压和电流的测量数据，可以快速准确地判断故障类型和位置。
（一）串联电路故障分析
串联电路中常见的故障有断路和短路两种，可通过电压表和电流表的示数变化进行判断：
断路故障：
若电路中某处断路，整个电路中没有电流（电流表示数为 0）。
此时将电压表并联在断路位置两端，电压表会通过其他用电器与电源连通，示数接近电源电压；若并联在完好的用电器两端，由于没有电流通过，电压表示数为 0。
实例：在由电源、开关、两个串联灯泡组成的电路中，闭合开关后灯泡都不亮，电流表示数为 0。将电压表并联在 L 两端，示数为电源电压；并联在 L 两端，示数为 0。则故障为 L 断路。
短路故障：
若电路中某用电器短路，该用电器相当于一根导线，其两端电压为 0（电压表示数为 0）。
电路中总电阻减小，电流会增大（电流表示数变大），其他用电器两端的电压会升高。
实例：串联电路中，闭合开关后 L 不亮，L 较亮，电流表示数比正常情况大。将电压表并联在 L 两端，示数为 0；并联在 L 两端，示数接近电源电压。则故障为 L 短路。
（二）并联电路故障分析
并联电路中各支路独立工作，故障分析与串联电路有所不同：
支路断路：
某一支路断路时，该支路没有电流（支路电流表示数为 0），但其他支路不受影响，干路电流会减小。
断路支路两端的电压仍等于电源电压（电压表测量时示数为电源电压）。
实例：并联电路中，L 不亮，L 正常发光，干路电流表示数变小。则故障为 L 所在支路断路。
支路短路：
某一支路短路时，电源会被直接短路，导致干路电流极大（可能烧坏电流表和电源），所有支路的电压都为 0，用电器都不工作。
实例：并联电路中，闭合开关后所有灯泡都不亮，电流表指针急剧偏转甚至损坏。则故障为某一支路短路。
二、动态电路分析：电路变化时的物理量计算
动态电路是指由于滑动变阻器滑片移动、开关通断等原因，导致电路结构或电阻发生变化的电路。利用欧姆定律结合串、并联电路的特点，可以分析电路中电流、电压的变化情况。
（一）滑动变阻器滑片移动引起的动态变化
在含有滑动变阻器的电路中，滑片的移动会改变接入电路的电阻，进而影响电路中的电流和电压。分析步骤如下：
确定电路的连接方式（串联或并联）。
分析滑动变阻器接入电路的电阻变化（滑片移动时，电阻是增大还是减小）。
根据串、并联电路电阻的特点，判断总电阻的变化。
根据欧姆定律 \( I = \frac{U}{R} \)，分析总电流的变化（电源电压不变时，总电阻增大，总电流减小；总电阻减小，总电流增大）。
结合串、并联电路电流和电压的特点，分析各用电器两端电压和通过的电流变化。
实例：如图所示，电源电压保持不变，闭合开关 S，将滑动变阻器的滑片 P 向右移动。分析电流表和电压表示数的变化：
电路连接：定值电阻 R 与滑动变阻器串联，电流表测总电流，电压表测定值电阻 R 两端的电压。
电阻变化：滑片 P 向右移动，滑动变阻器接入电路的电阻增大，总电阻 \( R_{\text{ }} = R + R_{\text{ }} \) 增大。
总电流变化：根据 \( I = \frac{U}{R_{\text{ }}} \)，电源电压 U 不变，总电阻增大，总电流 I 减小（电流表示数变小）。
电压变化：定值电阻 R 两端的电压 \( U_R = IR \)，I 减小，R 不变，因此 \( U_R \) 减小（电压表示数变小）；滑动变阻器两端的电压 \( U_{\text{ }} = U - U_R \)，因此 \( U_{\text{ }} \) 增大。
（二）开关通断引起的动态变化
开关的通断会改变电路的连接方式（如串联变并联、支路增加或减少等），从而导致电路中电阻、电流和电压的变化。分析步骤如下：
明确开关通断前后电路的连接方式。
分别计算开关通断前后的总电阻。
根据欧姆定律分析总电流的变化。
分析各用电器两端电压和通过的电流变化。
实例：如图所示，电源电压保持不变，开关 S 断开时，只有 R 接入电路；闭合开关 S 时，R 与 R 并联。分析开关闭合前后电流表示数的变化：
开关断开时：总电阻 \( R_{\text{ 1}} = R_1 \)，总电流 \( I_1 = \frac{U}{R_1} \)（电流表示数为 \( I_1 \)）。
开关闭合时：总电阻 \( \frac{1}{R_{\text{ 2}}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} \)，总电阻 \( R_{\text{ 2}} < R_1 \)，总电流 \( I_2 = \frac{U}{R_{\text{ 2}}} \)（电流表示数为 \( I_2 \)）。
变化结论：因为 \( R_{\text{ 2}} < R_{\text{ 1}} \)，所以 \( I_2 > I_1 \)，开关闭合后电流表示数变大。
三、电学计算：欧姆定律在定量计算中的应用
欧姆定律是解决电学计算问题的核心工具，通过欧姆定律与串、并联电路规律的结合，可以解决各种复杂的电路计算问题。
（一）基本计算类型
单一电阻的计算：已知电阻、电压、电流中的两个量，求第三个量，直接应用欧姆定律及其变形公式。
串联电路计算：结合串联电路电流相等、总电压等于各部分电压之和、总电阻等于各电阻之和的特点，进行电流、电压和电阻的计算。
并联电路计算：结合并联电路电压相等、总电流等于各支路电流之和、总电阻倒数等于各电阻倒数之和的特点，进行电流、电压和电阻的计算。
混联电路计算：对于既有串联又有并联的混联电路，先将电路分解为串联和并联部分，分别计算各部分的电阻、电流和电压，再逐步求解整个电路。
（二）综合计算实例
例题 1：如图所示，电源电压为 12V 且保持不变，R = 10Ω，R = 20Ω，开关 S 闭合后，求：
（1）电路的总电阻；
（2）通过 R 和 R 的电流；
（3）R 和 R 两端的电压。
解析：由图可知，R 与 R 串联。
（1）总电阻 \( R_{\text{ }} = R_1 + R_2 = 10\Omega + 20\Omega = 30\Omega \)。
（2）串联电路中电流处处相等，总电流 \( I = \frac{U}{R_{\text{ }}} = \frac{12V}{30\Omega} = 0.4A \)，因此通过 R 和 R 的电流都是 0.4A。
（3）R 两端的电压 \( U_1 = I R_1 = 0.4A \times 10\Omega = 4V \)；R 两端的电压 \( U_2 = I R_2 = 0.4A \times 20\Omega = 8V \)。
答案：（1）30Ω；（2）0.4A，0.4A；（3）4V，8V。
例题 2：如图所示，电源电压为 6V 且保持不变，R = 15Ω，R = 10Ω，开关 S 闭合后，求：
（1）通过 R 和 R 的电流；
（2）干路电流；
（3）电路的总电阻。
解析：由图可知，R 与 R 并联。
（1）并联电路中各支路电压等于电源电压，即 \( U = U_1 = U_2 = 6V \)。通过 R 的电流 \( I_1 = \frac{U}{R_1} = \frac{6V}{15\Omega} = 0.4A \)；通过 R 的电流 \( I_2 = \frac{U}{R_2} = \frac{6V}{10\Omega} = 0.6A \)。
（2）干路电流 \( I = I_1 + I_2 = 0.4A + 0.6A = 1.0A \)。
（3）总电阻 \( R_{\text{ }} = \frac{U}{I} = \frac{6V}{1.0A} = 6\Omega \)，或根据并联电阻公式 \( R_{\text{ }} = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2} = \frac{15\Omega \times 10\Omega}{15\Omega + 10\Omega} = 6\Omega \)。
答案：（1）0.4A，0.6A；（2）1.0A；（3）6Ω。
四、安全用电：欧姆定律在生活中的实际应用
欧姆定律不仅是电学理论的基础，也为安全用电提供了重要的理论依据。根据欧姆定律 \( I = \frac{U}{R} \)，当电压一定时，电阻越小，电流越大；当电流超过一定限度时，会引发触电事故或损坏电器。
（一）人体安全与欧姆定律
人体是导体，其电阻约为 1000 - 10000Ω（皮肤干燥时电阻较大，潮湿时电阻较小）。根据欧姆定律，当人体接触的电压越高，通过人体的电流就越大；同时，人体电阻越小，通过的电流也越大。
当通过人体的电流为 1mA 左右时，人会有发麻的感觉；
当电流达到 10mA 时，人会感到剧痛，难以摆脱电源；
当电流超过 30mA 时，会危及生命安全。
因此，为了保证安全，人体接触的电压不能过高（一般不高于 36V），这就是 “安全电压” 的由来。
（二）电路保护与欧姆定律
家庭电路中，为了防止电流过大引发火灾等事故，安装了保险丝或空气开关。根据欧姆定律，当电路发生短路或用电器总功率过大时，电路中的总电阻减小，电流会急剧增大。
保险丝由电阻率大、熔点低的铅锑合金制成，当电流过大时，保险丝会因温度升高而熔断，自动切断电路，起到保护作用。
空气开关则是当电流过大时，利用电磁原理或热效应使开关自动断开，切断电路。
根据欧姆定律可以计算出电路允许通过的最大电流，从而选择合适规格的保险丝或空气开关。例如，家庭电路电压为 220V，若保险丝的额定电流为 10A，则电路允许的最大总功率 \( P = UI = 220V \times 10A = 2200W \)，超过此功率会导致保险丝熔断。
五、伏安法测电阻的误差分析：欧姆定律应用的严谨性
伏安法测电阻是欧姆定律的典型应用，但由于电流表和电压表本身存在电阻，测量时会产生一定的误差。分析误差产生的原因，可以帮助我们更准确地进行实验测量。
（一）电流表内接法与外接法
伏安法测电阻有两种基本电路接法：
电流表内接法：电流表串联在电路中，电压表并联在待测电阻和电流表两端。此时电压表测量的是待测电阻和电流表的总电压，测量值 \( U_{\text{ }} = U_R + U_A \) 大于真实值 \( U_R \)，根据 \( R = \frac{U}{I} \)，电阻测量值 \( R_{\text{ }} = \frac{U_{\text{ }}}{I} = R + R_A \) 大于真实值 \( R \)。这种接法适用于待测电阻远大于电流表电阻的情况，可减小误差。
电流表外接法：电压表并联在待测电阻两端，电流表测量的是待测电阻和电压表的总电流。此时电流表测量的电流 \( I_{\text{ }} = I_R + I_V \) 大于真实值 \( I_R \)，根据 \( R = \frac{U}{I} \)，电阻测量值 \( R_{\text{ }} = \frac{U}{I_{\text{ }}} = \frac{R R_V}{R + R_V} \) 小于真实值 \( R \)。这种接法适用于待测电阻远小于电压表电阻的情况，可减小误差。
（二）误差分析与减小方法
误差来源：电流表和电压表的非理想性（存在电阻）是误差产生的主要原因。
减小方法：
根据待测电阻的大小选择合适的接法（大电阻内接，小电阻外接）。
选用内阻极小的电流表和内阻极大的电压表，可减小测量误差。
进行多次测量并求平均值，也可减小偶然误差。
六、课堂练习
在串联电路中，若某用电器发生断路，则电路中电流为______，断路用电器两端电压______电源电压，其他用电器两端电压为______。
电源电压保持不变，将滑动变阻器的滑片向左移动，若滑动变阻器接入电路的电阻减小，则总电阻______，总电流______，与滑动变阻器串联的定值电阻两端电压______（均选填 “增大”“减小” 或 “不变”）。
如图所示，电源电压为 9V，R = 3Ω，R = 6Ω，开关 S 闭合后，串联电路中的电流为______A，R 两端电压为______V，R 两端电压为______V。
如图所示，电源电压为 12V，R = 20Ω，R = 30Ω，开关 S 闭合后，通过 R 的电流为______A，通过 R 的电流为______A，干路电流为______A。
人体的安全电压是不高于______V，当人体电阻为 1000Ω 时，通过人体的安全电流不超过______A。
七、课后作业
一个串联电路中，电源电压为 15V，含有两个电阻，其中一个电阻为 20Ω，通过它的电流为 0.3A，求另一个电阻的阻值和电源电压是否全部加在两个电阻上。
如图所示，电源电压保持不变，R = 10Ω，滑动变阻器 R 的最大阻值为 20Ω。当开关 S 闭合，滑片 P 在最左端时，电流表示数为 0.6A；当滑片 P 在最右端时，电流表示数为多少？R 两端的电压变化了多少？
分析家庭电路中，多个用电器同时工作时，干路电流为什么会增大，为什么不能同时使用多个大功率用电器。
设计一个实验，比较伏安法测电阻时电流表内接法和外接法的误差大小，写出实验方案和预期结论。
某同学用伏安法测量定值电阻的阻值，测量数据如下表所示，计算电阻的测量值并分析产生误差的可能原因。
实验次数
电压 U/V
电流 I/A
电阻 R/Ω
1
2.0
0.20
2
4.0
0.41
3
6.0
0.59
2024沪粤版物理九年级上册
14.3 欧姆定律的应用
第十四章 欧姆定律
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
1.掌握电压表和电流表的使用方法，学会用伏安法测量电阻。
2.知道串联、并联电路中电阻的特点。
1.电流可以用电流表测量，电压可以用电压表测量。那么，用什么方法测量电阻呢？
2.如何运用欧姆定律找到间接测出导体的电阻的方法？
I =
U
R
R=
U
I
观察与思考
实验目的
用电压表、电流表间接测电阻
实验原理
I =
U
R
实验器材
电源、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、小灯泡。
一、测量小灯泡的电阻
观察与思考
实验设计
电路图
实物图
实验步骤
1.调节电流表、电压表的指针到零刻度；按电路图连接实物。调节滑动变阻器到阻值最大端；
2.闭合开关，调节滑动变阻器的滑片至适当位置，分别读出电流表的示数 I、电压表的示数U，并记录在表格中；
3.根据公式 计算出R 的值，并记录在表格中。
4.调节滑动变阻器的滑片改变待测小灯泡的电流及两端的电压，再测几组数据，并计算R 的值。
R=
U
I
注意事项
1.在连接电路前要调节电流表、电压表到零刻度。
2.连接电路时开关要断开，连接完电路要调节滑动变阻器到阻值最大端。
3.连接好电路，在检查电路连接无误后要用开关试触，在确定电路完好后再闭合开关S。
4.电压表和电流表要注意选择适当的量程。
记录数据
实验时，用滑动变阻器调节电路中的电流，从尽可能小的电流逐步调至小灯泡正常发光。用手触摸小灯泡，感受小灯泡的温度变化。同时观察小灯泡的亮度，读出电压表和电流表的示数，并求出电阻值，将实验数据记录在表中。
实验序号 U/V I/A R/Ω 小灯泡亮度
1 不亮
2 灯丝暗红
3 微弱发光
4 正常发光
(1)小灯泡由不亮逐渐变为正常发光，小灯泡灯丝的温度是否在变化
(2)小灯泡灯丝的电阻大小与灯丝的温度高低有什么关系
(3)有同学将记录表中四次测得的电阻的平均值作为小灯泡的电阻，你认为这样做正确吗 为什么
交流与讨论
1. 串联电路中电阻的关系
I
R2
U
A
S
U2
U1
R1
由欧姆定律得
U=IR
由串联电路特点可知
R=R1+R2
I=I1=I 2
U1=I1R1
U2=I2R2
U =U1+U2
IR=I1R1+I2R2
二、串联、并联电路中电阻的特点
串联电路的总电阻等于串联导体的电阻之和。
结论：
＋
＝
串联电路的总电阻比其中任何一个分电阻的阻值都大。电阻串联相当于增加了电阻的长度，所以总电阻大。
归纳与小结
现在我们手边有5 Ω和10 Ω的电阻，能否组合一下得到
15 Ω的电阻呢？
将两个电阻串联便能得到一个15 Ω的电阻。
电路的等效电阻：几个连接起来的电阻起的作用，可以用一个电阻来代替，这个电阻就是几个电阻的等效电阻。
思考
R1
R2
I
I1
I2
由欧姆定律得：
=
=
由并联电路特点可知：
I=I1+I2
U=U1=U2
=
=
或
2. 并联电路中电阻的特点
并联电路的总电阻的倒数，等于各并联导体的电阻的倒数之和。
结论：
并联电阻的总电阻的阻值比其中任何一个支路电阻的阻值都小。电阻并联相当于增加了电阻的横截面积，所以总电阻更小。
归纳与小结
伏安法测电阻
1. [2024·芜湖月考改编]小明同学进行“用电流表和电压表测
量小灯泡发光时的电阻值”实验。实验器材有：两节新的
干电池、电流表、电压表、滑动变阻器、开关一个，正常
发光时的电压为1.5 V的小灯泡、导线若干。
2
3
4
5
6
7
1
(1)如图甲所示，小明同学即将连好最后一根导线A，他的
同组同学制止了他，说小明连接的电路中有一处错误，
这处错误是：连接电路时 。小明根据同
组同学的意见进行了改正并连接好电路。
开关闭合了　
2
3
4
5
6
7
1
(2)闭合开关后，发现电流表无示数，电压表有示数，并接
近电源电压，则故障原因可能是 。
A. 灯泡短路 B. 灯泡断路
C. 滑动变阻器断路
B　
2
3
4
5
6
7
1
实验 次数 电压 U/V 电流 I/A 灯丝电阻 R/Ω 灯丝电阻平
均值/Ω
1 0.5 0.14 3.6 /
2 1.0 0.18 5.6 3 1.5 / / (3)排除故障后，小明闭合开关，边做实验边将数据记录在
下表，数据都正确，请你指出他设计的表格中的错
误： 。
求灯丝电阻平均值　
2
3
4
5
6
7
1
(4)小明第3次实验时，测得该灯泡正常发光时的电流表示
数如图乙所示，则通过灯泡的电流为 A，此时
灯泡电阻值为 Ω。
0.24　
6.25　
2
3
4
5
6
7
1
2. [科学探究]小明和小红同学用如图甲的电路图做“伏安法
测电阻”的实验。
2
3
4
5
6
7
1
(1)该实验的实验原理是 。
(2)开关闭合前，将滑动变阻器的滑片移至阻值
处。
(3)他们前两次测得的电阻分别为5.2 Ω和5.3 Ω。第三次测
量时，电压表和电流表的示数如图乙、丙所示，则该待
测电阻的阻值约为 Ω。(结果保留一位小数)
(4)本实验中多次测量的目的是 。
R＝　
最大　
5.2　
取平均值减小误差　
2
3
4
5
6
7
1
短路的危害
3. [立德树人·注重生命安全]如图所示，如果将灯泡的两端直
接用铜导线连接起来，灯泡 (填“会”或“不
会”)发光，电源会发生 现象，这是由于铜导线
的电阻远小于灯泡的电阻，而电源电压不变，根据公
式 可知，电路中的电流 ，从而损坏电
源，甚至引起火灾。
不会　
短路　
I＝　
很大　
2
3
4
5
6
7
1
4. [2024年1月宿州期末改编]小点在做测量小灯泡电阻实验
时，遇到了这样的问题：连接好电路并闭合开关后，发现
小灯泡不亮，但电流表有示数。则他接下来应进行的操作
是(　D　)
D
A. 更换电源
B. 更换小灯泡
C. 重新连接电路
D. 移动滑动变阻器滑片，观察小灯泡是否发光
2
3
4
5
6
7
1
5. [立德树人·团结协作]在今天的物理课上，学生被分成两大
组，一组做“用伏安法测量小灯泡的电阻”，另一组做
“用伏安法测量定值电阻的阻值”。张老师要求各组通过
实验绘制出定值电阻和小灯泡的U－I图像。甲、乙图是同
学们在处理实验数据时，画出的定值电阻和小灯泡的U－I
图像。以下说法错误的是 。
2
3
4
5
6
7
1
①两个实验都用到了控制变量法
②两次实验多次测量的目的都是使结论具有普遍性
③它们的实验电路在教科书中是相同的
④由图甲可知，定值电阻的阻值为1 Ω
⑤由图甲可知，定值电阻的阻值不随导体两端的电压和导
体中电流的改变而改变
⑥小灯泡的电阻跟灯丝的温度有关
【答案】①②　
2
3
4
5
6
7
1
6. [2022·安徽中考改编]爸爸在超市买了一只手电筒，好奇的
小红打开了手电筒的前盖，发现手电筒的小灯泡上标有
“2.5 V”字样(注：正常发光时的电压为2.5 V)，她想利用
学过的知识测量一下小灯泡正常发光时的电阻，她采用图
甲所示的电路进行实验，电源电压是3 V且保持不变，滑
动变阻器的规格是“10 Ω　1 A”。
2
3
4
5
6
7
1
(1)正确连接电路后，将滑动变阻器的滑片移至电阻值最
大处，闭合开关。要使小灯泡正常发光，应进行的操作
是 。
将滑动变阻器的滑片向左移动，使电压表示数为2.5V　
2
3
4
5
6
7
1
(2)正确完成上述操作后，电流表的示数如图乙所示，
则小灯泡正常发光时的电阻为 Ω。(结果保留
一位小数)
(3)小灯泡正常发光时，因灯丝断路突然熄灭，若其他元件
均完好，则此时电压表的示数 (填“小
于”“等于”或“大于”)2.5 V。
7.8　
大于　
2
3
4
5
6
7
1
(4)在做完“测量小灯泡正常发光时的电阻”实验后，将小
灯泡更换为阻值约为800 Ω的电阻。请你判断：能否使
用该电路测出该电阻的阻值？ (填“能”或
“不能”)，你的理由是
。
不能　
电路中电阻太大，电流过
小，无法用电流表直接测出电路中的电流　
2
3
4
5
6
7
1
7. [科学思维][2023·苏州模拟]伏安法测电阻时由于电流表电
阻不为零，电压表电阻不是无穷大，会带来误差。为此设
计实验，如图所示，单刀双掷开关连通1时电压表和电流
表的示数为U1和I1，连通2时电压表和电流表的示数为U2和
I2，电阻值R＝ Ω。
－　
2
3
4
5
6
7
1
点拨：设电流表电阻为RA，连通2时电压表和电流表的示
数为U2和I2，则RA＝，连通1时电压表和电流表的示数
为U1和I1，即U1＝I1(R＋RA)，则R＝－RA＝－。
2
3
4
5
6
7
1
14.3 欧姆定律的应用
一、测量小灯泡的电阻
实验原理
实验器材
实验步骤
二、串联、并联电路中电阻的特点
串联电路的总电阻等于串联导体的电阻之和。
并联电路的总电阻的倒数，等于各并联导体的电阻的倒数之和。
谢谢观看！

展开更多......

收起↑