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第十六章 探究电路
第二节 探究：电流与电压、电阻的关系（案例一）
预习清单
1.探究导体中的电流跟导体两端电压的关系:
(1)猜想:由于______是形成电流的原因,说明电流的大小与______有关。
(2)探究方法:__________法。为了研究电阻中的电流跟电压的关系,我们应控制______一定,通过在电路中串联一个____________来调节导体两端的电压。
(3)结论:电阻一定时,导体中的电流跟导体两端的电压成______。
电压
电压
控制变量
电阻
滑动变阻器
正比
预习清单
2.探究通过导体的电流与导体电阻的关系:
(1)猜想:导体电阻对电流有阻碍作用,所以通过导体的电流的大小与______有关。
(2)探究方法:__________法。为了研究通过导体的电流跟电阻的关系,我们应控制导体两端的______一定,通过换用不同的导体来改变电阻。
(3)结论:电压一定时,通过导体的电流跟导体的电阻成______。
电阻
控制变量
电压
反比
预习清单
3.德国物理学家______通过大量实验归纳得出了欧姆定律:一段导体中的电流,跟加在这段导体两端的电压成______比,跟导体的电阻成______比。公式为______。公式中各字母的含义及单位分别是:I表示电流,单位是__________;U表示电压,单位是__________;R表示电阻,单位是__________。
4.两个变形式:_______、_______。
欧姆
正
反
I=
安培(A)
伏特(V)
欧姆(Ω)
U=IR
R=
导入新课
如图所示,用一节干电池与两节干电池先后给同一小灯泡供电,观察小灯泡的亮度有什么不同,哪一次小灯泡更亮 对此,你有什么猜想
归纳:用两节干电池给同一小灯泡供电,两节电池比一节电池要亮。
猜想:电压越大,电流越大。
导入新课
如图所示的电路中,当滑动变阻器的滑片向右移动,连入电路的阻值变大时,观察灯泡的亮暗情况。对此,你有什么猜想
归纳:当滑动变阻器连入电路的阻值变大时,灯泡变暗。
猜想:电阻越大,电路中的电流越小。
提问:电流与电压和电阻之间有没有定量的关系呢
任务一：实验：探究电流与电压、电阻的关系
1.探究电阻一定时,电流与电压的关系
提问:电阻一定时,电流与电压存在怎样的关系
猜想与假设:因为电压是形成电流的原因。若电阻一定,可能电压越大,电流越大。
设计实验:
提问:实验中,应该控制哪些物理量不变,哪些量改变 画出电路图,写出用到的实验器材。
任务一：实验：探究电流与电压、电阻的关系
归纳:
(1)运用控制变量法,控制电阻的阻值不变。并用电流表测出电路中的电流,用电压表测出定值电阻两端的电压,通过调节滑动变阻器改变电阻两端的电压。
(2)实验电路图如图所示。
(3)实验器材:电源、定值电阻、滑动变阻器、开关、电流表、电压表、导线等。
任务一：实验：探究电流与电压、电阻的关系
进行实验:
(1)如图所示,按电路图把一个10Ω的定值电阻连入电路。
(2)闭合开关前,检查电路中各元件的连接是否正确,将滑动变阻器的滑片调到阻值最大处。
任务一：实验：探究电流与电压、电阻的关系
(3)调节滑动变阻器使定值电阻两端的电压分别为1 V、2 V、3 V、4 V、5 V、6 V,读出此时相应的电流值记入下表中。
任务一：实验：探究电流与电压、电阻的关系
分析论证:
(1)分析实验数据发现电流与电压有关,电流随电压的增大而增大,并且成正比。
(2)在坐标系中根据各电流值和对应的电压值描点,画出I-U图像(如图所示)。分析图像可得出:通过导体的电流与导体两端的电压成正比。
(3)实验结论:在电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比。
任务一：实验：探究电流与电压、电阻的关系
评估与交流:
(1)滑动变阻器的作用:保护电路、改变定值电阻两端的电压。
(2)表格错误数据的分析:分析比较各组数据电压与电流的比值是否相同,不同的一组数据为错误数据。
任务一：实验：探究电流与电压、电阻的关系
评估与交流:
(3)提示:
①结论中的电流、电压、电阻是针对同一导体而言的。
②明确电流与电压存在的因果关系,电压是导体中产生电流的原因,而不是导体中有了电流才在导体两端产生电压,所以不能说电阻一定时,电压与电流成正比。
③在归纳结论时,不能漏掉前提条件“电阻一定”。
任务一：实验：探究电流与电压、电阻的关系
2.探究电压一定时,电流与电阻的关系
提问:电压一定时,电流与电阻存在怎样的关系
猜想与假设:因为电阻对电流有阻碍作用,所以若电压一定,可能电阻越大,电流越小。
设计实验:要研究电流与电阻的关系,必须改变接入电路的阻值R,所以要更换不同的电阻R接入电路。实验中要控制电阻两端的电压不变,所以需要在电路中串联滑动变阻器,通过调节滑动变阻器,保持电阻R两端的电压不变。
任务一：实验：探究电流与电压、电阻的关系
电路图如图所示。
实验器材:电源、不同阻值的定值电阻多个、滑动变阻器、开关、电流表、电压表、导线等。
任务一：实验：探究电流与电压、电阻的关系
进行实验:
(1)按电路图(如图所示)连接电路。
(2)闭合开关前,检查电路中各元件的连接是否正确,将滑动变阻器的滑片调到阻值最大处。
任务一：实验：探究电流与电压、电阻的关系
(3)把阻值为5Ω的定值电阻接入电路,闭合开关,调节滑动变阻器,使电压表示数为3V保持不变,读出电流表的示数,记录在下面的表格中。
(4)把阻值为5Ω的定值电阻分别更换为10Ω、15Ω、25Ω的定值电阻,调节滑动变阻器,使电压表示数保持3V不变,读出电流表的示数,记录在下面的表格中。
任务一：实验：探究电流与电压、电阻的关系
分析论证:
(1)分析实验数据发现:电流与电阻有关,电流随电阻的增大而减小,且电流与电阻的乘积为一定值,说明电流与电阻成反比。
(2)在坐标系中画出I-R图像(如图所示)。分析图像可得出:通过导体的电流与导体的电阻成反比。
(3)实验结论:在电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。
任务一：实验：探究电流与电压、电阻的关系
评估与交流:
(1)对I-R图像的改进是作出I-图像(如图所示),由图像可知,“电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比”,也可以说成“电压一定时,导体中的电流与导体电阻的倒数成正比”。
任务一：实验：探究电流与电压、电阻的关系
评估与交流:
(2)更换阻值大的定值电阻后,电压表示数不能调节到所需要的值,其原因是电源电压过大或滑动变阻器的最大阻值过小;更换阻值较小的定值电阻后,电流变大,若实验无法进行,原因是电流表所选的量程过小。
任务一：实验：探究电流与电压、电阻的关系
评估与交流:
(3)如果用干电池做实验,可以通过改变串联干电池的节数来改变定值电阻两端的电压(如图甲所示);如果用学生电源做实验,可以通过转动旋钮来改变定值电阻两端的电压(如图乙所示);如果用滑动变阻器,可以将滑动变阻器串联在电路中起分压作用,改变定值电阻两端的电压。
任务一：实验：探究电流与电压、电阻的关系
评估与交流:
(4)注意:对实验结论两种错误的语言描述:
①“导体中的电流跟导体的电阻成反比”
漏掉了结论的前提条件(在电压一定时)。
②“电压一定时,导体的电阻与导体中的电流成反比”
弄错了结论的因果关系(因为电阻是导体本身的性质,跟电压和电流都没关系)。
任务二：欧姆定律
1.欧姆定律
(1)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,跟导体的电阻成反比。
(2)公式:I=。公式中各字母的含义及单位分别是:I表示电流,单位是安培(A);U表示电压,单位是伏特(V);R表示电阻,单位是欧姆(Ω)。
任务二：欧姆定律
(3)变形公式:由I=可推出U=IR,R=。
①电压U=IR的意义:表示导体两端的电压等于通过导体的电流与其电阻的乘积。因电压是由电源提供的,电压是形成电流的原因,所以不能说成电压与电流成正比。
②电阻R=的意义:表示导体的电阻在数值上等于加在导体两端的电压与通过导体的电流的比值。
因电阻是导体本身的一种性质,只与导体的材料、长度、横截面积及温度有关,与加在导体两端的电压和流过的电流大小无关。
任务二：欧姆定律
(4)对公式的理解:
①统一性:I、U、R必须使用国际单位制中的单位,即电压U—V,电阻R—Ω,电流I—A。
②同一性:
a.I、U、R是对同一个时刻或同一段电路而言的,三者要一一对应。
b.在解题时,习惯上把同一个导体或同一段电路各个物理量符号的角标用同一数字或字母表示,如I1、R1、U1等。
任务二：欧姆定律
③同时性:对同一导体或同一部分电路来说,由于开关的闭合或滑动变阻器滑片的移动,都会导致电路中的电流、电路两端的电压的变化,所以公式I=中的三个量是针对同一时间而言的。
④条件性:欧姆定律中提到的“成正比”和“成反比”的两个关系分别有不同的成立条件。即当导体的电阻一定时,导体中的电流跟它两端的电压成正比;当导体的电压一定时,通过它的电流跟它的电阻成反比。
⑤适用范围:欧姆定律适用于从电源正极到负极之间的整个电路或其中某一部分电路,并且是纯电阻电路。
任务二：欧姆定律
2.欧姆定律的应用
(1)应用欧姆定律进行分析与计算的依据:
①求电流:I=;
②求电压:U=IR;
③求电阻:R=。
只要知道I、U、R中的任意两个量就可以利用欧姆定律计算出第三个量。
任务二：欧姆定律
(2)利用欧姆定律解答计算题的一般步骤:
第一步:可采用“去表法”判断电路的连接方式,将电压表去掉,将电流表看成一段导线,画出等效电路图,然后进行判断。判断出电路的连接方式后,再将电压表和电流表“恢复”到原来的位置,明确各测量哪部分电路两端的电压和电路中的电流;
第二步:认真审题,在电路图上标出不变量和变化量;
任务二：欧姆定律
(2)利用欧姆定律解答计算题的一般步骤:
第三步:找出各物理量之间的关系;利用欧姆定律和串、并联电路电流、电压的关系列出关系式,列式时要注意公式成立的条件,要有必要的文字说明。物理公式在代入数值或写计算结果时不要忘记单位;
第四步:讨论结果的合理性,得出答案。
任务二：欧姆定律
(3)酒精浓度检测仪:
①酒精气体传感器:
酒精测试仪中装有酒精气体传感器。酒精气体传感器是一种气敏电阻,它的阻值随酒精气体浓度的变化而变化(如图甲所示),从而引起电路中(如图乙所示)电流和电压的变化。
任务二：欧姆定律
②酒精浓度检测仪原理:
酒精浓度检测仪实际上是由酒精气体传感器R1(相当于随酒精气体浓度变化的变阻器)、一个定值电阻R2及一个电流表和电压表连接组成,如图乙所示。
酒精气体传感器的电阻值R1随酒精气体浓度的增大而减小,如果驾驶员呼出的酒精气体浓度越大,那么传感器的电阻值R1越小,根据欧姆定律I=可知,电路中的电流越大,则定值电阻R2两端的电压U2=IR2越大,即测试仪的示数越大。
任务二：欧姆定律
(4)车重表:
如图所示为某同学设计的高速公路收费站计重秤的原理图。该原理图中,R2为滑动变阻器。若车重表由电流表改装而成,现将它串联在图中位置,则当车越重时,变阻器的滑片向下滑,连入电路的阻值变小,电路中的电流变大,即车重表的示数将变大。
核心总结
A.保持电压表示数不变
B.保持电路中的电流不变
C.多次实验,测量多组数据,寻找规律
D.多次实验,求平均值,使实验结果更加准确
课堂评价
1.如图所示,用此电路图进行“探究通过导体的电流与电压之间的关系”的实验,其中滑动变阻器的作用是 ( )
C
A.保持R2滑片的位置不动
B.保持R2两端的电压不变
C.保持电路中电流不变
D.保持R1不变,调节R2的滑片到不同的适当位置
课堂评价
2.如图所示是进行“探究电流与电压、电阻的关系”的实验电路图。实验分“保持电阻不变”和“保持电压不变”两步进行,在“保持电阻不变”这一步实验时应 ( )
D
A.记录电流表和电压表的示数
B.将滑动变阻器的滑片向右移动
C.更换阻值更大的滑动变阻器
D.适当增加电池的节数
课堂评价
3.小刚用如图所示的电路“探究一段电路中电流跟电阻的关系”。实验过程中,当R的阻值由5Ω更换为10Ω后,直接闭合开关S,为了完成探究,他应该采取的措施是 ( )
B
课堂评价
4.小虎在进行“探究通过导体的电流与电阻的关系”的实验时,根据实验的数据绘出了如图所示的图像,根据图像可知:导体中的电流与电阻成______。
反比
(2)更换滑动变阻器后,小明继续“探究电流与电阻的关系”,具体操作是:将10Ω的电阻换成20Ω的电阻,调节滑动变阻器的滑片P向____移动,直到电压表示数与上述实验相同,并读出此时电流表的示数。
(1)小明在探究电流与电压的关系前,发现滑动变阻器坏了,可以采取________________的方法继续进行实验。
课堂评价
5.小明进行“探究电流与电压和电阻的关系”的实验时的电路图如图所示。
改变电池的节数
右
谢谢观看
Thank you

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