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17.1 電流與電壓和電阻的關系  公開課

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文章附圖


17.1 電流與電壓和電阻的關系



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電流與電壓電阻的關系
[來源:Zxxk.Com]

1、
實驗:控制變量法


第一步,保持電阻不變,通過改變電壓,觀察電流的變化


第二步,保持電壓不變,通過改變電阻,觀察電流的變化

2、理解電流電壓電阻之間關系時的四個注意事項


這裡的導體中電流和導體兩端的電壓都是準對同一個導體而言的,是用電壓表和電流表測量同一導體的電
 壓和電流,不能拿一個導體中的電流和另一個道題兩端的電壓相比。


不能反過來說,電壓一定時,電壓跟電流成正比。


同樣也不能說導體的電阻與通過它的電流成反
 比。


在叙述時,一定要注意這兩個關系成立的前提條件:電流跟電壓成正比的前提是電壓一定,電流

跟電阻成反比的前提是電壓一定

3、用圖像描述電流與電壓的關系

對于同一導體而言,通過的電流I與導體兩端的電壓U的關系可以用圖像的方法描述。橫軸為自變量U,縱軸為因變量I,其圖像是一條通過原點的直線。


經典實驗題


典型例題    小琴在“探究電壓一定時,電流與電阻關系”的實臉中,可供使用的實驗器材有:電源(電壓恒為6V)、電流表、滑動變阻器、開關各一個、阻值不同的定值電阻四個(5Ω、10Ω、15Ω、20Ω),導線若幹.

(1)如圖所示是小琴連接的實物電路,開關閉合前,應将滑動變阻器滑片移至  處(選填“c”或“d”).

(2)實驗時,小琴先把阻值為5Ω的電阻接入a、b間,閉合開關,移動滑片P,使電壓表的示數為2.4V,記下相應的電流值;

(3)将5Ω的電阻換成10Ω的電阻接入a、b間,閉合開關後,滑片P應向  (選填“左”或“右”)端移動,直至電壓表示數為2.4 V,記下相應的電流值;

(4)再将5Ω的電阻換成15Ω的電阻接人a、b間,重複步驟(3);

(5)小琴在換用20Ω電阻做實驗時,發現電阻已經損壞,她靈機一動,利用現有的幾個電阻解決了這個問題.請你寫出小琴的做法:                                               

(6)實驗完成後,得到實驗數據,如下表所示:

實驗序

電壓U/V

電阻R

電流I/A

1

2.4

5

0.48

2

2.4

10

0.24

3

2.4

15

0.16

4

2.4

20

0.12

分析數據可得:

電壓一定時,通過異體的電流與導體的電阻成      

實驗時小琴所用的滑動變阻器其最大阻值不能小于     Ω.


答案.

(1)d;

(3)右;

(5)把5Ω與15Ω的電阻串聯接入ab間;

(6)反比;30.

解析:

(1)為保護電路安全,開關閉合前,應将滑動變阻器滑片移至阻值最大處,滑動變阻器接入電路的電阻為Pc段,為使滑動變阻器阻值最大,應将滑動變阻器滑片移至d處.

(3)将5Ω電阻換成10Ω電阻後,定值電阻阻值變大,兩端分壓變大,大于2.4V,滑動變阻器分壓減小,為保持電阻兩端電壓不變,應向右移動滑片,使滑動變阻器接入電路的阻值增大,減小定值電阻分析,知道電壓表示數為2.4V為止.

(5)20Ω電阻損壞,可以把5Ω與15Ω的電阻串聯接入ab間進行實驗.[來源:學_科_網Z_X_X_K]

(6)

由表中實驗數據可知,在電壓一定時,電流與電阻的乘積是定值,即電流與電阻成反比.

滑動變阻器接入電路的阻值越大,電路中的電流越小。由表中實驗數據可知,當定值定值阻值為20Ω時,電路電流為0.12A,此時滑動變阻器接入電路的阻值:R1==30Ω,則實驗所用的滑動變阻其最大阻值不能小于30Ω.

故答案為:

(1)d;

(3)右;

(5)把5Ω與15Ω的電阻串聯接入ab間;

(6)反比;30.


針對練習1   小芳同學采用下圖的電路,研究“通過某導體的電流與它的電阻關系”,實驗中她進行了多次測量,我們以她分别用5Ω和10Ω的電阻做的兩次實驗為例,請你回答,完成第一次實驗後,斷開開關,小芳将A、B兩點間的電阻R由5Ω更換為10Ω,閉合開關後,應該如何操作才能繼續完成實驗(     )


A.保持滑動變阻器滑片不動         

B.将滑動變阻器滑片向右移動

C.将滑動變阻器滑片向左移動

D.調高電源的輸出電壓值


方法二:将AB兩點間5Ω的電阻更換為10Ω的電阻,閉合開關,電源電壓不變,電路總電阻變大,電流變小(電流表示數減小),滑動變阻器的滑片沒有移動,接入電路中的電阻是不變,根據歐姆定律可知,滑動變阻器兩端電壓會減小,因為串聯電路中總電壓等于各部分電路兩端電壓之和,故AB間的電壓增大(電壓表的示數增大);為保持AB間的電壓不變,要移動滑片使AB間的電壓減小:當滑動變阻器連入電路的電阻增大時,即将變阻器滑片向右移動,電路中電流變小,由歐姆定律可知,AB間的電壓減小;


針對練習2   某同學在探究“電流跟電壓、電阻的關系”時,根據收集到的數據畫出了如圖所示的一個圖像,下列結論與圖像相符的是(    )

A.電阻一定時,電流随着電壓的增大而增大   

B.電阻一定時,電壓随着電流的增大而增大

C.電壓一定時,電阻随着電流的增大而減小

D.電壓一定時,電流随着電阻的增大而減小   


2、D   

解析:在探究“電流跟電壓、電阻的關系”時,運用到控制變量法,結合圖4可知,發生變化的是電流與電阻,即探究的是電流與電阻的關系,而此時要保持電壓一定,所以選擇D。


針對練習3   圖甲所示電路中,R1為定值電阻,R2為滑動變阻器,電源電壓不變。閉合開關S後,滑片Pa端移動到b端,電流表示數I與電壓表示數U的變化關系如圖乙所示,則R2的最大阻值為___。


針對練習4 小華同學為了探究“電流與電 阻的關系”,設計了如圖甲的實驗 電路,她在學校實驗室找來了如下一些實驗器材:電壓恒為3V的電源,電流表、電壓表各一隻,一個開關,阻值分别為10Ω,20Ω,50Ω的定值電阻各一個,滑動變阻器上标有“20Ω   1A”字樣,導線若幹.


(1)請你用筆畫線代替導線,将圖乙中的實物連接完整.

(2)在連接實驗電路時,小華應将開關處于        狀态.閉合開關前,應将滑動變阻器滑片滑到最   端(選填“左”或“右”).

(3)小華連接好電路,閉合開關後,移動滑變阻器滑片時,發現電流表指針正常偏轉,電壓表示數為零,則發生這種故障的原因可能是                                   

(4)故障排除後,小華先把10Ω的電阻接入電路,移動滑變阻器滑片,使電壓表示數為2V,讀出電流表示數後,斷開開關,她直接拆下10Ω的電阻,改換成阻值為20Ω的電阻繼續做實驗,閉合開關,電壓表示數如圖丙所示,其示數是        V,要完成這次實驗,接下來她應将變阻器滑片向       端(選填“左”或“右”)移動,使電壓表的示數為          V.

(5)當小華改用50Ω的電阻繼續實驗時,發現無論怎樣移動滑動變阻器滑片,都無法使電壓表示數達到實驗要求的值,你認為“電壓表的示數無法達到實驗要求的值”的原因可能是(   )

A.滑動變阻器的阻值太大   

B.電壓表量程選小了

C.滑動變阻器的阻值太小   

D.滑動變阻器燒壞了

(6)小華解決了上述問題後,完成了實驗.利用收集到的多組數據.作出了如圖丁所示的電流I随電阻R變化的關系圖象.分析圖象得出了電流與電阻的關系是       . 


7、(1)


(2)斷開   右

(3)R處發生短路

(4)2.4   右   2   

(5)C

(6)電壓一定時,導體中的電流與電阻成反比


(4)由圖可知,電壓表所選量程為0~3V,根據指針位置可知,其示數是2.4V,拆下阻值為10Ω的電阻改換成阻值為2OΩ的電阻.閉合開關,電壓表的示數會變大,應增大滑動變阻器的阻值,則應将變阻器滑片向右移動, 使電壓表的示數不變為2V;

(5)C

(6)分析圖丙圖象,曲線上每點對應的電流和電阻的乘積都等于2.5V,說明電壓一直保持在2.5V,此時導體中的電流與電阻成反比。



1、如圖所示是“探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系”的電路圖.所用實驗器材是:電源(6V)、電流表(0~0.6A)、電壓表(0~3V)、電阻箱(0~999.9Ω)、滑動變阻器(40Ω   2A)、開關、導線若幹.

(1)探究電流與電壓的關系時,所測得的幾組電流、電壓值見表1.分析表中數據可知:電阻箱接入電路的阻值為       Ω;當導體的電阻一定時,通過導體的電流與導體兩端的電壓成       關系.

實驗序号

電壓U/V

電流I/A

1

1.0

0.20

2

1.5

0.30

3

2.0

0.40


實驗序号

電阻R

電流I/A

1[來源:學|科|網]

5

0.40

2

10

0.20

3

20

0.10


(2)探究電流與電阻的關系時,應調節       改變接入電路中的阻值,并調節                 

使電壓表的示數保持相同,讀出電流值,所測幾組數據見表2.分析表中數據可知:滑動變阻器兩端的電壓為            V;當導體兩端的電壓一定時,通過導體的電流與導體的電阻成               關系.

      (3).就本實驗所用器材,在探究電流與電阻的關系時,若保持電阻箱兩端的電壓為2V,為能完成實驗,電阻箱可接入電路的阻值範圍是             Ω至           Ω.(保留一位小數)


 可知滑動變阻器兩端的電壓為6V—2V=4V;分析表2中數據可知,當導體兩端的電壓一定時,導體的電阻變為原來的幾倍,通過導體的電流變為原來的幾分之一,即導體兩端的電壓一定時,通過導體的電流與導體的電阻成反比;

(3)由電流表的量程(0~0.6A)可知,串聯電路中的最大電流是I1=0.6A,電阻箱接入電路的最小阻值為R1=U/I1=2V/0.6A=3.3Ω,當滑動變阻器(40Ω   2A)接入電路中的阻值最大40Ω 時,串聯電路中的電流最小是I2=4V/40Ω=0.1A,則電阻箱接入電路的最大阻值為R2=U/I=2V/0.1A=20Ω。


2、小明同學利用如圖甲所示電路來探究串聯電 路中導體兩端電壓與導體的電阻的關系,圖中R0的阻值為10Ω,電源電壓恒為3V;他分别用5Ω、10Ω、20Ω等三個電阻替換Rx接在ab之間,并讀出對應的電壓表的示數,繪制成如圖乙所示的Ux-R圖像。

(1)請你用筆畫線代替導線,将圖甲中的電壓表接在Rx兩端;

(2)根據圖像信息可知:串聯電路中,其中一導體R0的電阻不變時,另一導體Rx的電阻越大,Rx兩端電壓越______;由此規律可知在如圖20所示電路中,當變阻器的滑片P向左移動時,電壓表的示數将變______;

(3)如果用導線替換Rx接在ab之間,則電壓表的示數為接近_____V;若電阻Rx斷路,則電壓表的示數接近_____V;

(4)小明同學在ab間接入某一未知電阻Rx(定值)時,電壓表的示數為0.5 V,則Rx的阻值是_____________Ω;若電壓表的示數為Ux ,則計算Rx的表達式為:Rx =__________。(用字母UxR0和電源電壓U表示)


2、(1)如右圖;


 則電壓表測得電阻為零的電壓示數為接近0V;若電阻Rx斷路,則電壓表與R0串聯,由于電壓表的電阻遠大于R0電阻,則電壓表分壓遠大于R0的電壓,所以電壓表的示數接近電源電壓為3V;

(4)小明同學在ab間接入某一未知電阻Rx(定值)時,電壓表的示數為0.5 V,由于串聯電路電流相等,所以Rx的阻值是2Ω;若電壓表的示數為Ux ,則整理得Rx的表達式為:Rx = UxR0/(U-Ux)。


3、在探究“電壓一定時,電流與電阻關系”的實驗中,電路如圖所示。先在 A、B間接入5Ω的定值電阻R,移動滑片P,使電壓表示數為2V,讀出電流表示數。接着取下5Ω的電阻分别換上1 0Ω、15Ω的定值電阻,移動滑片,使電壓表示數仍為2V。但小華在實驗中,當換上15Ω的定值電阻時,無任怎樣移動滑片,電壓表示數都不能回到2V。對此現象,下列分析正确的是(      )

A.15Ω電阻太小,換一個更大的定值電阻,繼續實驗

B.将三個電阻按15Ω、10Ω、5Ω的由大到小的順序接入進行實驗,可以避免這種現象

C.變阻器的最大阻值太大,換一個最大阻值小一點的變阻器繼續實驗

D.在第一次接入5Ω的定電阻時,移動滑片,使電壓表示數為定值1.5V,繼續實驗


注:電源電壓與滑變最大阻值未知。


4、電路元件A和B中的電流與兩端電壓的關系如圖所示,由圖可知,A的電阻是_________Ω。若将A、B并聯後接在電壓為2V的電源兩端,幹路中的電流是_________A。


4、 5;0.6   

解析:任取A直線上一點,U=1V,I=0.2A,則

U=2V時,IA=0.4A,IB=0.2A,幹路電流為I=IA+IB=0.4A+0.2A=0.6A。


5、小明利用實驗探究通過電阻的電流跟電阻兩端電壓的關系。

(1)請你根據圖甲所示的電路圖用筆畫線代替導線,将圖乙中的器材連接起來。要求:變阻器滑片向右移動時,電流表示數變小,導線不能交叉。

(2)小明連接好電路後,閉合開關,發現無論怎樣移動滑片P,電流表示數始終為0,電壓表 示數約6V,則電路中出現的故障可能是                               

(3)小明排除故障後繼續實驗,通過調節滑動變阻器,改變定值電阻R兩端的電壓,測得電流、電壓的值如表。分析表中的數據可以得出結論:                       

定值電阻

實驗次序

電壓U/V

電流I/A

R=10Ω

1[來源[來源:學#科#網]

3.0

0.3[來源:Z。xx。k.Com]

2

4.5

0.45

3

6.0

0.6


(4)小明将電阻換成一個額定電壓為2.5V,阻值約為10Ω的小燈泡,進行“測量小燈泡的額定電功率”的實驗:為了使實驗更準确,需要對電路連接進行改進,你的改進是____________________,實驗時調節滑動變阻器的滑片使電壓表的示數為2.5V時,電流表的示數如圖丙所示,其讀數為            A,則小燈泡的額定功率是            W。


5、(1)如圖


(2)電阻R斷路   

(3)電阻一定時,通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比   

(4)電壓表換0-3V的量程,   0.24   0.6


變化量問題

6、如四所示,電源電壓為4.5V且恒定不變,當開關S閉合後,滑動變阻器的滑片P從a端滑向b端的過程中,三隻理想電壓表的示數變化的絕對值分别為ΔU1、ΔU2、ΔU3,下列可能出現的情況是(       )


A.ΔU1=0V      ΔU2=2V    ΔU3=1V

B.ΔU1=0V      ΔU2=2V    ΔU3=2V

C.ΔU1=0.5V       ΔU2=1V    ΔU3=1.5V

D.ΔU1=0.2V     ΔU2=1V    ΔU3=0.8V


6、B   

解析:由電路圖可知,燈泡與滑動變阻器串聯,電壓表V1測電源的電壓,電壓表V2測滑動變阻器兩端的電壓,電壓表V3測燈泡兩端的電壓.因為電源的電壓不變,所以滑動變阻器的滑片P從a端滑向b端的過程中,電壓表V1示數始終為電源電壓,其變化的絕對值U1=0V,故CD不正确;又因為串聯 電路中總電壓等于各分電壓之和,所以U2=UU3U2=U2U2'=(UU3)-(UU3')=-(U3U3')=-U3,即電壓表V2示數變化的絕對值U2等于電壓表V3示數變化的絕對值U3,結合選項可知B正确,A不正确.故選B.



重點作業


1.在“探究電流與電壓的關系”的實驗中,

1)請在方框中畫出能夠改變定值電阻的電壓、并可以同時測量電壓和電流的電路圖。


2)通過實驗記錄電流表、電壓表的示數如下表所示

R=10Ω


對表中數據進行分析,你認為錯誤的數據是實驗序号_____,排除錯誤數據,可歸納得出的結論是____ _                                                                                     

3)如果想用此電路繼續探究“電流與電阻的關系”,每次更換電阻後,可以通過調節__                 ___,使電阻兩端的電壓不變。實驗得出的結論是_____                                                                     

【答案】   見解析   5   在電阻一定時,電流與電壓成正比   滑動變阻器   在導體兩端電壓一定時,電流與電阻成反比

【解析】(1)實驗中要能夠改變定值電阻的電壓需要用滑動變阻器測量電壓用電壓表,測量電流用電流表,電路如圖:


2)根據數據分析可知,随着電壓的增大電流在增大,并且電壓與電流的比值為 ﹣﹣﹣=10,所以第5次實驗中的電流數應當是錯誤的,應該為0.28A,并且可以看出在電阻一定時,電流與電壓成正比;3)要探究“電流與電阻的關系”,每次更換電阻後,需要通過調節滑動變阻器,使電阻兩端的電壓不變。可以得出結論:在導體兩端電壓一定時,電流與電阻成反比。學科%網

點睛:(1)實驗中為了探究規律,需要多次測量定值電阻兩端的電壓,因此需要滑動變阻器,多測幾組電壓和電流值,需要用電流表和電壓表測量電流與電壓,據 此畫出電路圖;(2)根據數據表中電流與電壓的關系可分析出錯誤數據,并得出結論。(3)探究通過導體的電流與電阻的關系實驗,根據控制變量法可知應通過移動滑動變阻器控制電壓不變,從而得出結論。

2.在探究電流與電壓關系的實驗中,同學們設計了如下三種電路:

(1)甲同學認為圖2電路比圖1電路好,理由是:_______                                 _。乙同學認為圖3電路比圖2電路更好,理由是圖3電路便于多次實驗。   

(2)乙同學利用圖3電路(其中電阻R=5Ω) 完成了本實驗,測得數據如下:

實驗次數

電壓 U(伏)

電流I(安)

電壓/電流


1

1

0.2


2

2

0.4


3

4

0.8


分析表格數據,可得出的結論是________                                                                           。   

(3)實驗操 作過程中,丙同學發現滑動變阻器損壞,但經過思考後利用圖2電路最終也完成了多次實驗,該同學的做法是_______                                                                                       _。   


【答案】

(1)定值電阻能更好地保持電阻不變;

(2)當電阻不變時,電流與電壓成正比關系;

(3)改變電源電壓,進行多次實驗。


【解析】

【考點定位】探究電流與電壓、電阻的關系實驗


3.某實驗小組的同學用如圖所示的電路測大約幾十歐的電阻的阻值。

實驗室提供的器材:待測電阻RX,電壓約3V的電源,電壓表V(量程為3V),開關S,導線若幹。

供選擇的器材:滑動變阻器R1(500Ω,0.5A),滑動變阻器R2(30Ω,0.5A),電流表A1(量程0.6A),電流表A2(量程60mA)。

實驗過程:

(i)選擇合适的器材,斷開開關,按電路圖連接電路;

(ii)調節滑動變阻器滑片,讓接入電路的阻值最大,閉合開關;

(iii)緩慢調節滑動變阻器滑片到不同位置,穩定後,讀取電流表和電壓表示數IU,下表是該組同學按正确操作測得的六組數據:

數據序号

1

2

3

4

5

6

電壓U/V

2.40

2.00

1.60

1.20

0.80

0.40

電流I/mA

7

1 4[

21

28

35

42

(iv)斷開開關,拆除電路,複原 實驗器材。

回答下列問題:

電流表應該選_______,滑動變阻器應該選________。

滑動變阻器接入電路的阻值減小,電壓表的示數________(選填“減小”、“不變”或“增 大”)

利用表中數據,可算得待測電阻RX=________Ω。(結果保留整數)


【答案】A2,R1減小;57。

【解析】

考點:測量電阻實驗

4.在探究電流與電阻關系的試驗中 ,所用器材如下:蓄電池(6V)、電流表、電壓表、定值電阻(5Ω、10Ω、15Ω各一隻)、開關、滑動變阻器(1.5A   20Ω)、導線若幹.


(1)請你幫助小軍按圖甲所示的電路圖連接圖乙的實物電路,要求滑動變阻器的滑片移動到右端時接入電路中的阻值最大.

(2)補接後小軍先将5Ω電阻接入電路,移動滑動變阻器的滑片,使電壓表示數為2V,電流表示數如圖丙.請讀出示數:         A.

(3)當小軍将10Ω電阻換接成15Ω電阻後,發現無論怎樣移動滑動變阻器的滑片,都不能使電壓表示數仍為2V,分析其原因可能是                                                           (答出一種情況即可).

(4)小軍完成此實驗後,想利用原有器材進行”伏安法測電阻“的實驗.電路連接正确後閉合開關,發現電流表無示數,電壓表示數為6V,你認為發生故障的原因是                    

(5)排除故障後,将滑片P移到某一位置時,兩表讀數如圖丁所示,小軍計算得出所測電阻的阻值

R=       Ω.你認為這個結果可靠嗎?          ,理由是                                                                          


【答案】

(1)如下圖所示;

(2)0.4;

(3)定值電阻兩端的電壓保持太低;

(4)定值電阻斷路;

(5)5;不可靠;沒有多次測量求出平均值以減小誤差


【解析】

 清除故障後,将滑片P向左滑動時,其電阻減小,整個電路的電流增大,電壓表示數将增大;因為電源為兩節幹電池串聯組成電源,由圖丙知:電壓表量程為0~3V, 分度值為0.1V,示數為U=1V,電流表量程為0~0.6A,分度值為0.02A,示數為I=0.2A,所以R= = =5Ω;這個結果不可靠,應多次測量求平均值,以減小實驗的誤差。

【考點定位】探究電流與電壓、電阻的關系實驗


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