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第十五章 探究電路
電壓和電阻
一、電壓
1、電壓的基本概念
（1）理解
①電壓是電路中兩點之間給電流的“壓力”，使電流持續(xù)流動。
②產(chǎn)生持續(xù)電流的條件：a.電路中有電源給電路兩端提供電壓；
b.閉合回路。
（2）符號及單位
①符號U
②單位
主單位：伏特 V
常見單位：
（3）常見電壓（V）
2、電壓表
（1）作用：測量所并聯(lián)電路部分兩端電壓大小。
并誰測誰
（2）結(jié)構(gòu)（如圖所示）
*（3）原理：通電導(dǎo)體在磁場中受到力的作用。
（4）量程分度值
量程 分度值 關(guān)系
0~3V 0.1V 指針偏轉(zhuǎn)程度相同時， 大量程讀數(shù)是小量程的5倍
0~15V 0.5V
讀數(shù)方法：先根據(jù)導(dǎo)線連接方式確定量程與分度值，再進行讀數(shù)。
（5）使用規(guī)范
①使用前先調(diào)零；
②電流表應(yīng)并在被測電路兩端；
③電流應(yīng)從正接線柱流進，負接線柱流出（正進負出）；
④若將電壓表直接接在電源兩端，則測量值為電源電壓；
⑤連接是要選擇合適的量程，嚴禁超過電壓表量程測量（試觸法選擇量程）。
二、含表電路分析
1、要點
電流表相當于導(dǎo)線，電壓表相當于斷路。
2、步驟
（1）去表：將電流表看成導(dǎo)線，將電壓表去掉（電壓表所在支路看成無電流經(jīng)過）；
（2）判斷電路類型：判斷電路是串聯(lián)還是并聯(lián)；
（3）判斷電表測量對象。
三、串并聯(lián)電路電壓規(guī)律
1、串聯(lián)電路電壓規(guī)律
探究串聯(lián)電路電壓規(guī)律實驗
（1）實驗猜想：①串聯(lián)電路電壓處處相等。
②串聯(lián)電路中各用電器兩端電壓之和電源電壓。
（2）實驗步驟
①用電壓表分別測量、和電源兩端電壓；
②更換不同規(guī)格的小燈泡重復(fù)實驗。
（3）實驗數(shù)據(jù)
實驗次數(shù) 兩端電壓（V） 兩端電壓（V） 電源兩端電壓（V） （V）
1
2
3
（4）實驗結(jié)論
串聯(lián)電路中各用電器兩端電壓之和等于電源電壓。
2、并聯(lián)電路電壓規(guī)律
探究并聯(lián)電路電壓規(guī)律實驗
（1）實驗猜想：①串聯(lián)電路電壓處處相等。
②串聯(lián)電路中各用電器兩端電壓之和電源電壓。
（2）實驗步驟
①用電壓表分別測量、和電源兩端電壓；
②更換不同規(guī)格的小燈泡重復(fù)實驗。
（3）實驗數(shù)據(jù)
實驗次數(shù) 兩端電壓（V） 兩端電壓（V） 電源兩端電壓（V） （V）
1
2
3
（4）實驗結(jié)論
并聯(lián)電路中各支路兩端電壓相等，且等于電源電壓。
3、電源的串并聯(lián)規(guī)律
（1）串聯(lián)電池組兩端電壓等于每節(jié)電池兩端電壓之和。
（2）電壓相等的電池并聯(lián)，電池組電壓與單個電池電壓相等。
四、電路故障
串聯(lián)電路一斷全斷，并聯(lián)電路一短全短
1、分析法（含電表電路）
①一看電流表
有電流則為短路，無電流為斷路
②二看電壓表
電壓表測量對象斷路 電壓表測量對象短路
有電壓 無電壓
電壓表測量對象之外短路 電壓表測量對象之外斷路
2、代入法
電路故障題型常出現(xiàn)在選擇題中，而且故障種類僅有斷路和短路兩種，組合有限，可以分別將選項中的情況帶入題干中，分析是否符合題意。
3、檢驗法（檢驗斷路）
①并接導(dǎo)線（電流表）
用一根完好的導(dǎo)線并接在電路中的兩點之間，若兩點之外部分電路能工作（電流表有示數(shù)），則斷路發(fā)生在此兩點之間。（不可并接電源）
②并接小燈泡
用一只完好的小燈泡并接在電路中的兩點之間，若兩點之外能工作，該檢驗燈泡亮，則斷路發(fā)生在并接部分。（一般不將燈泡并接在電源兩端）
五、電阻
1、電阻的基本概念
（1）概念：表示導(dǎo)體對電流的阻礙作用。
電阻越大，對電流的阻礙作用越大。
（2）符號：R
（3）單位：歐姆，簡稱歐。符號
常見單位換算
1=1000 1M=
（4）常見物體的電阻
2、探究電阻大小的影響因素
（1）實驗猜想
①電阻的大小可能與導(dǎo)體材料有關(guān)；
②電阻大小可能與導(dǎo)體的長度L有關(guān)；
③電阻的大小可能與導(dǎo)體的橫截面積S有關(guān)；
④其他因素
（2）實驗方法
①控制變量法
②轉(zhuǎn)換法：將電阻大小轉(zhuǎn)換成電流表示數(shù)（或小燈泡亮度）
（3）實驗器材
（4）實驗數(shù)據(jù)
實驗序號 材料 長度 橫截面積 電流 對電流阻礙作用 電阻大小
1 錳銅 2L S
2 鎳鉻 2L S
3 鎳鉻 L S
4 鎳鉻 2L 2S
（5）實驗結(jié)論
①通過1、2兩組實驗可得，導(dǎo)體電阻與材料種類有關(guān)，其他條件一定時，材料不同，電阻不同；
②通過2、3兩組實驗可得，導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體長度有關(guān)，其他條件一定是，長度越長，電阻越大；
③通過2、4兩組實驗可得，導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體橫截面積有關(guān)，其他條件一定是，橫截面積越大，電阻越小。
（6）電阻與溫度的關(guān)系
導(dǎo)體電阻還與溫度有關(guān)，一般情況下，在其他條件一定是，溫度越高，電阻越大。（玻璃例外）
*超導(dǎo)現(xiàn)象：當溫度降低到某一特定值時，某些導(dǎo)體電阻變?yōu)榱愕默F(xiàn)象。
3、電阻器
（1）定值電阻
①實物圖
②符號：
③特點
一般由合金制成，阻值為固定值，隨溫度變化很小。
（2）滑動變阻器
①原理：導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體長度成正比。
②實物圖結(jié)構(gòu)
③接法
常規(guī)接法：一上一下
非常規(guī)接法：雙上——相當于導(dǎo)線
雙下——相當于定值電阻
④有效長度
下接線柱到滑片的距離為滑動變阻器的有效接入長度。
有效長度越長，接入電阻越大。
⑤示意圖
⑥符號
（3）電阻箱
①定義：能顯示接入電路阻值的變阻器。數(shù)值不連續(xù)
②符號
歐姆定律
一、電流與電壓和電阻的關(guān)系
1、探究電流與電壓的關(guān)系實驗
（1）實驗方法：控制變量法
（2）實驗電路圖
（3）實驗步驟
①按圖連接電路；
②閉合開關(guān)，移動滑動變阻器，記錄電流表、電壓表示數(shù)；
③多次實驗，記錄多組數(shù)據(jù)。
（4）注意事項
①連接電路時，開關(guān)處于斷開狀態(tài)。
②閉合開關(guān)前，滑動變阻器處于最大值狀態(tài)。（保護電路）
（5）滑動變阻器的作用
①保護電路；
②改變定值電阻兩端電壓。
（6）實驗數(shù)據(jù)
電阻R（Ω） 10
電壓U（V） 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
電流I（A） 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
（7）實驗結(jié)論
當導(dǎo)體電阻一定時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比。
2、探究電流與電阻的關(guān)系實驗
（1）實驗方法：控制變量法
（2）實驗電路圖
（3）實驗步驟
①按圖連接電路，將5Ω電阻接入電路中；
②閉合開關(guān)，移動滑動變阻器，當電壓表示數(shù)為2V時，記錄電壓表、電流表示數(shù)；
③依次將10Ω、15Ω、20Ω、25Ω、30Ω定值電阻接入電路中重復(fù)步驟②中操作。
（4）注意事項
①連接電路時，開關(guān)處于斷開狀態(tài)。
②閉合開關(guān)前，滑動變阻器處于最大值狀態(tài)。（保護電路）
③多次實驗中要控制電壓表示數(shù)不變。
（5）滑動變阻器的作用
①保護電路；
②控制定值電阻兩端電壓不變。
（6）實驗數(shù)據(jù)
電壓U（V） 2.0
電阻R（Ω） 5 10 15 20 25 30
電流I（A） 0.4 0.2 0.13 0.1 0.08 0.07
（7）實驗結(jié)論
當導(dǎo)體兩端電壓一定時，經(jīng)過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體電阻成反比。
3、總結(jié)
（1）當導(dǎo)體電阻一定時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比。
（2）當導(dǎo)體兩端電壓一定時，經(jīng)過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體電阻成反比。
二、歐姆定律
1、歐姆定律
（1）內(nèi)容
通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體電阻成反比。
（2）表達式
注意：
①在運用歐姆定律計算時，單位要統(tǒng)一，A、V、Ω。
②三個量必須是針對同一導(dǎo)體或同一段電路（同體性）。
③三個量必須針對同一狀態(tài)的量（同時性）。
④只適用于小燈泡、定值電阻、滑動變阻器，不適用于含電動機元件。
2、歐姆定律的簡單計算
（1）知二求一
（2）U—I圖像
①圖像上每一點對應(yīng)導(dǎo)體兩端的電壓和經(jīng)過導(dǎo)體的電流，二者比值為此時導(dǎo)體電阻。
②定值電阻的U—I圖像是一條經(jīng)過原點的直線。
③直線的傾斜程度表示定值電阻的大小，越靠近U軸電阻越大。
④可變電阻的U—I圖像是一條經(jīng)過原點的曲線。（曲線往U軸方向拐彎表示電阻阻值越來越大）
（3）I—R圖像
①圖像上每一點對應(yīng)導(dǎo)體的電阻和經(jīng)過導(dǎo)體的電流，二者乘積為此狀態(tài)下導(dǎo)體兩端電壓。
②電壓不變時，圖像上任意一點電流和電阻的乘積為一定值。
③當導(dǎo)體電壓不變時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體電阻成反比。
三、電阻的測量
1、伏安法測電阻
（1）實驗原理
（2）電路圖
（3）實驗步驟
①按圖連接電路；
②移動滑動變阻器滑片，記錄電壓表、電流表示數(shù)；
③多次改變滑動變阻器阻值，記錄多組數(shù)據(jù)。
（4）注意事項
①連接電路時，開關(guān)應(yīng)保持斷開。
②閉合開關(guān)前滑動變阻器要處于最大值。
（5）滑動變阻器作用
①保護電路。
②改變電路中電壓和電流，獲得多組數(shù)據(jù)。
（6）實驗數(shù)據(jù)處理
測量次數(shù) 電壓U/V 電流I/A 電阻R/Ω 平均電阻/Ω
1
2
3
4
5
6
2、伏安法測小燈泡電阻
實驗原理、實驗操作同伏安法測電阻
（1）實驗數(shù)據(jù)
測量次數(shù) 電壓U/V 電流I/A 電阻R/Ω
1 0.5 0.16 3.125
2 0.9 0.19 4.737
3 1.3 0.21 6.190
4 1.7 0.24 7.083
5 2.1 0.26 8.077
6 2.5 0.28 8.929
（2）分析
①小燈泡的電阻隨溫度升高而增大。（不可以說隨電壓增大而增大）
②本實驗中多次實驗是為了找到普遍規(guī)律。不可以求平均值。
3、伏安法衍生方法測電阻
（1）整體思路
在缺少電壓表或者電流表的情況下，電路中的電壓或者電流不能直接測量，那么我們就需要利用其它方法測出電阻的大小。
但是核心原理與伏安法相同，都是通過未知電阻兩端的電壓和經(jīng)過其電流計算而來。只不過在設(shè)計過程中需要借助其它元件，比方說一個阻值已知的定值電阻。
（2）伏阻法
已知，為待測電阻。
①操作：
a.閉合、，斷開，電壓表示數(shù)為。此時兩電阻串聯(lián)，電流相等。
b.閉合、，斷開，電壓表示數(shù)為。此時兩電阻的串聯(lián)關(guān)系不變，電流不變，電壓為電源電壓。兩端電壓為
②結(jié)果
（3）安阻法
已知，為待測電阻。
①操作：
a.閉合，斷開，電流表示數(shù)為。可求得兩端電壓為。
b.閉合、，電流表示數(shù)為。經(jīng)過的電流為，并聯(lián)電壓相等。
②結(jié)果
4、替代法測電阻
（1）思路
利用電阻箱替代待測電阻，使兩種狀態(tài)下電流或者電壓相等，得出電阻箱示數(shù)與待測電阻相等的結(jié)論。
（2）操作
為待測電阻
①閉合、，斷開，調(diào)節(jié)滑動變阻器R，使是電流表示數(shù)為一適當值，記為I。
②閉合、，斷開，調(diào)節(jié)電阻箱，使得電流表示數(shù)仍然為I。
③讀出電阻箱上的阻值，即為待測電阻阻值。
（3）注意事項
①在第二步操作中不可移動滑動變阻器。
②電阻箱開始要處于最大值狀態(tài)。
③電流表也可換為電壓表。
四、歐姆定律的應(yīng)用
1、串并聯(lián)電路中電壓電流電阻規(guī)律
（1）串聯(lián)電路
①電流
串聯(lián)等流
②電壓
串聯(lián)分壓
電壓之比等于電阻之比
因為
又
得
整理得
即串聯(lián)電路中，電壓之比等于電阻之比。
③電阻
總電阻
（2）并聯(lián)電路
①電壓
并聯(lián)等壓
②電流
并聯(lián)分流
電流之比等于電阻的反比
電壓之比等于電阻之比
因為
又
得
整理得
即并聯(lián)電路中，電流之比等于電阻的反比
③電阻
總電阻（等效電阻）推導(dǎo)
并聯(lián)分流
其中
得，又并聯(lián)等壓
得
整理得
2、動態(tài)電路
解題思路
（1）識別電路：判斷電路串并聯(lián)關(guān)系
（2）判斷電表測量對象
（3）分析：局部到整體再到局部，變化到不變再到變化
從局部電阻的變化到整體電流的變化，再到要分析的局部變化
3、電路安全問題
（1）思路
一般以允許通過的最大電流為切入點，求出電路中中的最小阻值，再根據(jù)最大電阻求出電流的最小值。最后結(jié)合電壓表范圍進行修正。
（2）方法
列表：
電流表I 最小值 最大值
總電阻 最小值 最大值
滑阻 最小值 最大值
電壓表U 最小值（或最大值） 最大值（或最大值）
4、圖像計算
5、電表變化量問題
（1）定值電阻兩端電壓變化
①問題描述：如圖所示，電源電壓保持不變，滑動變阻器滑片處于某一位置時，電壓表示數(shù)為U1，電流表示數(shù)為I1；移動滑動變阻器至另一位置后，電壓表示數(shù)為U2，電流表示數(shù)為I2。令，
②證明：
③結(jié)論：
對于定制電阻，其兩端電壓變化值與電流變化值的比值等于定值電阻的阻值大小。
（2）滑動變阻器兩端電壓變化
①問題描述：如圖所示，電源電壓為U保持不變，滑動變阻器處于某一位置滑到另一位置，定值電阻兩端電壓變化量為，滑動變阻器兩端電壓變化量為，電流表變化量為。
②證明：
由于串聯(lián)分壓
③結(jié)論
對于變化的電阻，其兩端電壓變化值與電流變化值的比值等于與其串聯(lián)定值電阻的阻值大小。
家庭電路
一、家庭電路的構(gòu)成
1．概述
（1）構(gòu)成：
進戶線→電能表→總開關(guān)→保險絲（連在火線）→開關(guān)+用電器；插座
（或：進戶線→電能表→空氣開關(guān)→漏電保護器→開關(guān)+用電器；插座）
注意：各元件順序不可換。
（2）電路特點
①家庭電路中的各用電器、插座之間為并聯(lián)，電壓都為220V；
②開關(guān)與用電器之間為串聯(lián)；
③電能表、總開關(guān)、保險絲、空氣開關(guān)、漏電保護器處于干路上。
2．火線（L）、零線（N）、地線（E）
（1）線路原理
①火線（相當于正極）：火線主要起到輸送提供電壓，輸送電能的作用。火線上電壓在220V和﹣220V之間轉(zhuǎn)換，1秒轉(zhuǎn)換50次（交流電名稱的由來），火線的路徑為：發(fā)電站→配電房→你家。（一般一個或多個小區(qū)附近會有一個配電房，作用是將高壓變成低壓輸送到每家每戶）
②地線：地線的作用是保護家庭用電安全。一般通過一根導(dǎo)線埋在你家地底下，將大功率用電器外殼上的電荷導(dǎo)入大地，防止點擊人。
③零線（相當于負極）：零線與火線類似，都是接地的，只不過零線是從你家出發(fā)接到配電房附近的地下。
（2）三線特點
①火線與零線之間電壓為220V；
②火線與大地或地線之間電壓為220V；
③零線與大地或地線之間沒有電壓；
二、家庭電路的元件連接與作用
1．開關(guān)與所控制的用電器
（1）開關(guān)與所控制得用電器串聯(lián)；
（2）開關(guān)必須接在火線上；
（為了防止檢修電器時觸電）
（3）燈泡側(cè)面螺紋口接零線，頂端接火線。
2．插座
（1）兩孔插座：左零右火；（面對插座方向）
（2）三孔插座：左零右火上接地；
（用電器金屬外殼接地）
3．保險絲、空氣開關(guān)、漏電保護器
（1）保險絲：
①保險絲特點：鉛銻合金制成，電阻較大、熔點較低。接在火線上，當電流超過額定最大電流，根據(jù)焦耳定律保險絲熔斷，斷開電路；嚴禁用銅絲等替代保險絲，因為銅絲電阻小，發(fā)熱少。
②電路中電流過大的原因：
a．電路中同時接入的用電器過多，總功率過大，干路電流過大；
b．火線與零線之間短路；
*c．火線接地。
③電流過大的危害：
總功率過大，導(dǎo)致干路中電流過大，導(dǎo)線發(fā)熱嚴重，容易引發(fā)火災(zāi)。
（2）空氣開關(guān)：利用電生磁的原理，當干路電流過大時自動切斷電路，起到保護電路的作用。與保險絲作用相同。
（3）漏電保護器：監(jiān)測火線與零線電流，若兩者不同，斷開電路，防止漏電。
漏電：家庭電路中某處火線與大地連接，有電流從火線流入大地，沒有回到零線。會導(dǎo)致在進戶線處火線電流大于零線電流。
三、用電安全
1．試電筆（驗電筆）
（1）使用方法
手握驗電筆并接觸金屬筆卡（或筆尾金屬），不可接觸筆尖金屬部分，將筆尖插入插座孔內(nèi)（或筆尖接觸導(dǎo)線金屬部分）。空過觀察氖管是否發(fā)光從而判斷此處是否與火線連通。
（2）原理
電流從火線經(jīng)過筆尖→氖管→大電阻→金屬筆卡（金屬筆尾）→人體→大地。
在這條電流路徑上氖管、大電阻、人體是串聯(lián)關(guān)系，由于大電阻的阻值非常大，起到分壓作用，故人體分得的會電壓小于36V，這樣人體雖然通電，但是安全。
這里要注意一點，筆尖不用一定碰到火線氖管才會發(fā)光，只要筆尖接觸的位置能經(jīng)過導(dǎo)線或者電器或者閉合的開關(guān)連接到火線上氖管就可以發(fā)光。
2．觸電種類
（1）低壓觸電
①雙線觸電：左右兩手分別與火線零線接觸，電流從火線經(jīng)過人體回到零線。
②單線觸電：人體一個部位與火線連接，另一個部位與大地連接，電流從火線經(jīng)過人體回到大地。當人體與大地之間有絕緣體時則不會觸電。
（在上面兩種觸電情境中，電流也可以是從火線出發(fā)經(jīng)過電器再經(jīng)過人體）
（2）高壓觸電
①高壓電弧觸電：是指人靠近高壓線（高壓帶電體），造成弧光放電而觸電。電壓越高,對人身的危險性越大。
②跨步電壓觸電：是人或牲畜站在距離高壓電線落地點8～10米以內(nèi)，發(fā)生的觸電事故，人受到跨步電壓時，電流沿著人的下身，從腳經(jīng)腿、胯部又到腳與大地形成通路。
3、安全用電原則
①不接觸低壓帶電體，不靠近高壓帶電體；
②更換燈泡，搬動電器前應(yīng)斷開電源開關(guān)；
③不弄濕用電器，不破壞絕緣層；
④保險裝置、插座、導(dǎo)線、家用電器等達到使用壽命應(yīng)及時更換。
4、家庭電路故障判斷
（1）試電筆法
方法：可以使試電筆氖管發(fā)光的位置與火線之間無斷路。
例：如圖所示，閉合開關(guān)后燈不亮，判斷電路情況。
若試電筆接觸B點時氖管發(fā)光，接觸C點時氖管不發(fā)光，
說明BC之間斷路。
若試電筆接觸A至D點氖管都發(fā)光，說明進戶線零線斷路。
（2）檢測燈泡法
將一燈泡與待測電器串聯(lián)，
若不發(fā)光，則待測電器發(fā)生斷路；
若正常發(fā)光，則待測電器發(fā)生短路；
若發(fā)光偏暗（暗紅色的光），則待測電器正常。
2

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