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第三章 恒定電流
第三節(jié) 歐姆定律
在電子產(chǎn)品里面有各式各樣的電阻，它們的阻值各不相同。請(qǐng)根據(jù)初中所學(xué)的知識(shí)，想一想如何測(cè)它們的阻值？
1
課堂導(dǎo)入
既然在導(dǎo)體的兩端加上電壓，導(dǎo)體中才有電流，那么，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓有什么關(guān)系呢？
上述問題在初中我們研究過，大家可否記得如何研究的呢？是否記得當(dāng)時(shí)的電路圖呢？
既然在導(dǎo)體的兩端加上電壓，導(dǎo)體中才有電流，那么，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓有什么關(guān)系呢？
上述問題在初中我們研究過，大家可否記得如何研究的呢？是否記得當(dāng)時(shí)的電路圖呢？
喬治·西蒙·歐姆（Georg Simon Ohm）
1789年3月16日——1854年7月6日
德國(guó)物理學(xué)家
E
S
R
A
V
（一）實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)
2
【探究一：在電路中影響電流的大小的因素】
測(cè)量電路:
測(cè)導(dǎo)體A的電流、電壓
A
V
A
R
S
E
優(yōu)點(diǎn)：電壓電流值從零開始變化
缺點(diǎn)：能耗高，接法復(fù)雜。
分壓電路：(控制電路)
可以提供從零開始連續(xù)變化的電壓
U/V 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0
I/A 導(dǎo)體A
I/A 導(dǎo)體B
U/V 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0
I/A 0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 導(dǎo)體A
I/A 導(dǎo)體B
U/V 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0
I/A 0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 導(dǎo)體A
I/A 0 0.08 0.16 0.24 0.32 0.40 導(dǎo)體B
O
U
I
B
A
1、定值電阻的U-I圖像是一條過原點(diǎn)的直線;
2、同一導(dǎo)體，電壓與電流的比值為定值.
優(yōu)點(diǎn)：能耗低，接法簡(jiǎn)單。
缺點(diǎn)：電壓電流從某一值開始變化。
分流電路(控制電路)
測(cè)量電路:
測(cè)導(dǎo)體A的電流、電壓
O
U
I
B
A
1、定值電阻的U-I圖像是一條過原點(diǎn)的直線;
2、同一導(dǎo)體，電壓與電流的比值為定值.
導(dǎo)體兩端的電壓U與通過導(dǎo)體的電流I的比值
3、定義式：
4、單位：
1、物理意義：
2、定義：
兆歐（MΩ）
千歐（kΩ）
國(guó)際單位制中 歐姆（Ω）
反映導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用
(R只與導(dǎo)體本身性質(zhì)有關(guān))
3. 適用條件：
金屬導(dǎo)電和電解液導(dǎo)電
2. 公式:
1. 內(nèi)容：
導(dǎo)體中的電流I跟導(dǎo)體兩端的電壓
U成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比
圖線斜率的物理意義是什么
O
I
U
A
B
伏安特性曲線：導(dǎo)體中的電流I隨導(dǎo)體兩端的電壓U變化的圖線，叫做導(dǎo)體的伏安特性曲線。
電阻的倒數(shù)
I
U
O
B
A
O
I
U
I
U
常見圖形
能否比較A和B的
電阻大小？
能否看出電阻
如何變化？
線性元件：伏安特性曲線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。
特點(diǎn)：電阻不隨其他因素明顯變化；嚴(yán)格遵守歐姆定律。
非線性元件：伏安特性曲線不是直線。
特點(diǎn)：電阻會(huì)隨其他因素明顯變化；不遵守歐姆定律。
內(nèi)接法 外接法
電路
誤差分析
誤差來源
1.兩種接法的比較
電壓表示數(shù):
電壓表示數(shù):
電流表示數(shù):
UV＝UR＋UA＞UR
IA＝IR
R測(cè)＝ ＝R真
UV＝UR
電流表示數(shù):
IA＝IR＋I(xiàn)V＞IR
R測(cè)＝ ＝R真
電流表的分壓作用
電壓表的分流作用
電流表兩種接法的比較
2.電流表內(nèi)、外接的選擇方法
(1)直接比較法：當(dāng)Rx RA時(shí)，采用內(nèi)接法，
當(dāng)Rx RV時(shí)，采用外接法
(2)公式計(jì)算法：
大內(nèi)高手
滑動(dòng)變阻器兩種接法的比較
限流式 分壓式
電路組成
變阻器接入電路 的特點(diǎn)
下
上
采用“一上一下”的接法
采用“兩 一 ”的接法
滑動(dòng)變阻器兩種接法的比較
調(diào)壓范圍 ～E (不計(jì)電源內(nèi)阻)
～E
(不計(jì)電源內(nèi)阻)
適用情況 負(fù)載電阻的阻值Rx與滑動(dòng)變阻器的總電阻R ，或R稍大，且電壓、電流變化不要求從零調(diào)起 (1)要求負(fù)載上電壓或電流變化范圍較大，且從 開始連續(xù)可調(diào)
(2)負(fù)載電阻的阻值Rx__________ 滑動(dòng)變阻器的總電阻R
0
相差不多
零
遠(yuǎn)大于
電表的讀數(shù)方法
對(duì)于電壓表和電流表的讀數(shù)問題，首先要弄清電表量程，即指針指到最大刻度時(shí)電表允許通過的最大電壓或電流值，然后根據(jù)表盤總的刻度數(shù)確定精確度，按照指針的實(shí)際位置進(jìn)行讀數(shù)即可.
(1)0～3 V的電壓表和0～3 A的電流表讀數(shù)方法相同，此量程下的精確度是0.1 V和0.1 A，看清楚指針的實(shí)際位置，讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位.
(2)對(duì)于0～15 V量程的電壓表，精確度是0.5 V，在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面一位，即讀到0.1 V.
(3)對(duì)于0～0.6 A量程的電流表，精確度是0.02 A，在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位，這時(shí)要求“半格估讀”，即讀到最小刻度的一半0.01 A.
電表的讀數(shù)方法
舉例：如圖為電流表和電壓表的刻度盤.
甲圖中，電流表使用0.6 A量程時(shí)，刻度盤上的每一小格為 A，表針示數(shù)為 A；當(dāng)使用3 A量程時(shí)，每一小格為 A，表針示數(shù)為 A.
乙圖中，電壓表使用3 V量程時(shí)，每小格為 V，表針示數(shù)為 V；使用15 V量程時(shí)，每小格為 V，表針示數(shù)為 V.
0.02
0.44
0.1
2.20
0.1
1.70
0.5
8.5
測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線
1.實(shí)驗(yàn)原理
用 測(cè)出流過小燈泡的電流，用 測(cè)出小燈泡兩端的電壓，測(cè)出多組(U，I)值，在I－U坐標(biāo)系中描出各對(duì)應(yīng)點(diǎn)，用一條平滑的曲線將這些點(diǎn)連起來，即得小燈泡的伏安特性曲線，電路圖如圖所示.
電流表
電壓表
2.實(shí)驗(yàn)器材
學(xué)生電源(4～6 V直流)或電池組、小燈泡(“4 V　0.7 A”或“3.8 V　0.3 A”)、 、電壓表、 、開關(guān)、導(dǎo)線若干、鉛筆、坐標(biāo)紙.
滑動(dòng)變阻器
電流表
3.實(shí)驗(yàn)步驟
(1)根據(jù)小燈泡上所標(biāo)的額定值，確定電流表、電壓表的 ，按實(shí)驗(yàn)原理圖連接好實(shí)物圖.(注意開關(guān)應(yīng) ，滑動(dòng)變阻器與小燈泡并聯(lián)部分電阻為 )
(2)閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表、電壓表有較小的明顯示數(shù)，記錄一組電壓U和電流I.
(3)用同樣的方法測(cè)量并記錄幾組U和I，填入下表.
量程
斷開
零
次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8
電壓U/V
電流I/A
(4)斷開開關(guān)，整理好器材.
4.數(shù)據(jù)處理
(1)在坐標(biāo)紙上以U為橫軸、I為縱軸建立直角坐標(biāo)系.
(2)在坐標(biāo)紙中描出各組數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn).
(3)將描出的點(diǎn)用 連接起來，就得到小燈泡的伏安特性曲線.
5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析
(1)結(jié)果：描繪出的小燈泡燈絲的伏安特性曲線不是直線，而是向 軸彎曲的曲線.
(2)分析：燈泡燈絲的電阻隨溫度變化而變化.曲線向橫軸彎曲，即曲線上的點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率變小，電阻變 ，說明小燈泡燈絲的電阻隨溫度升高而 .
平滑的曲線
橫
大
增大
6.注意事項(xiàng)
(1)因I－U圖線是曲線，本實(shí)驗(yàn)要測(cè)出多組包括零在內(nèi)的電壓值、電流值，因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用 接法.
(2)由于小燈泡的電阻較小，故采用電流表 法.
(3)畫I－U圖線時(shí)縱軸、橫軸的標(biāo)度要適中，使所描繪圖線占據(jù)整個(gè)坐標(biāo)紙為宜，不要畫成折線，應(yīng)該用平滑的曲線連接，對(duì)個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)舍去.
分壓式
外接
測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線
2
例題練習(xí)
Part one
電流表內(nèi)接法與外接法的比較
例1　如圖所示，某同學(xué)用伏安法測(cè)電阻，分別采用了甲、乙兩種電路測(cè)量，關(guān)于誤差分析正確的是
A.若選擇甲圖，測(cè)量值偏大
B.若選擇乙圖，測(cè)量值偏大
C.若被測(cè)電阻Rx與電流表內(nèi)阻接近，選擇乙圖誤差較小
D.若被測(cè)電阻Rx與電壓表內(nèi)阻接近，選擇甲圖誤差較小
√
電流表內(nèi)接法與外接法的比較
解析　甲圖所示電路是電流表外接法，用它測(cè)量電阻時(shí)，測(cè)量值是待測(cè)電阻Rx和電壓表內(nèi)阻的并聯(lián)電阻值，故測(cè)得的電阻值偏小，故A錯(cuò)誤；
乙圖所示電路是電流表內(nèi)接法，用它測(cè)量電阻時(shí)，測(cè)量值R測(cè)＝Rx＋RA＞Rx，B正確；
電流表內(nèi)阻很小，被測(cè)電阻Rx與電流表內(nèi)阻接近，則所測(cè)電阻較小，因此選擇甲圖誤差較小，故C錯(cuò)誤；
電壓表內(nèi)阻較大，被測(cè)電阻Rx與電壓表內(nèi)阻接近，選擇乙圖誤差較小.故D錯(cuò)誤.
實(shí)驗(yàn)原理的理解和實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)器材的選擇
例2　在“測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)中，選擇“3 V　0.5 A”的小燈泡作為研究對(duì)象，請(qǐng)回答下面幾個(gè)問題：
(1)下列實(shí)驗(yàn)器材中應(yīng)選擇________(填入器材序號(hào))
A.電流表(量程0～0.6 A, 內(nèi)阻約1 Ω)
B.電流表(量程0～3 A，內(nèi)阻約1 Ω)
C.電壓表(量程0～15 V，內(nèi)阻約10 kΩ)
D.電壓表(量程0～3 V，內(nèi)阻約2 kΩ)
E.滑動(dòng)變阻器(阻值0～100 Ω)
F.滑動(dòng)變阻器(阻值0～10 Ω)
G.電源E＝6 V
H.開關(guān)S，導(dǎo)線若干
ADFGH
實(shí)驗(yàn)原理的理解和實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)器材的選擇
解析　燈泡額定電流為0.5 A，電流表選擇A；
燈泡額定電壓為3 V，電壓表選擇D；
為方便實(shí)驗(yàn)操作，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇F；
實(shí)驗(yàn)還需要電源、開關(guān)與導(dǎo)線，故需要的實(shí)驗(yàn)器材為：ADFGH；
實(shí)驗(yàn)原理的理解和實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)器材的選擇
(2)在本實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用________(填“分壓”或“限流”)式接法，電流表應(yīng)采用_____(填“內(nèi)”或“外”)接法.
分壓
外
解析　“測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線”要求電壓與電流從零開始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法；由于燈泡電阻遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，電流表應(yīng)采用外接法；
實(shí)驗(yàn)原理的理解和實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)器材的選擇
(3)在實(shí)線方框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并用實(shí)線代替導(dǎo)線，將圖中的器材連接成可供實(shí)驗(yàn)的電路.
實(shí)驗(yàn)原理的理解和實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)器材的選擇
解析　實(shí)驗(yàn)電路圖如圖甲所示：
根據(jù)電路圖連接實(shí)物電路，實(shí)物電路如圖乙所示：
實(shí)驗(yàn)原理的理解和實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)器材的選擇
連接實(shí)物電路時(shí)，一般先把電路圖畫出來，按照電流總是從電源正極出發(fā)→通過用電器→最后回到電源負(fù)極的順序連接或按逆序連接；連接實(shí)物圖時(shí)要注意導(dǎo)線不能交叉，導(dǎo)線的端點(diǎn)要接在各元件的接線柱上.另外要注意電表的正、負(fù)接線柱以及量程等.
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
(1)在圖乙方框圖中畫出與實(shí)物電路相對(duì)應(yīng)的電路圖.
例3　圖甲為“測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物電路，已知小燈泡的額定電壓為3 V.
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
(2)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：
①閉合開關(guān)前，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，滑片應(yīng)停留在滑動(dòng)變阻器的最____(選填“左”或“右”)端；
②閉合開關(guān)后，逐漸移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，增加小燈泡兩端的電壓，記錄電流表和電壓表的多組讀數(shù)，直至電壓達(dá)到額定電壓；
左
解析　為保護(hù)電路安全，開關(guān)閉合之前，題圖甲中滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)該置于最左端.
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
③記錄如下8組U和I的數(shù)據(jù)，斷開開關(guān).根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖丙方格紙上作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線.
編號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8
U/V 0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.20 2.60 3.00
I/A 0.020 0.060 0.100 0.140 0.170 0.190 0.200 0.205
小燈泡發(fā) 光情況 不亮　 微亮　　　 逐漸變亮　 　 正常發(fā)光 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
解析　根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，畫出小燈泡的I－U圖線如圖所示.
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
(3)數(shù)據(jù)分析：
①?gòu)膱D線上可以得知，當(dāng)電壓逐漸增大時(shí)，燈絲電阻的變化情況是___________________.
先不變，后逐漸增大
14.6 Ω
解析　電壓U＝3 V時(shí)，I＝0.205 A，所以小燈泡正常工作時(shí)的電阻約為R≈14.6 Ω.
解析　從圖線上可以得知，當(dāng)電壓逐漸增大時(shí)，燈絲電阻的變化情況是先不變，后逐漸增大.
解析　圖線表明導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大.
②圖線表明導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而______.
③小燈泡正常工作時(shí)的電阻約為________.(保留到小數(shù)點(diǎn)后一位)
增大
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
1.坐標(biāo)系標(biāo)度要合理選取，盡量使描出的圖象占據(jù)坐標(biāo)紙的大部分.
2.小燈泡電壓、電流變大時(shí)，電阻變大，伏安特性曲線是曲線.連線要用平滑的曲線，不能連成折線.
有一待測(cè)電阻Rx，阻值約為5Ω，允許最大功率為1.25W，現(xiàn)欲比較精確的測(cè)定其阻值。除待測(cè)電阻外，備用器材及規(guī)格如下：
⑴電壓表（0～3V～15V）3V量程內(nèi)阻約為3kΩ；15V量程內(nèi)阻為15 kΩ；
⑵電流表（0～0.6A～3A）0.6A量程內(nèi)阻為1Ω；3A量程內(nèi)阻為0.25Ω；
⑶滑動(dòng)變阻器（20Ω，1A）；
⑷滑動(dòng)變阻器（2kΩ，1.5A）；
⑸蓄電池組（6V，內(nèi)阻不計(jì)）；
⑹電鍵、導(dǎo)線。
要求待測(cè)電阻Rx中電流從零開始連續(xù)可調(diào)
典型例題：電壓表和電流表量程的選擇、滑動(dòng)變阻器的選擇和連接、分壓和限流電路的選擇
二極管的單向?qū)щ娦?br/>測(cè)繪二極管的伏安特性曲線
實(shí)驗(yàn)裝置的電路圖
A
V
R
S
E
測(cè)繪二極管伏安特性曲線的電路圖
右圖是測(cè)繪二極管伏安特性曲線的電路圖，虛線框內(nèi)是能夠提供可變電壓的電路。
A
V
R
S
E
開關(guān)閉合前，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使它靠近電路圖中變阻器左端的接線柱，這時(shí)二極管兩端的電壓為零。
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容同燈泡實(shí)驗(yàn)。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出二極管的伏安特性曲線。
I
U
晶體二極管的伏安特性曲線
結(jié)論
1.二極管的電流與電壓不成正比，二極管是非線性關(guān)系；
2.二極管加正向電壓時(shí)，電壓越高，電流隨電壓的變化越快；
3.二極管加方向電壓時(shí)，一般電壓下電流為零表示不導(dǎo)通，當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)，電流迅速增大，這是反向擊穿現(xiàn)象。
由上述實(shí)驗(yàn)我們得出二極管不遵循歐姆定律。
二極管是非線性元件。

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