資源簡介

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2024年秋季
北師大版物理
九年級全冊
第十二章 歐姆定律
第一節 學生實驗:探究——電流與電壓、電阻的關系
1
學習目標
2
課時導入
3
感悟新知
4
隨堂檢測
5
課堂小結
探究電流與電壓的關系
探究電流與電阻的關系
歐姆定律及其理解
運用歐姆定律進行簡單的計算
在上一章中，我們曾經把一只小燈泡分別與一節和兩節電池相連接，觀察它的亮度變化，小燈泡沒有換，電壓增大后，電流增大了，小燈泡變亮了，在電源兩端電壓不變的情況下，我們還做過用滑動變阻器改變電路中電流的實驗。根據這些實驗現象，你認為通過導體(小燈泡)的電流與導體兩端的電壓、導體的電阻之間存在什么關系？
問題與猜想
猜想1：電壓是形成電流的原因。導體兩端電壓越大，電流越大。
猜想2：電阻是導體對電流的阻礙作用。電阻越大，電流越小。
研究方法：控制變量法。
知識點
探究電流與電壓的關系
1
制訂實驗計劃：
1. 探究——電流與電壓的關系
實驗方法： 保持電阻不變(方法：取定值電阻)，改變定值電阻兩端的電壓(方法：調節滑動變阻器)，觀察并記錄電流的變化，分析數據，得出結論(定量關系)。
實驗電路圖：
實驗步驟：(1)斷開開關，按電路圖連接電路。
(2)將滑動變阻器滑片調到阻值最大處，閉合開關，調節滑動變阻器的滑片到適當位置，記錄電壓表和電流表的示數。
(3)將滑動變阻器滑片調到不同位置來改變電阻兩端的電壓，記錄電表的示數。重復以上操作，獲得多組數據。
(4)分析實驗數據，得出實驗結論。
實驗結論：當電阻一定時，通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比。
特別提醒
1. 探究電流與電壓的關系時，電阻要一定，所以研究對象選定值電阻，而不能選燈泡，因為燈絲的電阻是變化的( 溫度的升高而增大)。
2. 本實驗中滑動變阻器的作用：(1)保護電路。
(2) 改變定值電阻兩端的電壓。
3. 多次實驗的目的：測量多組數據，分析得出電流與電壓的關系，使實驗結論更具有普遍性。
特別提醒
4. 分析實驗數據的方法: 分析法，圖像法。
作出電流電壓變化的圖像(I-U 圖像)。
I-U 圖像特點：過坐標原點的直線。
[中考·陜西] 在探究通過導體的電流與導體兩端電壓的關系時，小明設計了圖3甲電路。電源電壓恒為3 V，R為定值電阻。
例1
(1)連接電路時，開關S 應處于________狀態；閉合開關前滑動變阻器的滑片P 應處于________處。
斷開
最大阻值
解析：連接電路時，開關S應處于斷開狀態，才能保護電路。閉合開關前，滑動變阻器的滑片P 應處于阻值最大處。
(2)閉合開關S，發現電壓表示數接近3 V，電流表指針幾乎不偏轉，移動滑片P 的過程中，兩表示數均無變化。已知導線、儀表均完好，且接觸良好，則故障原因是___________ 。
電阻R 斷路
解析：閉合開關，電流表無示數，則電路中出現了斷路，而電壓表的示數接近3 V，說明電壓表與電源是連通的，那么出現的故障應該是電阻R 斷路。
(3)排除故障后，閉合開關S，小明改變電阻R 兩端的電壓，進行了多次實驗，實驗數據記錄如下表。
實驗次數 1 2 3 4
電壓表示數U/V 1.0 1.5 2.0 2.5
電流表示數I/A 0.10 0.15 0.20 0.25
①請根據表中數據，在圖乙中用描點法畫出導體中的電流I與導體兩端電壓U 的關系圖像。
解：如圖4 所示。
解析：根據實驗所得數據，畫出導體中的電流I 與導體兩端電壓U 的關系圖像如圖4 所示。
②分析數據可得：當導體電阻一定時，導體中的電流與導體兩端的電壓成________。
正比
解析：由表格數據知，各組電壓與電流的比值為定值，或由I-U 圖像可知，當導體電阻一定時，導體中的電流與導體兩端的電壓成正比。
(4)在此實驗中改變電阻R 兩端的電壓是通過改變
__________________________來實現的。
滑動變阻器接入電路的阻值
解析：實驗中通過改變滑動變阻器接入電路的阻值來改變電阻R 兩端的電壓。
技巧點撥
本實驗分析數據的技巧：本實驗中，測量了多組電壓與電流的值，由于電壓與電流的單位不同(不同的物理量不能相加或相減)，分析過程中，應該嘗試將每一次實驗得到的電壓與電流的值進行相乘或求比值來發現規律。如果比值一定，表明兩者成正比，如果乘積一定，則表明兩者成反比。
方法技巧
1. 作圖像是分析物理量關系常用的一種方法，圖像可直觀反映物理量間的關系，當電阻一定時，I-U 圖像為過坐標原點的一條直線，表明電流與電壓成正比。
2. 探究性實驗多次實驗的目的是尋找普遍規律，使實驗結論更具有普遍性；測量性實驗若用求平均值的方法處理實驗數據，則實驗的目的是減小誤差。
實驗方法：
保持電阻兩端的電壓不變(方法：調節滑動變阻器)，改變電阻(方法：換接不同阻值的電阻)，觀察并記錄電流的變化，分析數據，得出結論(定量關系)。
知識點
探究電流與電阻的關系
2
實驗電路圖：
實驗步驟：
1. 斷開開關，按電路圖(如圖5)連接電路。
2. 將滑動變阻器滑片調到阻值最大處，閉合開關，調節滑動變阻器的滑片到適當位置，記錄電壓表和電流表的示數。
3. 斷開開關，換接不同阻值的電阻，調節滑動變阻器，使電壓表示數保持不變，記錄電流表的示數。更換不同的電阻，重復以上操作，獲得多組電流隨電阻變化的數值，記錄到表格中。
4. 分析實驗數據，作如圖6 的I-R 圖像，得出實驗結論。
實驗結論：
當電壓一定時，通過導體的電流與導體的電阻成反比。
特別提醒：
(1)多次實驗的目的：測量多組數據，分析得出電流與電阻的關系，使實驗結論更具有普遍性。
(2)分析實驗數據的方法：分析法，圖像法。
作出電流隨電阻變化的圖像(I-R 圖像或I- 圖像)。
當電壓一定時，通過導體的電流與導體的電阻成反比。
對比法研究實驗
對比滑動變阻器在探究電流與電壓和探究電流與電阻關系中的作用的異同：
(1) 相同點：保護電路。(2) 不同點：
①探究電流與電壓關系實驗中滑動變阻器的作用： 改變定值電阻兩端的電壓。
②探究電流與電阻關系實驗中滑動變阻器的作用：使定值電阻兩端的電壓保持不變。
[中考·菏澤] 某學習小組計劃探究電流與電阻的關系，
設計的電路如圖7 甲所示。
例2
(1)請根據圖甲把圖乙中的電路連接完整(要求滑動觸頭向右移動時，電路中電流變大)。
解：如圖8 所示。
解析：當滑動觸頭向右移動時，電路中電流變大，則滑動變阻器連入電路中的電阻變小，故滑動變阻器下方應該接的是右接線柱B，如圖8 所示。
(2)在閉合開關進行實驗前，滑動變阻器的滑動觸頭應位于 _____(填“A”或“B”)端。
A
解析：在閉合開關進行實驗前，滑動變阻器應移至阻值最大處，應位于A 端。
(3)為得到多組實驗數據，進行實驗時需要更換連入電路中的定值電阻。每次更換定值電阻后，都需要調節滑動變阻器，使電壓表的示數_________。
保持不變
解析：探究電流與電阻的關系，需要控制定值電阻兩端的電壓不變，故每次更換定值電阻后，都需要調節滑動變阻器，使電壓表的示數保持不變。
(4)某次實驗時，閉合開關，調節滑動變阻器，發現電流表示數變化，但電壓表的示數為零，則電路中的故障是_______________。
定值電阻R 短路
解析：閉合開關，調節滑動變阻器，電流表示數變化，電壓表的示數為零，說明與電壓表并聯的定值電阻短路。
(5)某次實驗中，電流表示數如圖丙所示，該電流表的示數為_______。
0.24 A
解析：如圖丙所示，電流表選用0~0.6 A 的量程，故電流表的示數為0.24 A。
(6)某同學分析實驗數據發現在電壓一定的情況下，電流與電阻成反比，于是他作出了
如圖丁所示的I- 圖線，則
實驗中該同學加在電阻兩
端的電壓為_____。
3 V
解析：在實驗中，定值電阻兩端的電壓是一定的，可以在圖像上取任意一點計算，當I=0.30 A時，
=0.1Ω－1，則定值電阻的阻值R=10 Ω，定值電阻兩端的電壓U=IR=0.3 A×10 Ω=3 V。
技巧點撥
分析歸納實驗結論時，可以對比電壓和電阻對電流的影響，來確定分析數據的方向。如：電流會著電壓的增大而增大 ，分析時就應該看電流與電壓是否具有成正比的關系，即試著求比值 ，或作圖像 ，看是否為過坐標原點的直線。
技巧點撥
而電阻是導體對電流的阻礙作用，很顯然在電壓一定時電阻越大，電流越小，思考的方向就應該看電流與電阻是否具有成反比的關系，而由實驗數據找規律時，就要試著求出每一次實驗的電流與電阻的乘積。作出I-R 圖像，若不能確定是否為反比例關系時，往往會作出電流I 與的關系圖像，若I 與成正比，則I與R 成反比。
1. 歐姆定律 通過導體的電流，跟導體兩端的電壓成正比，跟導體的電阻成反比。
(1)表達式：I=。變形式：U=IR、R=。
知識點
歐姆定律及其理解
3
(2)公式中各符號代表的物理量及單位。
符號 物理量 單位
U 電壓 伏特(V)
R 電阻 歐姆(Ω)
I 電流 安培(A)
2. 理解歐姆定律
(1)歐姆定律的適用范圍：適用于純電阻電路。目前只要求知道，在電動機正常工作時，歐姆定律不能用于電動機的計算。
(2)電流與電壓的關系和電流與電阻的關系都可以用圖像法進行研究。同時注意對比兩圖像。如圖甲是電阻一定時電流與電壓的關系，圖乙是電壓一定時電流與電阻的關系。
特別提醒
正確理解變形式R=:
(1) 可以用這個推導式計算導體的電阻；
(2) 不能說導體的電阻與電壓成正比，與導體中電流成反比。因為，導體兩端的電壓和通過導體的電流對導體的電阻無影響。
延伸拓展
純電阻電路
就是在通電狀態下把消耗的電能全部轉化為電阻的內能，不對外做功，即電能不能轉化為內能以外的能量形式。例如：電烙鐵、電熨斗等等，它們只發熱，都是純電阻。像發動機、電風扇等，除了發熱以外，還對外做功，所以含有這些元件的電路是非純電阻電路。
[中考·玉林] 由歐姆定律I=變形可得R=，以下說法正確的是( )
A. 導體的電阻跟它兩端的電壓成正比
B. 導體的電阻跟通過它的電流成反比
C. 導體的電阻跟它兩端的電壓和通過它的電流無關
D. 導體的電阻由它兩端的電壓和通過它的電流的比值決定
例3
C
解析：電阻是導體本身的一種性質，電阻的大小與導體的材料、長度、橫截面積和溫度有關，與其兩端的電壓和通過的電流無關。歐姆定律的變形式R=，是電阻的計算式。要注意公式的物理意義，不能單純地從數學角度分析這個變形式的含義。故選C。
方法點撥
本題屬于概念和定律理解類問題，運用要點辨析法。本題主要涉及的是對歐姆定律的理解，但分析時卻要抓住電阻這個物理量的物理含義。電阻是導體對電流的阻礙作用的大小，是導體本身的一種性質，與導體的材料、長度、橫截面積和溫度有關，而與電壓和電流無關。
對于一個導體，只要知道其對應的電壓、電流和電阻中的兩個量，就可以利用歐姆定律公式求出第三個量，如圖10。
知識點
運用歐姆定律進行簡單的計算
4
1. 公式運用的三種類型：
(1)直接運用公式求流過導體的電流；
(2)運用變形式U =IR 求導體兩端電壓；
(3)運用變形式R=求導體的電阻。
2. 運用歐姆定律公式時要注意以下三點：
(1) 注意三個量的同一性：即在運用公式進行計算時，要注意三個量是同一導體或同一段電路中的電流、電壓、電阻，不能張冠李戴。
(2) 注意三個量單位的統一性：公式中的三個物理量必須使用國際單位制中的單位，電壓→伏特(V)，電流→安培(A)，電阻→歐姆(Ω)。
(3) 注意三個量的同時性：例如，在同一電路中，由于滑動變阻器滑片的移動，接入電路的電阻變化，總電阻的變化會導致電流與部分電路電壓的變化，應用該公式時，三個量是同一時刻的電流、電壓和電阻。
同一性圖解:
正確理解變形式R=:
如圖11 所示，如果計算定值電阻R2 的阻值，只能用R2=來計算，而不能用R2=或R2=來計算。
[中考·天津] 如圖12 所示的電路，電源電壓保持不變，電阻R1、R2 分別為20 Ω 和30 Ω，只閉合開關S1 時，電流表的示數為0.3 A。求：
例4
(1)電源電壓。
解析：只閉合開關S1 時，電路如圖13 甲，由題意可知，電流表的示數為0.3 A，即I1=0.3 A，R1=20Ω。由歐姆定律，知二求一，可求出R1 兩端的電壓U1 即為電源電壓。
解：只閉合開關S1，電路如圖甲，由歐姆定律可得電源電壓U=U1=I1R1=0.3 A×20 Ω=6 V。
(2)S1、S2 均閉合時，電流表的示數。
解析：S1、S2 均閉合時，電路圖如圖乙所示，電流表測并聯電路的總電流，即求I= 。S2 閉合前后R1 兩端的電壓不變，故流過R1 的電流不變。已知量和待求量如圖乙所示。求出R2 的電流I2，利用I=I1+I2 可求得總電流I。
解：S1、S2 均閉合時，電路如圖乙，由歐姆定律可得通過
電阻R2 的電流I2= = =0.2 A，則I=I1+I2=0.3 A+0.2 A=0.5 A。
方法點撥
在電學計算中，圖示分析法是一種常用的方法，解題的一般步驟:
(1) 畫出等效電路圖；
(2) 標出已知量的字母和數值 ，標出待求量的字母，要注意用角標區分不同元件的相同物理量；
(3) 利用歐姆定律，結合串并聯電路的電流、電壓規律，分析即可求解。
技巧點撥
電學計算口訣：電學計算有訣竅，畫圖標量不可少；量的關系細細找，列式計算答寫好。
1．小明同學在“探究電流與電壓的關系”的實驗中，要改變電阻兩端的電壓，下列辦法不可行的是(　　)
A．改變干電池的個數
B．更換定值電阻
C．移動滑動變阻器的滑片
D．調節學生電源的調壓旋鈕
B
2．[2023·臨沂期中]在“探究電流與電壓的關系”實驗中，用定值電阻進行實驗，得出了電流與電壓的關系，下列選項中I－U圖像正確的是(　　)
B
3．德國物理學家________通過大量的實驗探究，得出了通過某段導體的電流跟這段導體兩端的電壓成正比，跟這段導體的電阻成________的結論，為了紀念他，人們用他的名字命名了________的單位。
歐姆
反比
電阻
4．在“探究電流與電壓的關系”實驗中，采用圖像法得到如圖所示的I－U圖像，由圖可知，電阻R一定時，通過導體的電流與導體兩端的電壓的關系及R的阻值分別是(　　)
A．成正比、R＝10 Ω
B．成正比、R＝1 Ω
C．成反比、R＝10 Ω
D．成反比、R＝1 Ω
A
電流與電壓的關系
探究
電流與電阻的關系
結論
歐姆定律
理解
內容
表達式

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