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關鍵詞: 物理 歐姆定律 復習
在物理復習的整個知識體系中,電學知識板塊兒尤為重要。一是:它占整個三式合一理化試題物理部分的40%左右,即70分中的近30分屬于物理電學試題。二是:電學知識在生產實踐中的重要作用已凸顯出來。而要學生全面掌握、領會初中階段電學知識,對于相當一部分初中生來說具有較大的難度。從教以來我聽過一些初中電學復習課:有的先把所要用到的電學公式板書在黑板上,再講典型例題,接著練習;有的則通過學生作題中所反饋的問題對知識進行補充強調,再練習;有的直接強調萬變不離其宗,讓學生多看教材,然后講例題等。復習中講例題沒錯,但選擇的例題過多,又無代表性,既延長了復習時間,又不能使學生的知識得到升華。久而久之,學生疲勞,老師厭煩。要使復習課在短時間內生動、奏效,應選擇恰當的例題,在講例題的基礎上,對知識進行歸納和升華。
復習課,一要體現“從生活走向物理,從物理走向社會”,教學方式多樣化等新課程理念;二要體現“知識與技能、過程與方法以及情感態度和價值觀”三維目標的培養;三要優化學生的認知結構,讓學生在教師的引導、幫助下,把學到的知識歸納起來,從而便于提練和記憶。所以對電學的復習要從學生喜聞樂見的小電器起步,從典型例題入手進行歸納總結。
例1:如圖-1是一個玩具汽車上的控制電路。小明對其進行測量和研究發現:電動機的線圈電阻為1Ω,保護電阻R為4Ω。當閉合S后,兩電壓表的示數分別為6V和2V,則電路中的電流為?搖 ?搖?搖?搖A,電動機的功率為?搖?搖 ?搖?搖W。(這是陜西師范大學出版社出版,經陜西省中小學教材審定委員會2008年審定通過的《物理課堂練習冊》中的一道題)
學生通常按下列方法計算電路中的電流:
R中的電流:I=U/R=2V/4Ω=0.5A,
電動機中的電流:I=U/R=4V/1Ω=4A,
由此得第一空電路中的電流就有兩個值0.5A和4A。
于是第二空的對應值為:P=UI=4V×0.5A=2W與P=UI=4V×4A=16W。這就存在兩個問題:
1.根據歐姆定律計算出兩個串聯元件中的電流不相等,與串聯電路中電流的特點相矛盾。
2.由串聯分壓原理得:U:U=R∶R=1∶4,得:
①當U=2V時,U=8V,得到U+U=2V+8V=10V≠U源;
②當UM′=4V時,U′=1V。U′+U=1V+4V=5V≠U,這與串聯電路中的電壓關系相矛盾。
對此,應找出題中所涉及的知識點,分析這些知識點間的聯系,那上面的矛盾就迎刃而解了。
首先,應對歐姆定律有深入的理解。
例2:如圖2所示電路(R≠R≠R)。引導學生分析如下:
1.對電路狀態的分析。
(1)當S、S、S都閉合時,R與R并聯,并聯后作為一個整體再與R串聯。A測R中的電流,V測R或R兩端電壓。
(2)當S、S閉合S斷開時,則由圖-2演變為圖-2(a)到(b)。
R與R串聯,R處于斷開狀態,A測整個電路中的電流。
(3)當S、S閉合S斷開時,則由圖2演變為圖-2(c)到(d)。
R與R串聯,R處于斷開狀態,V測R兩端電壓。
2.歐姆定律中涉及I、U、R三個量間的關系。
(1)歐姆定律中的I、U、R三個量是針對同一個用電器或者同一部分電路而言的,即必須滿足“同一性”。
當圖-2中的S、S、S都閉合時,A測R中的電流為I,V測R兩端電壓為U。此時能否用U與I的比值來計算R或R阻值呢?(即R=U/I)。
如果R=R時,由于R與R并聯,所以R兩端電壓U等于R兩端電壓U,即U=U=U。根據R=U/I得R=U/I,R=U/I。這樣計算出的R2的值雖然是正確的,但屬于不正確的方法得出了正確的結果,實屬偶然巧合。
若R≠R時,那么R=U/I,若再按R=U/I來計算R的電阻值就沒有上述的巧合了。因為電壓相等是并聯電路電壓的特點,R、R中的電流是不相等的。上述中錯誤地認為R、R中電流相等。這里的電壓是R兩端電壓,而電流是R中的電流,電壓與電流是兩個不同電阻(或用電器,或電路)的對應量,也就違背了“同一性”。
這就告訴我們,在應用歐姆定律解題時,一定要遵循“同一性”原則,切忌“張冠李戴”,電學中的所有公式都不能違背“同一性”原則。如:W=UIt、Q=IRt、P=UI等。
(2)歐姆定律中的I、U、R三個量必須是同一狀態、同一時刻存在的三個物理量,即必須滿足“同時性”。
在圖-2中,當S、S閉合時,R中的電流大小與S、S閉合時R中的電流大小是否相等?
在圖-2中,當S、S閉合S斷開時,不難看出,R與R串聯:I=I=I則I=U源/(R+R);當S、S閉合S斷開時,R與R串聯:I=I=I,則I=U/(R+R)。因為R+R≠R+R所以U源/(R+R)≠U源/(R+R),即兩次電流不相等。S、S閉合時,R中的電流大小與S、S閉合時R中的電流大小不相等,這是因為S、S閉合時與S、S閉合時電路狀態不同,R是在不同的狀態下工作,不是同一時間內電流的大小,電流不相等。
在利用公式計算的過程中,不能用第一狀態下的量值與第二狀態下的量值代入關系式計算。如:要計算R的電阻值,就不能用第一狀態下R兩端的電壓值與第二狀態下R中的電流的比值來計算R的電阻值。在計算電流、電壓時,也不能這樣處理。
因此在利用公式計算時,帶值入式的物理量必須是同一狀態下的物理量,必須滿足“同時性”。
(3)歐姆定律中的I、U、R三個量的單位必須同一到國際單位制,即I―A、U―V、R―Ω。即應滿足“統一性”。
除各物理量的主單位外,還應記住常用單位及其單位換算關系,將常用單位換算為國際單位制單位,在利用其它電學公式計算時也要統一單位。
如:電功的公式W=UIt中,各物理量的對應單位:U-V、I-A、t-S;這樣W的單位才是J。電熱的公式Q=IRt中:I―A、R―Ω、t―S;這樣Q的單位才是J。電功率的公式P=UI中:U-V、I-A,這樣P的單位才是W。
我們要確定歐姆定律的適用條件。
1.歐姆定律只對一段不含電源的導體成立,即只適用于純電阻電路。因此,歐姆定律又稱為一段不含源電路的歐姆定律。
例1中涉及到電磁轉換的知識,電動機工作時實質上也是一個發電機。電動機工作時,其閉合線圈切割磁感線會產生感應電流,所產生的感應電流對流過電動機線圈中的電流有一定影響。
實際上圖1相當于一個“RL”串聯電路,總電壓的有效值不等于各分電壓有效值的代數和,即U≠U+U。但得到的電流有效值的關系I=U/Z與直流(或部分)電路的歐姆定律相似,各元件上的分電壓與該元件的阻抗(Z)成正比。
雖然電動機工作時產生的阻抗目前初中階段無法計算出來,但無論電動機工作時產生的阻抗為多少,電路中的電流都等于電阻R中的電流,即I=U/R=2V/4Ω=0.5A。電動機兩端的實加電壓等于總電壓(電源電壓)減去電阻R兩端的電壓,即U=U-U=6V-2V=4V。則電動機的功率為:P=UI=4V×0.5A=2W。
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上述分析說明,電阻R所在的這部分電路與電動機所在的這部分電路有著本質的不同。從能量轉化的角度看:電阻R所在的這部分電路是將電能全部轉化為熱能;而電動機所在的這部分電路電能只有少部分轉化為熱能,大部分轉化為機械能。前者屬于純電阻電路,后者屬于非純電阻電路。
歐姆定律只適用于純電阻電路,即用電器工作的時候電能全部轉化為內能的電路。例如電熨斗、電暖氣、電熱毯、電飯鍋、熱得快等。而電動機、電風扇,等等,除了發熱外,還對外做功,所以這些是非純電阻電路,歐姆定律不再適用。由歐姆定律導出的公式也只適用于純電阻電路(如:W=IRt W=U/Rt Q=UIt Q=U/Rt P=IR P=U/R等。)
2.歐姆定律適用于金屬導體和通常狀態下的電解質溶液;但是對于氣態導體(如日光燈管中的汞蒸氣)和其它一些導電元器件,歐姆定律不成立。歐姆定律對某一導體是否適用,關鍵是看該導體的電阻是否為常數。當導體的電阻是不隨電壓、電流變化的常數時,其電阻叫線性電阻或歐姆電阻,歐姆定律對它成立;當導體的電阻隨電壓、電流變化時,其電阻叫非線性電阻,如:電子管、晶體管、熱敏電阻等,歐姆定律對它不成立。
3.歐姆定律只有在等溫條件下,即導體溫度保持恒定時才能成立。當導體溫度變化時,歐姆定律對該導體不成立,因為電阻是溫度的函數。
在講解歐姆定律的應用時,常舉白熾燈的例子,實際上白熾燈的鎢絲在溫度變化很大時電阻具有非線性,隨著電流的增大,鎢絲的溫度升高很多,其電阻也隨著變化。對非線性電阻,歐姆定律不成立,但是作為電阻定義的關系式R=U/I仍然成立,只不過對非線性電阻,R不再是常量。
綜上所述,例1中第一空電路中的電流有兩個值0.5A和4A,一個是在純電阻電路(電阻R)中用歐姆定律算出的電流0.5A。另一個是用歐姆定律計算在非純電阻電路(含電動機的電路)中的電流為4A,顯然不對。
通過對例1的全面、透徹的分析,我們對電學知識得到了進一步升華:(1)判斷電路的連接方式;(2)判斷電表的作用;(3)利用歐姆定律解決實際問題時必須注意“三性”;(4)復習了電功率、焦耳定律等相關電學公式;(5)歐姆定律的適用范圍。
學生能夠領悟到,復習不是為了解題,而是要掌握知識的前后聯系,優化知識結構;仔細觀察,認真分析;發散思維,以點帶面;舉一反三,融會貫通。這樣,從而體現出知識與技能、過程與方法,以及情感態度和價值觀的培養。
參考文獻:
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[3]梁紹榮等.普通物理學―電磁學高等教育出版社,1988.
[4]新課程實施難點與教學對策案例分析叢書,(初中卷).中央民族大學出版社.
一、知識網絡
歐姆定律探究電流與電壓、電阻的關系歐姆定律內容、公式歐姆定律的應用伏安法測電阻串聯、并聯電路電阻的特點
二、知識梳理
(一)歐姆定律的探究(探究電流與電壓、電阻的關系)
1.探究方法:控制變量.
2.實驗電路圖:如圖1所示.
3.實驗結論:在電阻一定時,導體中的電流與導體兩端的電壓成正比;在電壓一定時,導體中的電流與導體的電阻成反比.
(二)歐姆定律
1.內容:導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比,跟導體的電阻成反比.
2.表達式:I=■
3.適用范圍:歐姆定律所研究的電路是電源外部的一部分或全部電路;在非純電阻電路中(如含有電動機的電路),公式中的U、I、R的關系不成立.
4.適用條件:歐姆定律公式中的各個物理量具有同一性,即I、U、R是對同一段電路(或導體)、同一時刻(或狀態)而言的.
5.公式變形:由歐姆定律數學表達式可得到公式R=■、U=IR,用于計算導體的電阻和導體兩端的電壓.
(三)歐姆定律的應用
1.伏安法測電阻
伏安法測電阻的實驗原理是R=■.用伏安法測量導體電阻的大小,即用電壓表測量導體兩端的電壓大小,用電流表測量導體中電流大小,根據公式R=■,即可得到導體電阻的大小.在用伏安法測電阻時,要正確選擇電壓表與電流表的量程,同時,要利用多次測量求平均值以減小實驗誤差.
2.推導串聯電路的總電阻
如圖2,根據串聯電路中電流、電壓的特點可知:
I=I1=I2,U串=U1+U2
再根據歐姆定律變形公式可得:
IR串=I1R1+I2R2
所以,R串=R1+R2
結論:串聯電路的總電阻等于各串聯導體電阻之和.(若有n個導體串聯,其總電阻為R串=R1+R2……+Rn)
3.推導并聯電路的總電阻
如圖3,根據并聯電路中電流、電壓的特點可知:
I=I1+I2,U=U1=U2
再根據歐姆定律的變形公式可得:
■=■+■
所以,■=■+■
結論:并聯電路總電阻的倒數等于各并聯導體電阻倒數之和.(若有n個導體并聯,其總電阻為■=■+■+……+■)
三、典型例題
例1 由歐姆定律數學表達式可以得出公式R=■.關于此表達式,下列說法正確的是( ).
A.當導體兩端的電壓是原來的2倍時,導體的電阻也是原來的2倍
B.當導體中電流是原來的2倍時,導體的電阻是原來的0.5倍
C.當導體兩端的電壓增加幾倍,導體中的電流也增加幾倍,導體的電阻不變
D.當導體兩端的電壓為零時,導體的電阻也為零
解析 公式R=■是由歐姆定律數學表達式變形得到的,它表示一段導體兩端的電壓與通過導體電流的比值是不變的,它反映了導體對電流的阻礙作用.電阻是導體本身的一種屬性,跟導體兩端電壓、電流均無關.
答案 C.
例2 小明同學想探究“一段電路中的電流跟電阻的關系”,設計了如圖4所示的電路圖(電源電壓恒為6V).
(1)根據小明設計的圖4,用鉛筆將圖5的實物連接完整.
(2)小明將第一次實驗得到的數據填入了下面表格中,然后將E、F兩點間的電阻由10Ω更換為20Ω,讓滑動變阻器的滑片P向 移動(選填“A”或“B”),直到電壓表的示數為 V.此時電流表的指針位置如圖6所示,請把測得的電流數值填入表格.
(3)小明根據實驗數據得到如下結論:導體中的電流與導體的電阻成反比.請你對以上的探究過程和得出的結論做出評價,并寫出兩點評價意見: ; .
解析 (1)連接實物圖時,電壓表要并聯在定值電阻兩端,并注意選擇合適的量程;連接滑動變阻器要注意連接“一上一下”兩個連接柱.
(2)因為導體中的電流與導體電阻和導體兩端的電壓均有關,所以探究“一段電路中的電流跟電阻關系”時應控制定值電阻兩端電壓相同.當E、F兩點間的電阻由10Ω更換為20Ω時,如果滑動變阻器滑片P不移動,則電壓表示數會變大,為了保持電壓表示數不變,滑片P應向B端移動,直到電壓表示數與第一次實驗時一樣,即4V.
(3)通過數據分析找出物理規律是研究物理問題的常用方法,但僅通過一兩次實驗數據就得到結論并不科學,常常會使結果帶有偶然性,因此需要進行多次實驗;得出的結論是有條件限制的,結論缺少前提條件.
答案 (1)如圖7所示.
(2)B 電壓表的示數為4V 0.2
(3)實驗次數太少(沒有進行多次實驗);結論缺少“電壓一定”的前提條件
例3 小華想測出一個電阻Rx的電阻值,將選用的器材連接成如圖8所示的電路,R0為已知阻值的定值電阻.由于電源電壓未知,所以,沒能測出電阻Rx的阻值.請你選添合適的器材,幫他完成這個實驗.要求:(1)用兩種不同的方法,分別畫出電路圖,簡要說明實驗方法,并寫出電阻Rx的表達式.(2)每一種方法在不拆除原有電路接線的條件下,只允許選添一種器材和導線接入電路.
解析 方法1:如圖9,用電流表測出通過Rx的電流I,用電壓表測出Rx兩端的電壓U,則電阻Rx=■.
方法2:如圖10,用電流表測出通過Rx的電流為I,用電壓表測出Rx和R0兩端的總電壓為U,則電阻Rx=■-R0.
方法3:如圖11,先用電流表測出電路中的電流為I1,再將導線并聯在電阻Rx兩端,測出電流表為I2,則電阻Rx=■R0 .
點評 本題采用特殊方法測量電阻.因為已有電流表,這樣就可以測出電阻Rx和已知電阻R0的電流值.但由于缺少電壓表,因此解決本題的關鍵是如何測量出電阻Rx兩端的電壓.解決本題的方法是開放性的,只要能測出電阻Rx兩端的電壓(或Rx和R0兩端的總電壓),即可利用R=■求出電阻Rx的阻值(或電阻器Rx與R0的總電阻,從而可求Rx的阻值).另外,將導線并聯在電阻Rx或已知電阻R0兩端,可使得電路中電流發生變化.根據電流表的數值,并利用歐姆定律即可求出電阻Rx的阻值.
例4 在學校舉行的物理創新大賽上,小明和小紅所在的科技小組分別設計了一種測量托盤所受壓力的壓力測量儀,如圖12、圖13所示.兩裝置中所用的器材與規格完全相同,壓力表是由電壓表改裝而成,R1為定值電阻,阻值為10Ω,R2為滑動變阻器,規格為“10Ω 1A”.金屬指針OP可在金屬桿AB上滑動,且與它接觸良好,金屬指針和金屬桿電阻忽略不計.M為彈簧,在彈性限度內它縮短的長度與其所受的壓力大小成正比.當托盤所受壓力為零時,P恰好位于R2的最上端;當托盤所受壓力為50N時,P恰好位于R2的最下端,此時彈簧的形變仍在彈性限度內.
(1)圖12裝置中,當P位于R2的最下端時,電壓表的示數為3V,則電源電壓是多少?
(2)圖12裝置中,壓力25N的刻度位置標在電壓表表盤多少伏的刻度線上?
(3)在圖12、圖13兩種裝置中,兩個壓力表的刻度特點有何不同?試說明理由.
解析 (1)圖12裝置中,當P位于R2的最下端時,
電路中的電流I=■=■=0.3A.
電源電壓U=I(R1+R2)=0.3A×(10Ω
+10Ω)=6V.
(2)圖12裝置中,當托盤所受壓力為25N時,P恰好位于R2的中點,滑動變阻器接入電路的電阻R2為5Ω.電壓表測R2兩端電壓.
電路中的電流I=■=■=0.4A.
電壓表的示數為U2=IR2=0.4A×5Ω=2V.
壓力25N的刻度位置標在電壓表表盤2V的刻度線上.
(3)圖12裝置中壓力表的刻度是不均勻的,圖13裝置中壓力表的刻度是均勻的.
圖12裝置中,當改變托盤所受的壓力時,R2接入電路中的電阻發生變化,電壓U2=■,U2與R2不是正比關系,壓力表的刻度不均勻.
模塊一
單開關電路動態分析
例題精講
【例1】
如圖,當S閉合,滑動變阻器的滑片P向右滑動時,電壓表示數將_______,電流表示數將________,電壓表示數與電流表示數的比值________(選填“變大”、“變小”或“不變”).
考點:
歐姆定律的應用;滑動變阻器的使用;電路的動態分析.
解析:
當滑片向右移動時,接入電阻變大,總電阻變大,由歐姆定律得電路中電流變小,R上的電壓變小.因R阻值不變,故電壓表與電流表的示數不變.
答案:
變小,變小,不變.
【測試題】
如圖所示的電路,滑動變阻器的滑片P
向右滑動的過程中,電流表和電壓表的示數變化是(
)
A.電流表示數變小,電壓表示數變大
B.
電流表、電壓表示數都變大
C.電流表示數變大,電壓表示數變小
D.
電流表、電壓表示數都變小
考點:
歐姆定律的應用;滑動變阻器的使用.
解析:
讀圖可知,這是一個串聯電路,電壓表測滑動變阻器兩端的電壓,電流表測串聯電路的電流.當滑動變阻器的滑片P向右滑動時,接入電路的阻值變大,根據串聯電路的分壓原理,電壓表的示數會變大.電路中的總電阻變大,在電源電壓不變的情況下,電流會變小.所以只有選項A符合題意.
答案:
A
【例2】
如圖所示電路,當滑動變阻器滑片向右滑動時,電流表和電壓表示數變化情況是(
)
A.
電流表和電壓表示數都不變
B.
電流表示數變小,電壓表V1示數變小,電壓表V2示數不變
C.
電流表示數不變,電壓表示數都變大
D.
電流表示數變大,電壓表V1示數不變,電壓表V2示數變大
考點:
電路的動態分析;滑動變阻器的使用;歐姆定律的應用.
解析:
由電路圖可知,R1與R2串聯,電壓表V1測R1兩端的電壓,電壓表V2測電源的電壓,電流表測電路中的電流;
電源的電壓不變,
滑片移動時,電壓表V2的示數不變,故AD不正確;
當滑動變阻器滑片向右滑動時,接入電路中的電阻變大,電路中的總電阻變大,
I=,
電路中的電流變小,即電流表的示數變小,故C不正確;
U=IR,
定值電阻R1兩端的電壓變小,即電壓表V1示數變小,故B正確.
答案:
B
【測試題】
如圖所示,當變阻器滑片P向右滑動時,兩電壓表示數的變化情況是(
)
A.
V1增大,V2增大
B.
V1減小,V2增大
C.
V1增大,V2減小
D.
V1減小,V2減小
考點:
電路的動態分析;串聯電路的電壓規律;滑動變阻器的使用;歐姆定律的應用.
解析:
⑴定值電阻R1、R2和滑動變阻器Rr組成串聯電路,電壓表V1測量定值電阻R1兩端的電壓,電壓表V2測量滑動變阻器Rr和R2兩端的電壓;
⑵當滑動變阻器的滑片P向右滑動時,其接入電路阻值變大,電路中總電阻變大,因此電路中電流變小;
⑶①定值電阻R1兩端的電壓為U1=IR1,I變小,R1不變,因此電阻R1兩端的電壓U1變小,即電壓表示數V1減小;
②根據串聯電路電壓的特點,滑動變阻器和R2兩端的電壓U2=U-U1,U不變,U1都變小,所以U2變大,即電壓表V2的示數會增大.
答案:
B
【例3】
如圖所示電路,電源電壓不變,當滑動變阻器的滑片P向右滑動時,各電表示數的變化情況是(
)
A.
A變小、V1變大,V2變小
B.
A變大、V1變大,V2變小
C.
A變小、V1變小,V2變大
D.
A變大、V1變小,V2變大
考點:
歐姆定律的應用;電路的動態分析.
解析:
由電路圖可知,滑片P向右滑動時,滑動變阻器接入電路的阻值變大,
滑動變阻器的分壓變大,電壓表V1示數示數變大,由串聯電路電壓特點知,電阻R的分壓減小,電壓表V2示數變小;電源電壓不變,電路電阻變大,由歐姆定律可知,電路電流減小,電流表示數變小.
答案:
A
【測試題】
如圖所示,電源電壓保持不變,當滑動變阻器滑片P向右滑動時,電表示數的變化情況是(
)
A.電壓表V示數變小
B.
電流表A1示數變大
C.電流表A2示數變大
D.
電流表A1示數變小
考點:
歐姆定律的應用;電路的動態分析.
解析:
⑴電路的等效電路圖如圖所示:
⑵電源電壓U不變,由電路圖知,電壓表測電源電壓,因此電壓表示數不變,故A錯誤;電阻R1阻值不變,由歐姆定律知IA2=I1=不變,即電流表A2示數不變,故C錯誤;
⑶滑動變阻器滑片P
向右滑動,滑動變阻器接入電路的阻值R2變大,
流過滑動變阻器的電流I2=變小,干路電流I=IA1=I1+I2變小,故B錯誤,D正確.
答案:
D
【例4】
如圖所示電路中,當變阻器R的滑動片P向上滑動時,電壓表V和電流表A的示數變化情況是(
)
A.V和A的示數都增大
B.V和A的示數都減小
C.V示數增大、A示數減小
D.
V示數減小、A示數增大
考點:
閉合電路的歐姆定律.
解析:
在變阻器R的滑片向上滑動的過程中,變阻器接入電路的電阻增大,R與R3并聯電阻R并增大,則外電路總電阻增大,根據閉合電路歐姆定律得知,干路電流I減小,路端電壓U增大,可知R2兩端的電壓減小,V的示數減小.
并聯部分電壓U并=E-I(R1+r),I減小,E、R1、r均不變,則U并增大,通過R3的電流增大,則電流表A的示數減小.故B正確,ACD錯誤.
答案:
B
【測試題】
如圖所示電路,電源中電源兩端的電壓保持不變,R0為定值電阻,R為滑動變阻器.閉合開關S后,在滑動變阻器滑片P向右滑動的過程中,下列說法正確的是(
)
A.電流表A1的示數變小
B.
電流表A2的示數變大
C.電壓表V的示數不變
D.
小燈泡L的亮度變暗
考點:
電路的動態分析;滑動變阻器的使用;歐姆定律的應用.
解析:
當滑片向右移動時,
電源電壓不變,
通過定值電阻R0、燈的電流IL不變,
即電流表A2的示數不變,電壓表V的示數不變,燈泡的亮暗不變;
I=,滑動變阻器連入的電阻變小,
本支路的電流IR變大,
I1=IL+IR,
通過燈和滑動變阻器的電流之和變大,即電流表A1的示數變小.
答案:
C
【例5】
如圖所示的電路,電源兩端電壓不變,閉合開關S后,滑動變阻器的滑片P向右滑動過程中,下列說法正確的是(
)
A.
電流表A1與電流表A2的示數相同
B.
電壓表V與電流表A2示數的比值變小
C.
電壓表V與電流表A2示數的比值變大
D.
電壓表V與電流表A2示數的比值不變
考點:
歐姆定律的應用.
解析:
等效電路圖如圖所示;滑動變阻器的滑片P向右滑動,滑動變阻器接入電路的電阻
R滑變大.
電流表A1測流過燈泡的電流,電流表A2測流過電阻與燈泡的總電流,I1<I2,故A錯誤.
滑片右移,R滑變大,IR=變小,流過燈泡的電流I1不變,I2=I1+IR變小,
電壓表V示數U不變,電流表A2示數I2變小,電壓表V與電流表A2示數的比值變大,故B與D錯誤,C正確.
答案:
C
【測試題】
如圖所示電路,電源兩端電壓不變,閉合開關S,當滑動變阻器的滑片P向右移動的過程中,下列說法正確的是(
)
A.電壓表示數變小
B.
電流表示數變大
C.電阻R1兩端的電壓變小
D.
電阻R2兩端的電壓變大
考點:
歐姆定律的應用;滑動變阻器的使用.
解析:
讀圖可知,這是一個串聯電路,電壓表測量R1、R3兩端的電壓,R3是一個滑動變阻器,電流表測串聯電路的電流.當滑動變阻器的滑片P向右滑動時,接入電路的阻值變大,三個電阻的阻值之和(電路的總電阻)變大,在電源電壓不變的情況下,電路中的電流變小,因此,電流表示數變小,B錯誤.
根據串聯電路的分壓關系,R3兩端的電壓變大,則R1、R2兩端的電壓都要相應變小,R2兩端的電壓變小,總電壓減去R2兩端的電壓,也就是電壓表此時的示數,應該變大,故A、D錯,C對.
答案:
C
【例6】
如圖是小李探究電路變化的實驗電路,其中R1、R2為定值電阻,R0為滑動變阻器,Rmax為滑動變阻器的最大阻值,電源兩極間電壓不變.已知R1>R2>Rmax,當滑動變阻器R0的劃片P置于某一位置時,R1、R2、R0兩端的電壓分別為U1、U2、U0;當劃片P置于另一位置時,R1、R2、R0兩端的電壓分別為U1′、U2′、U0′.若U1=|U1-U1′|,U2=|U2-U2′|,U0=|U0-U0′|,則(
)
A.U0>U1>U2
B.U1<U2<U
C.U1>U2>U0
D.U0<U1<U2
考點:
歐姆定律的應用.
解析:
該電路為串聯電路,因為R1、R2為定值電阻,并且R1>R2,而當滑動變阻器從一端移至另一端時,通過R1、R2的電流相等,所以定值電阻兩端的電壓變化為U1=|U1-U1′|=IR1,U2=|U2-U2′|=IR2;即U1>U2;又因為串聯電路兩端的電壓等于各部分電壓之和,因此滑動變阻器兩端電壓變化量是定值電阻電壓變化量之和,即U0=U1+U2.所以U0>U1>U2.
答案:
A
【測試題】
如圖所示,電源兩端的電壓保持不變,R0為定值電阻.將滑動變阻器的滑片P置于最右端,閉合開關S.移動滑動變阻器的滑片P到某一位置,此時滑動變阻器接入電路中的電阻為R1,電壓表的示數為U0,電流表的示數為I0.繼續移動滑動變阻器的滑片P,使滑動變阻器接入電路中的電阻值減小為R1/3,此時電壓表的示數增大到2U0,電流表的示數變為I1.則R0:R1=______.
考點:
歐姆定律的應用;串聯電路的電流規律;串聯電路的電壓規律;電路的動態分析.
解析:
當滑動變阻器接入電路中的電阻為R1時,
則:U0=I0R0-----①
U=U0+I0R1------②
當滑動變阻器接入電路中的電阻值減小為R1,
則:2U0=I1R0-----③
U=2U0+I1×R1---④
由①②③④可得:R0:R1=1:3.
答案:
1:3
【例7】
如圖所示電路,電源兩端電壓保持不變.閉合開關S,當滑動變阻器的滑片P向右滑動時,下列說法中正確的是(
)
A.電壓表V1示數和電流表A示數的比值變小
B.電壓表V2示數和電流表A示數的比值變小
C.電壓表V1示數變化量和電流表A示數變化量的比值變大
D.電壓表V2示數變化量和電流表A示數變化量的比值不變
考點:
歐姆定律的應用.
解析:
由電路圖知:電阻R1、R2、R3串聯,電壓表V1測電阻R1兩端的電壓,
電壓表V2測電阻R2、R3兩端的總電壓,電流表測電路電流,設電源電壓為U.
動變阻器的滑片P向右滑動時,電阻R2電阻變大,設增加的電阻為R.
A、電壓表V1示數和電流表A示數的比值=R1不變,故A錯誤.
B、電壓表V2示數和電流表A示數的比值=R2+R3,R2變大,則比值變大,故B錯誤.
C、I=I'-I
=,
U1=(I'-I)R1=R1,
=R1,不變,故C錯誤.
D、U2=I'(R2+R+R3)-I(R2+R3)=(I'-I)(R2+R3)+I′R=I(R2+R3)+I′R,
=(R2+R3)+||R,>(R2+R3),由此可見當滑動變阻器的滑片P向右滑動時,不變,故D正確.
答案:
D
【測試題】
如圖所示的電路中,電源電壓保持不變.閉合開關S,當滑動變阻器的滑片P向右移動時,電壓表V1的示數與電流表A的示數的比值將_______(變小/不變/變大),電壓表V1示數的變化_______(大于/等于/小于)電壓表V2示數的變化.
考點:
歐姆定律的應用;滑動變阻器的使用.
解析:
當滑動變阻器的滑片P向右移動時,電壓表V1始終測量R1兩端的電壓U1,電流表測通過R1的電流I;
所以根據歐姆定律可知=R1,R1的阻值不變,電壓表V1的示數與電流表A的示數的比值也不變.
因串聯電路總電壓等于各分電壓之和,
所以U1=U-U2,U1=U2,即電壓表V1示數的變化等于電壓表V2示數的變化.
答案:
不變;等于.
模塊二
多開關電路動態分析
例題精講
【例8】
如圖所示電路,R1>R2,當閉合S1斷開S2,滑動變阻器的滑片P放在變阻器的中點時,電壓表的示數為U0.關于此電路的下列說法中,正確的是(
)
A.
閉合S1斷開S2時,若滑動變阻器的滑片P向左移動,電壓表的示數將大于U0
B.
若斷開S1閉合S2,同時滑動變阻器的滑片P向右移動,電壓表的示數可能等于U0
C.
若同時閉合S1、S2,無論滑動變阻器的滑片怎樣移動,電壓表的示數總等于U0
D.
斷開S1閉合S2,若使電壓表的示數還等于U0,則滑動變阻器的滑片P應向左移動
考點:
電路的動態分析.
解析:
A、當閉合S1斷開S2,滑動變阻器的滑片P放在變阻器的中點時,R1和變阻器的R串聯在電路中,則U0=IR1=
,若滑動變阻器的滑片P向左移動,連入的電阻變小,電路中的電流變大,因R1為定值電阻,所以電壓表示數變大,故A選項正確;
B、若斷開S1閉合S2,同時滑動變阻器的滑片P向右移動,則R2和變阻器大于R的阻值串聯,電壓表測量的是電阻R2兩端的電壓;電壓表的示數U2=I2R2,因R1>R2,若滑動變阻器的滑片P不再向右移動,根據串聯電路的分壓特點可知:電阻R2兩端的電壓會減小,則電壓表的示數減小;而同時滑動變阻器的滑片P向右移動,滑動變阻器的阻值變大,電流變小,電阻R2兩端的電壓會再減小,則電壓表的示數減小,不可能等于U0,故B選項錯誤.
C、若同時閉合S1、S2,因R1、R2短路,只有滑動變阻器連入,電壓表測量電源電壓,則無論滑動變阻器的滑片怎樣移動,電壓表的示數總等于電源電壓,保持不變,所以不等于U0,故C選項錯誤.
D、若斷開S1閉合S2,因R1>R2,若滑動變阻器的滑片P繼續向右移動,根據串聯電路的分壓特點可知:電阻R2兩端的電壓會減小,則電壓表的示數減小;若使電壓表的示數還等于U0,則根據U2=I2R2可知:電流變大,滑動變阻器的阻值變小,即滑動變阻器的滑片P應向左移動,故D選項正確.
答案:
AD
【測試題】
如圖所示電路,電源電壓不變,開關S1處于閉合狀態.閉合開關S2,將滑動變阻器的滑片P向左移動時,電壓表示數將________,若保持滑動變阻器的滑片P不動,當開關S2由閉合到斷開時,電壓表示數將________.(均選填“變大”、“變小”或“不變”)
考點:
電路的動態分析;歐姆定律的應用;電阻的串聯.
解析:
⑴開關S1處于閉合狀態,閉合開關S2時,R2與R3串聯,電壓表測電源的電壓,電流表測電路中的電流,
電源的電壓不變,
將滑動變阻器的滑片P向左移動時,電壓表示數將不變;
⑵保持滑動變阻器的滑片P不動,當開關S1閉合、S2斷開時,三電阻串聯,電壓表測R2與R3兩端的電壓之和,
串聯電路中總電阻等于各分電阻之和,
開關S2由閉合到斷開時,電路中的總電阻變大,
I=,
電路中的電流變小,
U=IR,
R2與R3兩端的電壓之和變小,即電壓表的示數變小.
答案:
不變;變小.
模塊三
滑動變阻器的應用
例題精講
【例9】
如圖所示.物體M在水平導軌上平移時,帶動滑動變阻器的滑片P移動,通過電壓表顯示的數據,可反映出物休移動距離的大小,下列說法正確的是(
)
A.物體M不動時,電流表、電壓表都沒有示數
B.物體M不動時.電流表有示數,電壓表沒有示數
C.物體M向右移動時.電流表、電壓表示數都增大
D.
物體M向右移動時,電流表示數不變,電壓表示數增大
考點:
電路的動態分析;串聯電路的電壓規律.
解析:
如圖,
⑴當物體不動時,R連入電路,電流表有示數;AP間有分壓,電壓表有示數,所以AB都錯
⑵當物體M向右移動時,不能改變電路中的電流,電流表有示數且不變;AP間電阻增大,分壓增大,電壓表的示數增大,所以C錯、D對.
答案:
D
【測試題】
如圖所示,滑動變阻器的滑片P向右滑動時,那么(
)
A.
V示數變大,A示數變小
B.
V示數不變,A示數變小
C.
V示數不變,A示數變大
D.
V、A的示數都變小
考點:
歐姆定律的應用;串聯電路的電流規律;滑動變阻器的使用.
解析:
當滑動變阻器滑片P向右滑動過程時,滑動變阻器接入電路的阻值變大;
根據電阻的串聯可知,電路中的總電阻變大;
根據歐姆定律可知,電壓不變時,電路中電流變小,即電流表的示數變小;
根據U=IR,電阻R1兩端的電壓變小,故電壓表的示數變小.
答案:
D
【例10】
洋洋設計了一個自動測高儀,給出了四個電路,如圖所示,R是定值電阻,R′是滑動變阻器.其中能夠實現身高越低,電壓表示數越小的電路是(
)
A.
B.
C.
D.
考點:
歐姆定律的應用;滑動變阻器的使用.
解析:
A、由電路圖可知:滑動變阻器和定值電阻串聯,電壓表測電源電壓,示數不變.故A錯誤.
B、由電路圖可知:電壓表串聯在電路中,電路無電流通過,電壓表示數為電源電壓,不變化.故B錯誤.
C、由電路圖可知:滑動變阻器和定值電阻串聯,電壓表測滑動變阻器的電壓,身高越低,滑動變阻器阻值越小,電壓表示數越小.故C正確.
D、由電路圖可知:滑動變阻器和定值電阻串聯,電壓表測定值電阻電壓,身高越低,滑動變阻器阻值越小,電壓表示數越大,故D錯誤.
答案:
C
【測試題】
小李同學設計的自動測高儀的電路如圖所示.電路中
R′是滑動變阻器,R
是定值電阻,電源電壓不變.其中能反映身高越高電壓表示數越大的正確電路圖是(
)
A.
B.
C.
D.
考點:
歐姆定律的應用;電壓表的使用;串聯電路的電壓規律;并聯電路的電壓規律;滑動變阻器的使用;電路的動態分析.
解析:
A、R與R′并聯,電壓表測量的是并聯支路兩端的電壓,身高越高,連入電阻越大,但電壓表的示數不變,不合題意;
B、R與R′串聯,電壓表測量的是R′兩端的電壓,身高越高,連入電阻越大,分壓越大(電壓表的示數越大),符合題意;
C、R與R′串聯,電壓表測量的是R和R′串聯電路兩端的總電壓(電源電壓),身高越高,連入電阻越大,但電壓表的示數不變,不合題意;
D、R與R′串聯,電壓表測量的是R兩端的電壓,身高越高,連入電阻越大,分壓越大,R兩端的電壓越小(電壓表的示數越小),不合題意.
答案:
B
【例11】
如圖所示,是某同學設計的一個自動測定水箱內水位的裝置,R是滑動變阻器,它的金屬滑片是杠桿的一端,從水位表指針所指的刻度就可以知道水箱內水位的高低.從圖中可知:水表是由________表改裝而成,當水面上升時,滑片向_____滑動,滑動變阻器連入電路的電阻變______,水位表示數變______.
考點:
歐姆定律的應用;電流表的使用;滑動變阻器的使用.
解析:
⑴由電路圖可知,水位表串聯在電路中,說明水表是由電流表改裝而成;若是電壓表,則電路斷路,水位表的示數不隨水位的變化而變化.
⑵由圖可知,當水面上升時,滑片向下移動,滑動變阻器連入電路的電阻變小,根據歐姆定律可知電路中的電流變大,即水位表的示數變大.
答案:
電流;下;小;大.
【測試題】
某同學家屋頂上安裝了一個簡易太陽能熱水器,他設計了一種自動測量容器內水位高低的裝置.如圖所示,R是滑動變阻器,它的金屬滑片是杠桿的一端,從水位表(由電流表改裝而成)指針所指的刻度,就可知道水池內水位的高低.關于這個測量裝置,下列說法中正確的是(
)
A.
水量增加,R增大,水位表指針偏轉變小
B.
水量增加,R減小,水位表指針偏轉變大
C.
水量減小,R增大,水位表指針偏轉變大
D.
水量減小,R減小,水位表指針偏轉變小
考點:
歐姆定律的應用.
解析:
由圖知:
AB、水量增加,浮標向上運動,滑動變阻器接入電路的電阻R變小,通過水位表的電流變大,水位表指針向右偏轉,示數變大,選項A錯誤、選項B正確;
CD、水量減小,浮標向下運動,滑動變阻器接入電路的電阻R變大,通過水位表的電流變小,水位表指針向左偏轉,示數變小,選項CD均錯誤.
分析其根源:初中電學抽象難懂,面對縱橫交錯的電路圖,學生們往往感到無從下手,錯綜繁雜的電學概念、定律及計算公式常常使學生不知所措,然而電學綜合題歷來又是中考物理的壓軸熱點,并且綜合性強、障礙設置多。通過師生共同分析根源,我覺得在學習電學的過程中注重以下策略,可以有效提高學習效率:
一、人人“三會” 電路-------會連接、會畫、會分析
《課程標準》指出:“實驗是物理課程改革的重要環節”要求學生能動腦動手地“學”科學,改變過去以書本為主、實驗為輔的教與學的方式,把實驗地位空前提升。要解決學好抽象的電學這個問題,以實驗課堂為主陣地,通過用電器工作過程中的具體情境學習抽象的電學。
利用課外活動時間讓學生走進實驗室操作,并且利用多媒體、實物講解操作過程:什么是串聯?什么是并聯?什么是首尾相連?什么是兩端分別連在一起?還有如何判斷電路是串聯還是并聯?講解連接電路時要注意的事項。對于特別害羞的女同學,她們不敢動手,要善于開導,訓練她們的膽量,提高她們的動手實踐能力,讓她們通過實驗體會接線柱接反了的現象,比你講解多次效果明顯。這樣,人人會連接、分析電路,就能做好電路圖和實物圖之間的互相轉化。
二、培養探究意識,做好探究性教學實驗
在實施素質教育的過程中,物理教學主要是以探究性學習為主,注意對整個物理概念和結論的過程的探究,通過提出疑問、設計方案、動手操作、思考解決、得出結論等具體步驟,讓學生自主地參與教學的整個過程。電學學習更是如此。
為此,要精心設計實驗,激發學生探究的主體性,做好探究性實驗,充分發揮探究式邊學邊實驗的教育功能,實現教與學的雙贏。而不是簡單的把書中的演示實驗做一遍,然后直接把結論告訴學生。
如“探究電阻上電流跟兩端電壓關系”時,可以創設這樣的情境:先把一個2.5V的小燈泡接在一節干電池上,看看小燈泡的發光情況,再把電源換成兩節干電池上,看看此時小燈泡的發光情況。
三、理解歐姆定律并突破定律
歐姆定律一章,是在學習了電流、電壓、電阻三個重要物理量的基礎上來學習這三個物理量之間的關系。它是貫穿整個電學的重要規律,奠定了整個電學的基礎,是學習下一章電功率的前提,因此,本章內容處于重要地位,起著承上啟下的作用。因此,歐姆定律是學好電學的關鍵。
歐姆定律最難理解的知識點是:
當導體兩端電壓一定時,導體的電流與導體中的電流成反比?
當導體電阻一定時,導體兩端電壓與導體中的電流成正比?
學生初學歐姆定律時最難理解知識點,所以在實驗時應注意探究的方法、結合圖像得出電流與電壓、電阻的關系。首先鞏固練習電路分析,然后理解串并聯電路的特點,利用變化的量表示不變量或抓住其中相等的量列出關系式(電源電壓一般不變、串聯電流相等、并聯電壓相等……),若能熟能生巧,在做計算題時,這些隱含的條件便會在學生看到題的同時馬上就跳出來,再結合歐姆定律,你就能輕易地解出此題。
定律中的電流、電壓和電阻都必須是同一個導體或同一段電路上對應的物理量。不同的導體之間的電流、電壓和電阻間不存在U=IR關系。因此在運用歐姆定律公式時,必須將同一個導體或同一段電路的電流、電壓和電阻三者一一對應,再帶入計算。對于歐姆定律及導出公式,前者既有物理意義又有數學意義,后面兩個只有數學意義,所以就不成比例關系變形公式并非歐姆定律的內容,切勿混淆。把上述問題弄明白了,電學難題就迎刃而解了。
四、加強學生說題訓練,升華學生思維
新課程倡導自主、合作、探究的學習方式,讓課堂激揚,充滿生命活力,讓學生成為學習的主人。但相當多學生來自農村,許多學生生性膽怯,不善言談,我們要用激勵方式,讓他們敢于開口,表達自己的想法。因此我以"說題"(把題目的已知條件和所求的內容用自己組織的物理語言敘述出來,)為突破口,消除知識點在審題過程中的錯誤,是做題更高一層的升華,以此來提高學生學習物理的能力。
利用“說題”來強化所學知識內容,通過“說題”為學生學習而設計活動,為學生發展而開展活動,提高課堂效率,就能使我們的課堂變得生機勃勃、充滿智慧的歡樂與發展創造的快意。
五、加強變式訓練,總結中考重要考點
對于初中物理知識中最大的一塊知識“電學”, 題型雜亂,變幻莫測,學生如果抓不住解題規律,就題做題,進步不會很大。為了讓學生更好的解決這部分的問題,深入理解基本內容,培養分析問題和解決問題的能力,針對電學的一些考點,我進行了以下幾種變式處理練習,簡化學習難度:
(一)經典中考試題,變換已知量的數據進行未知量的求解;把已知量和未知量求解交換進行的;達到舉一反三的目的,觸類旁通。
(二)同類的題型歸類,找出題目中存在的異同
滑動變阻器在電學實驗中的作用:
相同點:保護電路;
不同點:探究電流與電阻:保持電阻兩端電壓不變:
探究電流與電壓關系實驗中的作用:改變定值電阻兩端的電壓和通過的電流,多次測量,從而找出規律。
伏安法測電阻中的作用:改變定值電阻兩端的電壓和通過的電流,實現多次測量,從而減小實驗誤差。
伏安法測小燈泡電功率中的作用:改變小燈泡兩端電壓,使之分別小于、等于、大于燈泡的額定電壓,以便測出不同電壓時的實際功率。
滑動變阻器在測電阻實驗中還可做定值電阻用
(三)固定的套路,變換求解
電學綜合題有何規律可循呢?分析歷屆中考物理的電學計算題,我們也稱之為電學綜合題,此題看似簡單,其實暗藏玄機?細分析做此題也有固定的套路:
1.由實物圖轉化為電路圖,建立物理模型
2.做出每種情況的等效電路,注意同一性、同時性
3.抓住物理量那些變化,那些未變,用變化量表示不變量;利用電路特點,根據各狀態之間的聯系建立等式關系
4.解未知量
在進行變式練習時,認真鉆研教材,精選例題;精講例題,以點代面,突出重點;一題多變,等幾個方面進行。應注意練習的層次,層層推進,使學生在解題時達到異中求同、同中存異、多題同解,溝通相關知識的聯系,培養其聯想思維、縱向思維能力化題型,通過解題的比較,體會解題思想,善于用概念、規律去揭示問題的本質特征,培養知識遷移運用的能力。
實踐證明,通過師生共同努力,在教學過程中吸引學生主動參與學習,注重以上“策略”,初中生完全可以學好物理電學。
參考文獻:
1、《初中物理教學中的問題與對策》東北師范大學出版社
一、主要內容
本章內容包括電流、產生持續電流的條件、電阻、電壓、電動勢、內電阻、路端電壓、電功、電功率等基本概念,以及電阻串并聯的特點、歐姆定律、電阻定律、閉合電路的歐姆定律、焦耳定律、串聯電路的分壓作用、并聯電路的分流作用等規律。
二、基本方法
本章涉及到的基本方法有運用電路分析法畫出等效電路圖,掌握電路在不同連接方式下結構特點,進而分析能量分配關系是最重要的方法;注意理想化模型與非理想化模型的區別與聯系;熟練運用邏輯推理方法,分析局部電路與整體電路的關系
教學目標
知識目標
1.鞏固串聯電路的電流和電壓特點.
2.理解串聯電路的等效電阻和計算公式.
3.會用公式進行簡單計算.
能力目標
1.培養學生邏輯推理能力和研究問題的方法.
2.培養學生理論聯系實際的能力.
情感目標
激發學生興趣及嚴謹的科學態度,加強思想品德教育.
教學建議
教材分析
本節從解決兩只5Ω的定值電阻如何得到一個10Ω的電阻入手引入課題,從實驗得出結論.串聯電路總電阻的計算公式是本節的重點,用等效的觀點分析串聯電路是本書的難點,協調好實驗法和理論推導法的關系是本書教學的關鍵.
教法建議
本節擬采用猜想、實驗和理論證明相結合的方式進行學習.
實驗法和理論推導法并舉,不僅可以使學生對串聯電路的總電阻的認識更充分一些,而且能使學生對歐姆定律和伏安法測電阻的理解深刻一些.
由于實驗法放在理論推導法之前,因此該實驗就屬于探索性實驗,是伏安法測電阻的繼續.對于理論推導法,應先明確兩點:一是串聯電路電流和電壓的特點.二是對歐姆定律的應用范圍要從一個導體擴展到幾個導體(或某段電路)計算串聯電路的電流、電壓和電阻時,常出現一個“總”字,對“總”字不能單純理解總和,而是“總代替”,即“等效”性,用等效觀點處理問題常使電路變成簡單電路.
教學設計方案
1.引入課題
復習鞏固,要求學生思考,計算回答
如圖所示,已知,電流表的示數為1A,那么
電流表的示數是多少?
電壓表的示數是多少?
電壓表的示數是多少?
電壓表V的示數是多少?
通過這道題目,使學生回憶并答出串聯電路中電流、電壓的關系
(1)串聯電路中各處的電流相等.
(2)串聯電路兩端的總電壓等于各支路兩端的電壓之和.
在實際電路中通常有幾個或多個導體組成電路,幾個導體串聯以后總電阻是多少?與分電阻有什么關系?例如在修理某電子儀器時,需要一個10的電阻,但不巧手邊沒有這種規格的電阻,而只有一些5的電阻,那么可不可以把幾個5的電阻合起來代替10的電阻呢?
電阻的串聯知識可以幫助我們解決這個問題.
2.串聯電阻實驗
讓學生確認待測串聯的三個電阻的阻值,然后通過實驗加以驗證.指導學生實驗.按圖所示,連接電路,首先將電阻串聯入電路,調節滑動變阻器使電壓表的讀數為一整數(如3V),電流表的讀數為0.6A,根據伏安法測出.
然后分別用代替,分別測出.
將與串聯起來接在電路的a、b兩點之間,提示學生,把已串聯的電阻與當作一個整體(一個電阻)閉合開關,調節滑動變阻器使電壓示數為一整數(如3V)電流表此時讀數為0.2A,根據伏安法測出總電阻.
引導學生比較測量結果得出總電阻與、的關系.
再串入電阻,把已串聯的電阻當作一個整體,閉合開關,調節滑動變阻器,使電壓表的示數為一整數(如3V)電流表此時示數為0.1A,根據伏安法測出總電阻.
引導學生比較測量結果,得出總電阻與的關系:.
3.應用歐姆定律推導串聯電路的總電阻與分電阻的關系:
作圖并從歐姆定律分別求得
在串聯電路中
所以
這表明串聯電路的總電阻等于各串聯導體的電阻之和.
4.運用公式進行簡單計算
例一把的電阻與的電阻串聯起來接在6V的電源上,求這串聯
電路中的電流
讓學生仔細讀題,根據題意畫出電路圖并標出已知量的符號及數值,未知量的符號.
引導學生找出求電路中電流的三種方法
(1)(2)(3)
經比較得出第(3)種方法簡便,找學生回答出串聯電路的電阻計算
解題過程
已知V,求I
解
根據得
答這個串聯電路中的電流為0.3A.
強調歐姆定律中的I、U、R必須對應同一段電路.
例二有一小燈泡,它正常發光時燈絲電阻為8.3,兩端電壓為2.5V.如果我們只有電壓為6V的電源,要使燈泡正常工作,需要串聯一個多大的電阻?
讓學生根據題意畫出電路圖,并標明已知量的符號及數值,未知量的符號.
引導學生分析得出
(1)這盞燈正常工作時兩端電壓只許是2.5V,而電源電壓是6V,那么串聯的電阻要分擔的電壓為
(2)的大小根據歐姆定律求出
(3)因為與串聯,通過的電流與通過的電流相等.
(4)通過的電流根據求出.
解題過程
已知,求
解電阻兩端電壓為
電路中的電流為
例1.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,電流隨著電壓的增大而增大
B.電阻一定時,電壓隨著電流的增大而增大
C.電壓一定時,電流隨著電阻的增大而減小
D.電壓一定時,電阻隨著電流的增大而減小
分析:(1)圖像的橫坐標表示電阻,縱坐標表示電流,因此得到的是電流和電壓的關系;(2)圖像是個反比例函數圖像,因此說明電流與電阻成反比,即電流隨電阻的增大而減小;(3)在探究電流與電阻的關系時,應控制電壓不變.
綜上,由圖像可得出的結論是:電壓一定時,電流隨電阻的增大而減小.
答案:C
例2.在如圖所示的電路中,電阻R1的阻值為10歐.閉合電鍵S,電流表Al的示數為0.3安,電流表A的示數為0.5安,試求:
(1)通過電阻R2的電流是多少?
(2)電阻R2的阻值是多少?
分析:(1)分析電路圖可知,兩電阻并聯,電流表A1測流過R1的電流,電流表A2測總電流.則由并聯電路的特點可求得流過R2的電流.
I2=I-I1=0.5A-0.3A=0.2A.
(2)對于R1,由歐姆定律可求得電路兩端的電壓.對于R2,由歐姆定律可求得R2的阻值.由歐姆定律得:U1=I1R1=0.3A×10Ω=3V,因兩電阻并聯,故U2=U1,則R2=U2/I2=3V/0.2A=15Ω.
答案:(1)通過R2的電流是0.2A;
(2)電阻R2的阻值為15Ω.
例3.如圖所示為伏安法測量小燈泡電阻的電路圖.
(1)在電路圖甲中的“”內填上電表符號;
(2)閉合開關S,電流表示數如圖乙所示.向A端移動滑片P,小燈泡的亮度會變_____;
分析:(1)根據電壓表與燈泡并聯,電流表與燈泡串聯的連接方式,可以判斷空圈內填什么電表.
(2)滑動變阻器接左半段,滑片向A端移動,左半段變短,電阻變小,總電阻變小,電路電流變大,燈泡變亮.
答案:(1)
(2)亮
【小試牛刀】
在探究“電流與電壓、電阻的關系”的過程中,兩小組同學提出了以下猜想:
小組1猜想:電流可能跟電壓成正比;小組2猜想:電流可能跟電阻成反比.
( 1)小組1的做法是:按圖1所示連接電路,此時開關應處于_____狀態(填“斷開”或“閉合”).保持定值電阻R=10Ω不變,閉合開關S后,調節滑動變阻器R′,得到多組數據.在分析數據的基礎上得出正確結論.
(2)小組2也連接了如圖1所示的電路圖.
正確的實驗步驟為:
①將5Ω電阻接入電路,閉合開關,調節滑動變阻器,使電壓表示數為1.5 V,記錄電流表示數;
②將5Ω電阻換成10Ω電阻,閉合開關后發現電壓表示數大于1.5 V,應將滑動變阻器的滑片向______(填“左”或“右”)移動,當觀察到電壓表示數變為_________ V時,記錄電流表示數;
③將10Ω電阻換成15Ω電阻,閉合開關后發現:當滑動變阻器的滑片移動到最右端時,電流表和電壓表的示數如圖2所示.出現上述情況的原因可能是()
A.滑動變阻器最大阻值太大
B.滑動變阻器最大阻值太小
C.滑動變阻器斷路
D.定阻電阻短路
關鍵詞:初中物理;電流表電壓表;實驗觀察
對于剛剛升入九年級的學生來說,九年級電學知識在近幾年的中考中占有近40%的比例,只是2012年相應比例少點,八年級物理明顯的不同點是:八年級物理各章相對獨立些,特別是滬科版上冊是聲學、光學、物質的形態及其變化、物質的質量與密度,下冊是力學知識:力與機械、運動與力、壓強與浮力。所以某部分沒學好,其他章節還能迎頭趕上。我個人認為這是怕學生在學習的過程中枯燥乏味。而到九年級,開篇就是電學,大部分時間都在接觸電學,電學的學習就像爬山一樣,一開始如果就很累的話,那么越學到后面越吃力,到后來就根本爬不動,不可收拾,有的同學要補課還不知從何補起。所以,可以說,學好了電學就是學好了九年級物理。
一、注重學習效率,上課時專心聽講,是學好電學的主要途徑。
課堂中的例題分析,考后試卷錯題的講解,只有真正聽懂、理解了、消化了,課后是不需要死記硬背的。對于教師而言,學生實驗自己做了,結論自己得出了,規律也會找了,但后面緊跟著的是大量的練習,來鞏固對理論的理解。所以必須要有多種形式的教學手段來吸引學生上課認真聽講。有時連續幾節課都是講、練習題,必然會有些枯燥,這時教師除了運用多媒體手段教學,還可以進行學生編題比賽、學生糾錯等多種教學手段,有時教師還可以故意設下陷進,讓學生去犯錯,然后讓他們自己去“鉆”出來,學生必定有一種釋然的感覺。種種方式或手段目的都是為了調動同學們的積極性,讓枯燥的習題課上得生動有趣。
另一方面,由于學生學得好壞有差異,學生的成績也就有差別,所以整堂課的例題選擇要顧及到絕大多數學生。
二、電學的學習,要注重學習方法的轉變。
第一,重視電學實驗的探究,不再是依賴老師的演示實驗,而是同學們依靠自己與同伴的協作,連接電路圖、測出實驗數據、發現實驗規律、得出實驗結論。實驗探究的學習方法,電學中有幾個重要的定律,貫穿在整個電學中。同學們在認真完成課內規定實驗的基礎上,還可以自己設計實驗,來判斷自己設計的實驗方案在實踐中是否可行,因為大量的物理規律是在實驗的基礎上總結出來的。例如,設計樓道口開關電路、醫院為病號設計電路,或設計在缺少電流表或缺少電壓表的條件下測量未知電阻的實驗。這些都需要學生自己獨立思考、探索,不斷提高自己的觀察、判斷、發散思維等能力,使自己對電學知識的理解更深刻,分析、解決問題更全面。
第二,電學要重視畫圖和識圖的思維方法,剛學電學探究電路和探究歐姆定律離不開圖形,復雜電路設計,都是主要依靠“圖形語言”來表述的。畫圖能夠變抽象思維為形象思維,更精確地掌握物理過程。有了圖就能作狀態分析和動態分析,明確歐姆定律應用于某一電阻還是整個電路;特別是班班通電子白板的應用,另外還必須根據現成的圖形學會識圖,要學會在復雜的圖形中看出基本圖形。例如,在計算有關電路的習題時,已給出的電路圖往往很難分析出來是串聯或是并聯,如果能熟練地將所給出的電路圖畫成等效電路圖,就會很容易地看出電路的連接特點,使有關問題迎刃而解。
三、學習電學要善于總結與歸類。
在學習完歐姆定律后,有大量的習題,很多題目都有重復性,但很多同學就是不停地犯錯。因為不善于總結、思考,所以成績一直不理想。總結中不難發現,在整個電學知識體系中,歐姆定律是精髓,電流、電壓、電阻、電功、電熱以及電功率的計算,都要在對歐姆定律深刻的理解基礎上才能解答得熟練而準確。所以,對一階段的學習及時做一下總結,既是承上做一個復習又是啟下的一個預習。
對于歸類而言,其實把問題分一下類,就不難發現后面計算題的電路圖與剛開始電路分析的電路圖相差無幾,只是多了條件,多了要求。而計算的熟練與否是來自于前面扎實的電路分析。比如開關類型的題目可以歸為一類,剛開始學習時,主要是分析開關斷開或閉合時,有哪些用電器工作并屬于什么連接方式,或者要求用電器串聯或并聯,開關應如何動作,在分析電路時,短路現象的分析是難點;在學習了歐姆定律后,就出現了大量的計算題。有了前面會分析電路的基礎,結合公式I=U/R以及兩個變形公式,解題時注意短路現象和歐姆定律針對的是同一部分電路,經過一定量的練習,那么考試時計算題基本是得分題。故障分析的可以歸為一類。只要做個有心人,把后面與前面所學的知識點互相聯系起來,則整個電學就會逐漸在頭腦中構成一個完整的知識網,任何題目隱藏的就是這張網中的一個或多個知識點的結合。
在中學物理教學中常用的教學方法有講授法、實驗法、討論法、探索發現法。教學方法有多種多樣,每一種方法都有自己的特點,各有其適用條件和適用范圍,也就是說,每種方法都有各自的局限性。把某一種方法說成是放之四海而皆準的最佳方法,過份地強調其作用,或把某一種教學方法說得一無是處,過份貶低其作用,都是錯誤的。
我今天要說的類比教學法應屬于講授法中的一種常用方法,講授法的特點就是通過教師的語言,適當輔以其他手段(利用實物、掛圖、類比、演示實驗等),使學生掌握知識,啟發學生思維,發展學生能力。講授法要求物理教師通過各種直觀演示,或以生動形象的事例喚起學生已有的感性認識,系統地講解物理知識,揭示事物的矛盾,講解問題的關鍵、要害,教給學生處理問題的方法,引導學生積極思考,學會掌握物理知識的特點。類比的教學法就是把學生不容易理解的問題通過類比后變得容易理解,把學生容易混淆的知識點通過類比變得清晰,把學生難于記憶的知識通過類比后變得容易記憶,通過比較、分析、綜合、概括、推理等思維過程和形式,把科學的客觀性、邏輯性與一些藝術手法結合起來,使學生在學習知識的過程中,掌握發現問題、處理問題、解決問題的方法,從而發展學生分析問題和解決問題的能力。
在中學物理的教學中,能夠應用類比方法教學的地方很多,如講靜電力學的問題時,我們就可以用類比的方法,通過學生已知的“重力勢能”來類比“電勢能”。在重力場中,物體因受重力作用而相對于某點(參考點)具有重力勢能,而在電場中,電荷因受電場力作用而相對于某點(參考點)具有電勢能;在重力場中,物體在重力作用下從高處向低處移動時,重力做功,對同一物體,高度差越大,重力做功越多。與此類似,電荷在電場中移動時,電場力做功,同一個電荷從一點移動到另一點時,電場力做功越多,就說這兩點間的電勢差越大,從而講清楚“電勢差”(即電壓)的概念;另外,說“電勢”和說“高度”一樣,得選一個高度的起點,即電勢零點和高度的起點是可類比的,選好高度的起點就可以測量物體的高度了,如選海平面為高度的起點,就可以測量各地的海拔高度,選人的腳底為高度的起點就可以測量人的身高等等,同理,選了電勢零點即可用電勢差(電壓)測量電場中各點電勢的高低了。
在學生剛接觸“電壓”這一概念時是比較抽象和難于理解的,電壓即“電位差”,如果用“水位差”來類比不就可以把抽象的問題變得形象化了嗎?,以U形管為例,當兩端水位高度一致時,U形管中的水是不會流動的,只有當兩端的水位高度不一致時,即有水位差時,U形管中的水才會流動,且水流方向是從高水位端流向低水位端。同理,在電路中,沒有電位差就不會形成電流,在電阻電路中,電流方向也總是從高電位端流向低電位端;在特殊情況下,水流可以從低水位端流向高水位端,如抽水機抽水時,那是外力對水做了功。類似的,電流也可以從低電位端流向高電位端,如電源內部,那是非靜電力做功的結果。相似嗎?
在講庫侖定律時,我們常把萬有引力定律拿來對比講解,因為庫侖定律的公式和萬有引力的公式真是有著驚人的相似,庫侖力和萬有引力的大小都與兩個物體之間距離的二次方成反比,與兩個物體的質量或電荷量的乘積成正比,力的方向都在兩個物體的連線上。利用這種相似性的類比,可以使學生更好地記住這兩個公式,這種相似性也可以啟發人們思考這樣的問題:庫侖力和萬有引力之間有沒有內在聯系?從更深層次上看,會不會是同一種相互作用的不同的表現呢?從而激發學生的求知欲。
在講到磁路歐姆定律時,我們往往用電路歐姆定律來類比,因為磁路和電路也有很多相似之處,如電路有電阻,磁路有磁阻;電路有電動勢,磁路有磁動勢;電路有電流,磁路有磁通;電路中的電流跟電動勢成正比,而磁路中的磁通跟磁動勢成正比;電路中電流跟電阻成反比,而磁路中磁通跟磁阻成反比;磁路歐姆定律的數學表達式為:磁通=磁動勢?M磁阻。電路歐姆定律:電流=電動勢?M電阻。可見他們非常相似,故教學時宜采用類比的方法進行教學。
在講電場、磁場時,當我們講完了左手定則,右手定則,右手螺旋定則和楞次定律時,學生對這幾個定則的應用是模湖的,混淆的,常常是該用左手定則的地方用右手定則,該用右手定則的地方又用左手定則,為消除學生的這種模湖和混淆,我們就必須把這幾個定則放到一起進行比較,比較他們有哪些相似處和異同點,比較他們各自的用途和注意事項,從而使學生能準確地應用這幾個定則。