九年級:如何解讀歐姆定律

2021-01-14 初中物理同步

【前情回顧】

在探究電流跟電壓關係的實驗中,我們發現:在電阻一定的情況下,通過導體的電流跟這段導體兩端的電壓成正比。

實驗電路


在探究電流跟電阻關係的實驗中,我們發現:在電壓一定的情況下,通過導體的電流跟導體的電阻成反比。


實驗電路

[提示]

以上兩個實驗,是電學部分重要實驗,它既是動態電路分析的基礎,又是電路計算的開始,同時也是中考必考點。


【舉手提問】


1.什麼是歐姆定律?如何用公式表示歐姆定律?


2.如何解讀歐姆定律?


【新課學習】


一、歐姆定律的內容


我們在探究「導體的電流跟電壓、電阻的關係」實驗中,得到以下實驗結論:


在電阻一定的情況下,通過導體的電流跟這段導體兩端的電壓成正比;


在電壓一定的情況下,通過導體的電流跟導體的電阻成反比。


早在19世紀初,德國物理學家歐姆經過十年的不懈努力,最先通過實驗歸納出了:


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。


人們為了紀念他,就把這個規律叫做歐姆定律( Ohm law)


德國物理學家歐姆


二、歐姆定律公式及變式


根據歐姆定律得出:



三、符號的意義及單位


U—電壓—伏特(V)
R—電阻—歐姆(Ω)
I— 電流—安培(A)


在應用歐姆定律電路計算時,先將各物理量的單位統一到國際單位後,再進行計算。


四、解讀歐姆定律

1.歐姆定律探究電流跟電壓、電阻的關係


就是說,歐姆定律是探究電流跟電壓、電流跟電阻的關係,而不是電壓跟電流的關係,也不是電阻跟電流的關係。

實驗電路圖


2.歐姆定律公式:   中,R為定值電阻,當電壓和電流改變時,導體電阻不變。


也就是說,導體的電阻是導體的一種性質,跟電壓和電流的大小無關。


歐姆定律的變式:沒有物理意義,它只是計算電阻的一個數學關係公式,單從數學關係上認為「電阻跟電壓成正比,跟電流成反比」的理解是錯誤的。


★例1:在「探究電流跟電壓關係」的實驗中我們知道,當定值電阻電壓改變時,電流也隨之改變,但電壓跟電流的比值不會改變,這個比值反映了電阻是導體一種性質。


下圖是某次實驗繪製的I-U圖像,圖像中直線反映了實驗中定值電阻的大小,即: 

                               


根據歐姆定律I=U/R得:R=U/I=1V/0.2A=2V/0.4A=……=5Ω


★例2:(2018天津)

當某導體兩端電壓是3V時,通過它的電流是0.2A,該導體的電阻是        Ω;

當它兩端電壓為0時,該導體的電阻為         Ω.


[例題分析]

①當U=3V時,I=0.2A,根據I=U/R得:R=U/I=3V/0.2A=15Ω


②因為導體的電阻是導體的一種性質,跟電壓和電流的大小無關,當電壓U=0V時,電阻R=15Ω.


3.歐姆定律中電流、電壓、電阻的同時性。


在歐姆定律中,電流、電壓在電阻上同時出現,同時變化,計算時在同一狀態下,應用同一時間電流、電壓和電阻的量。


例如:

如圖所示的電路中,電源電壓保持不變,R1=10Ω。閉合開關S,移動滑動變阻器R2的滑片P到最右端b時,電流表的示數為0.6A;移動滑片P到最左端a時,電流表的示數為0.2A。則電源電壓和滑動變阻器的最大阻值分別為(   )


A.6V   20 Ω     B.12V   20Ω


C. 6V  10 Ω     D.12V   10Ω


[電路分析]

1.根據電路動態確定電路接法,畫出等效電路圖。


①當滑動變阻器的滑片P在b點時,等效電路如下圖所示,電路只有R1=10Ω的定值電阻,電流表示數為I1=0.6A。

根據I=U/R得:U1=I1R1=0.6A×10Ω=6V,也就是電源電壓U=U1=6V.


2.根據串、並聯電路特點和歐姆定律,算出電路中各個導體或總電路的電流、電壓或電阻的大小。


②當滑動變阻器的滑片P在a點時,等效電路如下圖所示,,R1與R2串聯,R1=10Ω阻值不變,電源電壓U=6V不變,電流表示數為I2=0.2A,I1=I2=0.2A.


U1=I1R1=0.2A×10Ω=2V


滑動變阻器R2兩端的電壓U2=U-U1=6V-2V=4V.

R2=U2/I2=4V/0.2A=20Ω.


正確答案為:A


4.歐姆定律中電流、電壓和電阻的同段性。


歐姆定律中的電流、電壓和電阻指的是同段導體、同時出現的電流、電壓和電阻的大小關係,切記死套公式、亂用數據,造成計算錯誤。


例如:

如圖所示,R1=10Ω,R2=20Ω,當只有S閉合時,電流表的示數為0.2A。

(1)求電源電壓。


(2)當S和S1同時閉合時,電流表示數變化了多少?


[電路分析]

1.根據電路動態,確定電路連接方式,畫出等效電路圖。


①當只有S閉合時,R1、R2串聯,電流表的示數為I=0.2A,


等效電路如下圖所示:

2.根據電路連接方式或歐姆定律,算出該段導體電流、電壓或電阻的大小。


電流:由於R1、R2串聯,所以,I1=I2=I=0.2A.


根據:I=U/R得:

R1兩端電壓:

U1=I1RI=0.2A×10Ω=2V.

R2兩端電壓:

U2=I2R2=0.2A×20Ω=4V.

電源電壓:

U=U1+U2=2V+4V=6V.


根據以上思路,計算第二步:

②當S和S1同時閉合時,等效電路如下圖所示:



開關S1對電阻R1短接,電路中只有R2工作,所以,

電流表的示數為:

電流表的示數變化了:

∆I=I-I1=0.3A-0.2A=0.1A


5.歐姆定律的適用範圍


●歐姆定律只適用於純電阻電路

在歐姆定律: 中,電阻R是定值電阻,也就是說,歐姆定律成立的條件是在純電阻電路中,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。


常見的純電阻用電器,如:


(1)實驗室常用的定值電阻、滑動變阻器、電阻箱、小燈泡等都是純電阻電器。


定值電阻         滑動變阻器



燈泡           電阻箱



(2)家用電器中的電飯煲、電餅鐺、電熨鬥、電熱水壺等也都是純電阻用電器。


電飯煲          電熨鬥



●歐姆定律不適於非純電阻電路


在電路中,如果除了電阻以外,還有其它因素影響電流大小,如電容、電感等,不只是電阻的電路,被稱為非純電阻電路,不能用歐姆定律計算電流、電壓或電阻的大小。


常見的非純電阻用電器,如電動機、電視機、空調、豆漿機、電吹風等。


電動機              電視機


豆漿機              電吹風


【中考真題訓練】


1.(2020安徽)

在如圖所示的電路中,電源電壓保持不變.閉合開關S後,將滑動變阻器的滑片P自左向右滑動,則(  )



A.電流表A的示數減小


B.電壓表V2的示數減小


C.電壓表V1與電流表A的示數比值減小


D.電壓表V2與電流表A的示數比值減小


2.(2020江西)

如圖所示,電源電壓恆定不變,閉合開關S,若滑片P向上移動,下列說法正確的是(  )



A.    A示數變小, V示數變大


B.   A示數變小, V示數不變

C.   A示數變大, V示數變小


D.   A示數變大, V示數不變


3.(2020百色)

如圖所示的電路中,電源電壓不變.閉合開關S1,電壓表和電流表有示數,接著再閉合開關S2,下列說法正確的是(    )


A.電壓表示數不變


B.電流表示數變小


C.電壓表和電流表示數的比值不變


D.電壓表和電流表示數的乘積變小


4.(2020北京)

如圖所示是一種溫度測試儀的電路,R1為定值電阻,R2為熱敏元件(阻值隨溫度升高而減小,R2電路圖符號見下圖).電源兩端的電壓不變,閉合開關S,當所測物體溫度升高時,下列判斷正確的是()



A.電流表示數變小   B.電流表示數不變


C.電壓表示數變小   D.電壓表示數變大


5.(2020臨沂)

某導體兩端電壓為6V時,通過它的電流為0.4A;當該導體兩端電壓為3V時,通過它的電流為        A;當該導體兩端電壓為0V時,它的電阻為        Ω.


6.(2020郴州)

有阻值相同的三個電阻,以任意方式連接,最多能得到     種不同阻值的電阻;這些不同的連接方式,得到電阻的最大阻值與最小阻值之比是             .


7.(2018哈爾濱)

電阻R1、R2串聯,電源電壓是10V,R1兩端電壓為8V,R1為10Ω,則R1中的電流等於            A,R2等於          Ω.


8.(2020廣元)

如圖所示,當開關S閉合,甲、乙兩表為電壓表時,兩表讀數之比U甲:U乙=4:1;則R1:R2=        ;

當開關S斷開,甲、乙兩表為電流表時,通過兩電錶的電流之比I甲:I乙=         .


參考答案:

1.D   2. D  3.  C   4.  D


5.   0.2    15   6.  4  9:1 


 7. 0.8  2.5    8.   3:1    3:4


【九年級上冊全部課程】


第十一章:電流和電路


九年級:「電」的初步認識

九年級:靜電與電流

九年級:從這開始學電路

九年級:電路的常見狀態

九年級:串聯電路接法

九年級:並聯電路連接

九年級:識別串、並聯電路的方法

九年級:[難點]電路實物圖連接


第十二章:電壓和電阻


九年級:學習電壓的方法

九年級:用電壓表測電壓

九年級:實驗:串、並聯電路電壓規律

九年級:[實驗]:伏安法電路連接

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九年級:決定電阻大小的因素

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九年級:簡單電路的識別方法

第十三章:歐姆定律


九年級:[實驗]電流跟電壓的關係

九年級:[實驗]電流與電阻的關係

九年級:[實驗]測定值電阻

九年級:小燈泡電阻跟溫度的關係

九年級:[中考難點]伏阻法測電阻

九年級:[中考難點]安阻法測電阻(一)

九年級:[中考難點]安阻法測電阻(二)

九年級:[中考難點]安阻法測電阻(三)

九年級:[中考難點]等效法測電阻

九年級:[實驗]電阻的串聯

九年級:電阻的並聯


第十四章:電功率


九年級:電能

九年級:電功

九年級:電功率(一)

九年級:電功率(二)

九年級:[中考重難點]電功率(三)

九年級:[實驗]測量小燈泡的電功率

九年級:焦耳定律(實驗)

九年級:焦耳定律(計算)


第十五章:安全用電


九年級:家庭電路(組成與接法)

九年級:家庭電路(漏電與短路)

九年級:家庭電路(過載)

九年級:家庭電路(短路)

九年級:人體觸電的原因

九年級:觸電和急救


作者系山東省濟南市萊蕪區,中學高級物理教師,在一線畢業班教學42年,致力於初中物理教材教法和中考試題研究,創建「初中物理同步」微信公眾號,幫助學生學習初中物理知識,指導物理學習方法,培養學習興趣和思維習慣。如果在學習中遇到問題,可以在公眾平臺留言交流學習,也可以預約報名假期或周末線下輔導。


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