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  4. 影响电阻大小的因素欧姆定律及其应用电流的测量,电流表的使用及读数方法控制变量法和科学探究的过程

某同学要探究电阻的大小与哪些因素有关,供选择的导体规格如下表:(1)为了完成所有的探究实验,应选择的一组导体是[]A.③④⑤⑥B.②③⑥⑦C.①⑤⑥⑦D.⑤⑥⑦⑧(2)在实验中通过观察________

一、题文

某同学要探究电阻的大小与哪些因素有关,供选择的导体规格如下表:
(1)为了完成所有的探究实验,应选择的一组导体是
[     ]
A.③ ④ ⑤ ⑥
B.② ③ ⑥ ⑦
C.① ⑤ ⑥ ⑦
D.⑤ ⑥ ⑦ ⑧
(2)在实验中通过观察_________来比较导体电阻的大小
(3)选择编号为⑤、⑥的导体接在A、B两点间进行实验,分析数据可得结论为__________
(4)将编号⑥、 ⑦的材料接入电路,_____  (填“能”或“不能”) 探究电阻和长度的关系,这是因为__________。

考点提示:影响电阻大小的因素,欧姆定律及其应用,电流的测量,电流表的使用及读数方法,控制变量法和科学探究的过程

二、答案

(1 )C
(2 )电流表示数(小灯泡亮暗程度)
(3 )导体的长度和材料相同时,横截面积越大,导体的电阻越小
(4 )不能;没有控制导体的横截面积相同

三、考点梳理

知名教师分析,《某同学要探究电阻的大小与哪些因素有关,供选择的导体规格如下表:(1)为了完成所有的探究实验,应选择的一组导体是[]A.③④⑤⑥B.②③⑥⑦C.①⑤⑥⑦D.⑤⑥⑦⑧(2)在实验中通过观察________》这道题主要考你对 影响电阻大小的因素欧姆定律及其应用电流的测量,电流表的使用及读数方法控制变量法和科学探究的过程 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:影响电阻大小的因素,欧姆定律及其应用,电流的测量,电流表的使用及读数方法,控制变量法和科学探究的过程

考点名称:影响电阻大小的因素
  • 影响电阻大小的因素:
    1.电阻是导体的属性,它的大小只与材料、长度和横截面积有关;与导体两端的电压和通过导体的电流无关。在材料相同时,长度越长,横截面积越小,电阻越大。

    2.导体的电阻还与温度有关。一般来说,导体的电阻随温度的升高而增大,如金属导体;也有少数导体的电阻随温度的升高而减小,如石墨类导体。

  • 易错点:
    ①电阻是导体本身固有的一种属性,不同导体的导电能力是不同的。
    ②绝缘体之所以能起到绝缘的作用,就是由于其电阻很大的缘故。

    典型例题:
    例题一:有一段导体电阻为8欧姆。
    (1)如果把它截去一半,则阻值为多少?
    (2)如果把它对折重叠,则阻值为多少? 分析与提示:导体电阻与长度和横截面积有关。
    解题过程:(1)导体长度为原来一半,所以电阻为原来一半为4欧。(2)对折重叠后,长度为原来一半,横截面积为原来的两倍,所以电阻为原来的四分之一为2欧。

    易错情况分析:第(1)问一般没有问题,第二问容易错答为4欧或8欧,答4欧的原因是忘了重叠后横截面积发生的变化影响了电阻的大小,答8欧的原因是以为横截面积变大使得电阻变大,其实电阻与横截面积成的是反比,横截面积变为原来2倍使得电阻应在减小为二分之一,只有2欧。

    选题角度:第一是检查学生是否知道哪些因素会影响电阻大小,第二是运用知识“导体电阻与长度成正比,与横截面积成反比”。

    例题二:如图所示,开关闭合后,用酒精灯对串联在电 路中的电阻丝进行加热,这电流表的示数将____ (变大、变小、不变),小灯泡的亮度将____ (变亮、变暗、不变)。
    分析与提示:导体电阻受温度的影响。

    解题过程:用酒精灯对串联在电路中的电阻丝进行加热后, 电阻温度升高,电阻将变大,所以使得电路中的电流减小,所以电流表的示数将变小,小灯泡的亮度将变暗。

    易错情况分析:有些学生可能会认为电阻温度升高,电阻将变小,所以答为电流表的示数将变大,小灯泡的亮度将变亮。

    选题角度:温度对电阻的影响在初中的基础学习中不常提起,但在实际科技中,这一点不可忽视,所以目的在使学生记得导体电阻除了受自身因素(材料、长度、横截面积)影响之外,其实还应强调当时的温度情况。
  • 用控制变量法研究电阻大小的影响因素:
         使用控制变量法的一般步骤是:
    (1)明确研究的问题中有多少个物理量,搞清研究对象是哪个物理量。
    (2)逐一研究这个物理量(研究对象)跟某一物理量的单一关系时,要使其他物理量保持不变。
    (3)把这些单一关系综合起来。
    例如:在“研究电阻的大小与什么因素有关”时,就用到了控制变量法。因为影响电阻大小的因素有四个,即材料、长度、横截面积和温度。如要研究材料对电阻的影响,则需控制其他三个因素不变。

    例:在探究“导体的电阻跟哪些因素有关”的问题时,某老师引导学生作了如下的猜想:
    猜想1:导体的电阻可能跟导体的横截面积有关;
    猜想2:导体的电阻可能跟导体的长度有关;
    猜想3:导体的电阻可能跟导体的材料有关。

    如图所示是他们进行实验探究时所用的器材,演示板上固定了四条金属电阻丝,a、b、c的长度均是lm, d的长度是0.5m;a、b的横截面积相同,材料不同;a、c 的材料相同,但c的横截面积大于a的横截面积;a、d 的材料和横截面积都相同。
    (1)在探究电阻跟横截面积的关系时,可依次把 M、N跟____的两端连接,闭合开关,记下电流表的示数。分析比较这两根金属电阻丝的电阻大小。
    (2)依次把M、N跟a、d的两端连接,闭合开关,记下电流表示数,分析比较a、d两根金属电阻丝的电阻大小,可探究电阻跟____的关系,其结论是: __________.
    (3)以上方法在研究物理问题时经常被用到,被称为控制变量法。试根据学过的物理知识再列出两例可用这种方法研究的问题:___、____。
    (4)一般来说,所有物体都有电阻。在探究过程中,又有同学提出猜想4:电阻还可能跟温度有关。请用一个废灯泡的灯芯(如图所示)设计一个实验来研究这个问题,要求:①说出方法,②画出电路图。

    解析:本实验探究过程中采用控制变量法,通过研究电阻与材料、长度、横截面积和温度的关系,得出电阻的大小与这些影响因素之间的关系。

    答案:(1)a、c
    (2)长度在导体材料和横截面积相同时,导体越长,电阻越大(或导体的电阻跟长度成正比等)
    (3)研究电流与电压和电阻的关系研究压强与压力和受力面积的关系
    (4)①方法:用导线把废灯泡灯芯和电源、开关、电流表连成如图所示的电路,再用酒精灯给灯芯加热,同时观察电流表示数的变化,并进行分析,得出结论;
    ②电路图:如图所示。
考点名称:欧姆定律及其应用
  • 内容:
    通过导体的电流与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比;

    公式:

    I=U/R,U表示导体两端的电压,单位是V;R表示导体的电阻,单位是Ω;I表示通过导体的电流,单位是A。

    单位使用:
    使用欧姆定律时各物理量的单位必须统一,I的单位是A,U的单位是V,R的单位是Ω。

  • 解析“欧姆定律”:
         欧姆定律是电学中的基本定律和核心内容,是贯穿整个电学的主线,下面我们从以下几个方面进行深入分析.
    1.要理解欧姆定律的内容
    (1)欧姆定律中的关于成正比、成反比的结论是有条件的。如果说导体中的电流与导体两端的电压成正比,条件就是对于同一个电阻,也就是说在电阻不变的情况下;如果说导体中的电流与导体的电阻成反比,条件就是导体两端的电压不变。
    (2)注意顺序,不能反过来说,电阻一定时,电压跟电流成正比。这里存在一个逻辑关系,电压是原因,电流是结果。是因为导体两端加了电压,导体中才有电流,不是因为导体中通了电流才有了电压,因果关系不能颠倒。
        同样也不能说导体的电阻与通过它的电流成反比。我们知道,电阻是导体本身的一种性质,即使导体中不通电流,它的电阻也不会改变,更不会因为导体中电流的增大或减小而使它的电阻发生改变。

    2.要知道欧姆定律的公式和单位 欧姆定律的表达式,可变形为U=IR和R=,但这三个式子是有区别的。
    (1),是欧姆定律的表达式,它反映了通过导体的电流的大小跟导体两端所加的电压这个外部原因和导体本身的电阻这个内部原因之间的因果关系。
    (2)U=IR,当电流一定时,导体两端的电压跟它的电阻成正比。不能说成导体的电阻一定时导体两端的电压与通过的电流成正比,因为电压是形成电流的原因。电压的大小由电源决定,跟I、R无关,此式在计算比值时成立,不存在任何物理意义。
    (3),此公式也是一个量变式,不存在任何物理意义。不能误认为导体的电阻跟导体两端的电压成正比,跟导体中的电流成反比。公式中的I、U、R都要用国际单位,即电流的单位为安培,符号A;电压的单位为伏特,符号V;电阻的单位为欧姆,符号Ω,且有

    3.要明白定律的适用范围
    (1)定律只适用于金属导电和液体导电,对于气体、半导体导电一般不适用。
    (2)定律只适用于纯电阻电路。如:电路中只接有电阻器、电热器、白炽灯等用电器的电路。对于非纯电阻电路,如:电动机电路、日光灯电路等,则不能直接应用。

    4.要理解欧姆定律的注意事项
    (1)物理量的同一性。叙述欧姆定律时,在两个 “跟”字后面都强调了“这段导体”四个字,它是指对电路中同一导体或同一电路而言。所以在运用欧姆定律等进行计算时,必须注意同一性,即I、R、U必须是 同一导体或同一段电路中的物理量。在表示I、U、R 时,注意脚标的一一对应。
    (2)物理量的同时性。由于电路的连接方式发生改变,开关的断开或闭合,或滑动变阻器滑片的左右移动都可能使电路中总电阻发生变化,从而可能引起电路中电流和各部分电阻两端的电压发生变化。因此,必须注意在同一时刻、同一过程中的电压、电阻与电流的相互对应,不可将前后过程的I、R、U随意混用。

  • 利用欧姆定律进行计算:
       根据串、并联电路的特点和欧姆定律的公式可进行有关计算。
    解题的方法是:(1)根据题意画出电路图,看清电路的组成(串联还是并联);
    (2)明确题目给出的已知条件与未知条件,并在电路图上标明;
    (3)针对电路特点依据欧姆定律进行分析;
    (4)列式解答。
    例1如图所示的电路中,电阻尺。的阻值为10Ω。闭合开关S,电流表A1的示数为2A,电流表A2的示数为0.8A,则电阻R2的阻值为____Ω。

    解析:闭合开关s,R1与R2并联,电流表A1测 R1与R2中的电流之和,即;电流表A2测R2中的电流I2,则,电源电压,则=15Ω

    答案:15

    如何判断电压表、电流表的示数变化:
    1.明确电路的连接方式和各元件的作用
    例如:开关在电路中并不仅仅是起控制电路通断的作用,有时开关的断开和闭合会引起短路,或改变整个电路的连接方式,进而引起电路中电表示数发生变化。
    2.认清滑动变阻器的连入阻值例如:如果在与变阻器的滑片P相连的导线上接有电压表,如图所示,则此变阻器的连人阻值就是它的最大阻值,并不随滑片P的滑动而改变。
    3.弄清电路图中电表测量的物理量在分析电路前,必须通过观察弄清各电表分别测量哪部分电路的电流或电压,若发现电压表接在电源两极上,则该电压表的示数是不变的。
    4.分析电路的总电阻怎样变化和总电流的变化情况。
    5.最后综合得出电路中电表示数的变化情况。

    例1如图所示的电路中,电源两端电压保持不变,当开关S闭合时,灯L正常发光。如果将滑动变阻器的滑片P向右滑动,下列说法中正确的是(   )

    A.电压表的示数变大,灯L变亮
    B.电压表的示数变小,灯L变暗
    C.电压表的示数变大,灯L变暗
    D.电压表的示数变小,灯L变亮

    解析:题中L、R1、R2三元件是串联关系,R2的滑片P向右滑动时,电路中总电阻变大,电流变小,灯L 变暗,其两端电压变小,电压表测除灯L以外的用电器的电压,电源总电压不变,所以电压表示数变大。所以选C项。

    答案:C

    滑动变阻器滑片移动时,电表的示数变化范围问题:
         解决此类问题的关键是把变化问题变成不变问题,把问题简单化。根据开关的断开与闭合情况或滑动变阻器滑片的移动情况,画出等效电路图,然后应用欧姆定律,结合串、并联电路的特点进行有关计算。

    例1如图甲所示电路中,电源电压为3V且保持不变,R=10Ω,滑动变阻器的最大阻值R’=20Ω,当开关s闭合后,在滑动变阻器的滑片由A端移动到B 端的过程中,电流表示数的变化范围是______。

    解析:把滑片在A点和B点时的电路图分别画出来,如图乙、丙所示,应用欧姆定律要注意I、U、R的同一性和同时性。滑片在A端时, 0.3A;滑片在B端时 =0.1A。

    答案:0.3~0.1A

  • 欧姆定律知识梳理:
  • 用欧姆定律分析短路现象:

         导线不通过用电器而直接连到电源两极上,称为短路,要是电源被短路,会把电源烧坏。还有一种短路,那就是用电器被短路。如图所示的电路中,显然电源未被短路。灯泡L1的两端由一根导线直接连接。导线是由电阻率极小的材料制成的,在这个电路中,相对于用电器的电阻来说,导线上的电阻极小,可以忽略不计。图中与L1并联的这段导线通过灯泡L2接在电源上,这段导线中就有一定的电流,我们对这段导线应用欧姆定律,导线两端的电压U=IR,由于R→0,说明加在它两端的电压U→0,那么与之并联的灯泡L1两端的电压U1=U→0,在L1上应用欧姆定律知,通过L1 的电流,可见,电流几乎全部通过这段导线,而没有电流通过L1,因此L1不会亮,这种情况我们称为灯泡L1被短路。
         如果我们在与L1并联的导线中串联一只电流表,由于电流表的电阻也是很小的,情形与上述相同,那么电流表中虽然有电流,电流表有读数,但不是L1中的电流,电路变成了电流表与L2串联,电流表的读数表示通过L2的电流,L1被短路了。

    例:在家庭电路中,连接电灯电线的绝缘皮被磨破后可能发生短路,如果发生短路,则会造成(   )
    A.电灯两端电压增大
    B.通过电灯的电流减小
    C.电路中保险丝熔断
    D.电灯被烧坏

    解析由于发生短路时,电路中电阻非常小,由 欧姆定律知,电路中的电流将非常大,所以保险儿丝将熔断。

    答案:C

    注意防雷:
    1.雷电现象及破坏作用
         雷电是大气中一种剧烈的放电现象。云层之间、云层和大地之间的电压可达几百万伏至几亿伏。根据,云与大地之间的电压非常高,放电时会产生很大的电流,雷电通过人体、树木、建筑物时,巨大的热量和空气的振动都会使它们受到严重的破坏。因此,我们应注意防雷。避雷针就可以起到防雷的作用。

    2.  避雷针
         避雷针是金属做的,放在建筑物的高处,当电荷传至避雷针尖上时极易沿着金属线流入大地。这一电流通道可使云层和建筑物间的正、负电荷中和,使云层放出的电荷完全通过避雷针流人大地而不会损坏建筑物。

考点名称:电流的测量,电流表的使用及读数方法
  • 电流表及其使用方法,读数方法:(如下表)

     项目

     电流表

    实物图
     符号 
     接线柱 有三个接线柱,分别是“-”、“0.6”和“3”,“-”表示负接线柱,“0.6”和“3”是两个正接线柱
     量程及分度值0~0.6A量程,分度值为0.02A;0~3A量程,分度值是0.1A 
     使用方法①电流表必须与被测用电器串联
    ②要让电流从电流表的正接线柱流入,从负接线柱流出
    ③所测电流不能超过电流表的量程,若不能估测被测电流的大小,可用试触法来试一下
    ④绝对不允许不经过用电器直接把电流表接在电源的两极上,这样会烧坏电流表和电源
     读数方法① 根据导线连接的接线柱判定电流表使用的是哪个量程
    ② 根据量程确定所对应的分度值
    ③ 根据指针位置正确读取电流表的示数,若指针不指在整刻度要适当估读
    ④ 记录数值时不要忘记写上单位
  • 电流表的分类及特点:
    1.分类:电流表是用来测量电流大小的仪表,常用的电流表是磁电式电流表(亦称磁电式表头),由于测量的需要不同,电流表可分为安培表、毫安表和微安表,

    2.特点:电流表的内阻很小,可视为零,接人电路不会影响电路中电流的大小。所以在使用时,不允许把电流表直接接到电源的两极上,这样会造成电流过大,烧坏电流表。

    用“试触法”选择电流表的量程:
       在连接电流表之前,为选择合适的量程都要进行试触。试触时主要看指针的偏转情况。
    (1)不偏转。一方面可能电流表所在的电路是断路,另一方面也可能是电流表已经损坏。

    (2)反偏。即指针向反方向偏转,说明“+”“-” 接线柱接反了,造成通过表中电流的方向相反。这样不但无法读数,还会损坏电流表。

    (3)满偏。即指针大幅度地向满刻度偏转,造成满偏的原因:一是待测电路可能发生了短路,电流过大;二是可能所选量程太小。短路和量程太小都会损坏电流表。

    (4)偏转太小。偏转太小是由于电流表所选量程太大。一个电流表有0~3A和0~0.6A两个量程,用 0~3A量程时每小格表示0.1A,用0~0.6A量程时,每小格表示0.02A,我们说0~0.6A量程的准确度高些。如果通过电流表的电流是0.04A,用0~3A量程去测就读不准确,而用0—0.6A量程去测就可以读准确。可见换用小量程是为了提高测量的准确度。所以用大量程测而偏角很小时,应该换用小量程。
考点名称:控制变量法和科学探究的过程
  • 控制变量法:
    物理学中对于多因素(多变量)的问题,常常采用控制因素(变量)的方法,把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素,而控制其余几个因素不变,从而研究被改变的这个因素对事物的影响,分别加以研究,最后再综合解决,这种方法叫控制变量法。它是科学探究中的重要思想方法,广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。例如以下的探究实验:
    探究影响蒸发快慢的因素;
    探究力与运动的关系
    探究影响滑动摩擦力大小的因素;
    探究影响压力的作用效果的因素;
    探究影响液体压强大小的因素;
    探究影响浮力大小的因素;
    探究影响动能大小的因素;
    探究影响重力势能大小的因素;
    验证欧姆定律

    科学探究过程:
    科学探究过程的一些环节:提出问题、猜想和假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集数据、分析与论证、评估、交流与合作。

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