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文档简介
第七讲欧姆定律
知识梳理
一、欧姆定律
⑴内容:导体中的电流跟导体两端的电压u成正比,跟导体的电阻R成反比,公式为I=(
欧姆定律是个实验定律,实验表明该定律适用于金属导电和电解质溶液导电,对气体导电和半导体导电并不适
用.
(2)导体的伏安特性曲线:用纵轴表示电压U,横轴表示电流I,画出的U-I关系图线叫做导体的伏安特性曲线,
伏安特性曲线直观地反映出导体中的电压与电流的关系.金属导体的伏安特性曲线是一过原点的直线,直线的斜率为
金属导体电阻.
(3)欧姆定律是电路中最基本最重要的电路规律.理解掌握欧姆定律要注意:
同一性:定律中的电流I、电压U和电阻R一定都是对于同一导体的量.
同时性:定律中的电流I、电压U和电阻R一定都是对于同一导体同一时刻的量.
条件性:欧姆定律只适用于纯电阻用电器.欧姆定律对含有电动机等的电路不适用.
二、串并联电路中电流、电压、电阻的特点和关系
'等电流1]=袱=八…
17=5+5+5+…
串联分电压一口:5:"••,=&:R2:兄…
=UX
5Rl+R2-i-R3+-
,
加电阻R&=7?i+JR2+7?3+"
(等电压U=Ui=Uz=tA…
千=11+/2+13+"。
合电流1hR2
并将
口•」+」+」+…
倒电阻,DD
两电阻并联:R并=告言
、K1K2
三、滑动变阻器限流接法和分压接法
A.限流式
图中变阻器起限流作用,待测电阻Rx的电压可调范围鼻U〜U
限流式电路的特点:
①电压不能从零开始调节,调节范围较小,但电路结构较为简单.
②电能损耗较小.
B.分压式
图中变阻器起分压作用,待测电阻Rx的电压可调范围0-U
分压式电路的特点:
①电压可以从零开始调节到电源电动势,调节范围较大.但电路结构较为复杂.
②电能损耗较大
分压、限流的选择:
①负载电阻电压要求变化范围较大,且从零开始连续可调,应选分压电路.
②若负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器总阻值R,应选分压电路.
③若负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器总阻值R或相差不多,且没有要求电压从零可调,应选限流电路.
④两种电路均可时限流电路优先,因为限流电路总功率小.
⑤特殊问题要具体问题具体分析.
滑动变阻器限流式与分压式的区别
限流式分压式
可调范围Rx+RU〜U0〜U
变阻器较大阻值较小阻值
电能损耗较小较大
四、电流表内接法与外接法选择
——(S>
段&
-
甲乙
1.阻值判断法:当Rx«七时,采用电流表“外接法”;当%>以时,采用电流表“内接法”
2.试触法:,与张匕较大小.
若苏大,则选择电压表分流的外接法;
若(大,则选择电流表分压的内接法.
精讲精练
一、串并联电路中欧姆定律的应用
[例题1]如图所示,开关断开时,电流表的示数为0.3A,电压表的示数为3V.当开关闭合后,电流表的示
数变为0.4A,电压表的示数为2.5V,计算Ri、R2、R3的阻值.
【例题2】如图所示,用相同的电压表测量不同电阻的电压,已知第一个电压表的示数是9V,第一个电流表
示数是15mA,第二个电流表示数是12mA.则各电压表之和是)
D.54V
【变式训练】在图(a)所示的电路中,电源电压为4.5伏且不变,滑动变阻器R2上标有“10。2A”字样.闭合开
关S,移动滑片P到某位置时,电压表、电流表的示数分别为2伏和0.5安.求:
(1)滑动变阻器R2接入电路的阻值.
⑵电阻Ri的阻值.
(3)在移动滑片P的过程中,通过电阻Ri的最大电流I最大•
(4)改变滑片P的位置,使电压表、电流表指针偏离零刻度线的角度恰好相同,如图(b)和(c)所示,此时滑动变
阻器R2接入电路的阻值.
二、变阻电路计算
[例题1]如图所示为一个电灯两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线.由图可知,两者不成线性关系,这
是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故.参考这条曲线回答下列问题(不计电流表和电源的内阻).
(1)若把三个这样的电灯串联后,接到电动势为12V、电阻为零的电源上,求流过灯泡的电流和每个灯泡的电
阻.
(2)如图所示,将两个这样的电灯并联后再与10Q的定值电阻串联,接在电动势为8V电阻不计的电源上,
求通过电流表的电流值和每个灯泡的电阻.
【例题2】如图甲所示的电路中.七=&=1002是阻值不随温度而变的定值电阻.白炽灯泡L的I-U关系图
像如图乙所示.电源电压u=iooV,内阻不计.求:
Z/A
乙
(I)当开关S断开时,灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实际电功率;
(2)当开关S闭合时,灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实际电功率
【变式训练1】如图所示,厚度均匀的矩形金属块棱长ab=10cm,bc=5cm,其左、右两端面为正方形.当将A
与B接入电压为U的电路中时,电流为1A;若将C与D接入同一电路中,则电流为()
【变式训练2】亮亮设计了一个用电压表的示数变化反映环境温度变化的电路,其电路原理图如图甲所示.其中,
电源两端电压U=4V(恒定不变).电压表V量程为0~3V,R0是定值电阻,Ro=300Q,%是热敏电阻,其电阻随环境
温度变化的关系如图乙所示.闭合开关S后,贝!J:
(1)当环境温度为40。。时,热敏电阻Ri的阻值是多少?
(2)当环境温度为40℃时,电压表的示数是多少?
(3)电压表两端电压不能超过其最大测量值,则此电路所允许的最高环境温度是多少?
三、利用欧姆定律判断电流表电压表示数的变化
[例题1]如图所示的电路中,Ri是定值电阻,R2是滑动变阻器.闭合开关S,电压表Vi的示数Ui与
电流表A1的示数的比值为ni,电压表V2的示数U2与电流表A2的示数的比值为2,且力<当滑片
P向左移动后,电压表V\示数的变化量△U1和电流表A1示数的变化量△11的比值的绝对值为n3,电压表
v2示数的变化量△U2和电流表A2示数的变化量△12的比值的绝对值为n4.若不计电表的电阻对电路的影响
且电源电压恒定,那么,下列判断中正确的是()
i4.ni>n2B.2U1<△U2
C.A/1<△I2D.n3=n4
[例题2]如图所示,电源电压不变,滑动触片P向右移动时,两电流表的读数都要发生变化.当P移动到某
一位置时,电流表Ai的读数增加了0.5A,则关于电流表A的变化的判断正确的是
A.读数增加,增加的数值大于0.5A
B.读数增加,增加的数值等于0.5A
C.读数增加,增加的数值小于0.5A
D.读数减少,减少的数值小于0.5A
[例题3]如图所示电路,a、b、c分别表示电流表或电压表电表都是理想的,则下列各组电表示数中可能实
现的是()
A.a的示数为lA,b的示数为2V,c的示数为0.5A
B.a的示数为2V,b的示数为lA,c的示数为0.5A
C.a的示数为0.5A,b的示数为lA,c的示数为2V
D.a的示数为2V,b的示数为0.5A,c的示数为1A
【变式训练1]小科在测一电阻的阻值时,用相同器材设计了两个电路(如图所示).若把滑动变阻器的滑片从最
左端移到最右端(电压表、电流表均未超过量程),下列说法正确的是()
・E3
L—H|——~11——1|—_
甲乙
A.甲图的电压表示数变化范围大
B.乙图的电压表示数变化范围大
C.甲图的电流表示数变化范围大
D.甲图和乙图的电流表示数变化范围一样大
【变式训练2】如图所示电路中,电源电压保持不变,当滑动变阻器的滑片P自a向b移动过程中,图中各
电表示数变化的情况是(.)
"U——□------A—
—国
A.表Ai、A2变大,表V变小
B.表Ai、V变大,表A2变小
C.表A2、V变小,表A1变大
D.表Ai、V变小,表A2变大
【变式训练3】在如图所示的电路中,R。、Ri为定值电阻,R2为滑动变阻器.闭合开关S,当滑动变阻器的
滑片P向下滑动时,四个理想电表的示数都发生变化,电表的示数分别用I、Ui、U2和U3表示,电表示数的变
化量分别用△I、△5、△U2、AU3表示,则在滑片P向下滑动的过程中错误的是()
A.Ui不变,牛不变
B.U2=U1+U3
C半不变
【变式训练4]如图所示,调节可变电阻R的阻值,使电压表V的示数增大△U,在这个过程中,下列说法
错误的是()
A.通过电阻Ri的电流增加,增加量可能小于2
B.通过可变电阻R的电流减少,减少量一定大于
C.通过电阻R3的电流减少,减少量一定小于2
K3
D.R2、R3电压都减少,减少量之和等于4U
【变式训练5】在如图所示的电路中,Ri、R2和R3均为定值电阻,%的阻值小于滑动变阻器R。的最大阻值,
闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P由滑动变阻器的右端向左端滑动的过程中,下列叙述中正确的魅J
A.表V]的示数先变小后变大,表V2的示数先变大后变小
B.表Ai的示数不断变大,表A2的示数不断变小⑪-I
C.通过R2的电流先变小后变大
D.通过Ri的电流先变小后变大
四、电流表内接法与外接法选择
【例题1]有一未知的电阻Rx,为较准确的测出其阻值,先后用如图(a)(b)两种电路进行测试,利用(a)测的数
据为“2.7V、5.0mA”利用(b)测的数据为“2.8V、4.0mA",那么,该电阻测的较准确的数值及它比真实值偏大或偏
小的情况是()
氏凡
A.560。,偏大B.560。,偏小
C.700Q,偏大D.700Q,偏小
【例题2】用伏安法测电阻,当被测电阻的阻值不能估计时,可采用试接的办法,如图所示.让电压表一端先后
接到b点和c点,观察两个电表的示数,若电流表的示数有显著变化,则待测电阻的阻值跟表的内阻可以
比拟.电压表的两端应接在a、两点;若电压表的示数有显著变化,则待测电阻的阻值跟表的内阻
可比拟,电压表应接在a、两点.
o-i-@-*—CZZF
cb
【例题3】电流表内外接、限流和分压接法的选择.
用伏安法测量一个定值电阻阻值,器材规格如下:
①待测电阻(约100Q)
②直流量安表(量程10mA,内阻50Q)
③直流电压表(量程3V,内阻5kQ)
④直流电源(输出电压4V,内阻可不计)
⑤滑动变阻器(阻值范围15Q,允许最大电流1A)
⑥开关一个,导线若干
请画出电路图.
【变式训练1]用伏安法测电阻,可接成如图所示的两个电路.当用(a周的电路测量时,电压表和电流表的示数
分别为5V、0.6A;用(b)图的电路测量时,电压表和电流表的示数分别为4.6V、0.8A.电源两端的电压不变,则被
测电阻的准确值为多少?
(a)(b)
【变式训练2】用伏安法测金属丝电阻Rx(约为5Q)的值已知电流表内阻为1。、量程为0.6A,电压表内阻为
几千欧、量程为3V,电源电动势为9V,滑动变阻器的阻值为0〜6。,额定电流为5A,试画出测量Rx的原理
图.
一、串并联电路中欧姆定律的应用
【例题1】解:s断开时,电阻R1和R2串联在电路中,电压表V测R2的电压,电流表测串联电路的电流,
根据欧姆定律/=/导,
:R2
R2的电阻=牛=志=ion;
当S闭合后,R2和R3先并联,再和R1串联,电压表测R2和R3的电压,电流表测量R2和R3的电流,
通过R2的电流:&=詈=需=0.254由并联电路电流的规律知,
K,21UJ2
R3的电流:I3=r-I2=0.44一0.254=0.154根据欧姆定律/=£得,
:
R3的电阻R3=詈=16.712;
S断开时:电源电压:U=IR1+3V①;
S闭合时,电源电压:U=FR]+2.57(2),
综合①②得,%+3V=l'Rr+2.5匕
0.34%+3U=0.471/?1+2.57,
解得:%=52
答:Ri、R2、R3的阻值分别为5Q、10Q、16.7C.
【例题2】C【解析】电压表可看作是一个大电阻与一个电流表串联,那么将第二个电流表所测部分看作一个
整体后,可将该电路视为一个混联电路,第一个电压表分得的电流为:15mA-l2mA=3mA,对应的电压为9V;则电
压表的阻值:R=—=9V=:3000Q;
r1
]v0.0034,
由图知:所有的电压表都单独与电源相连,所以各电压表分得的总电流为15mA,那么所有的电压表的电压
之和:U总=1总R=0.015Ax3000Q=45V.
【变式训练】解:⑴•••/=?
K
.••电阻/?2=中=言=4优
⑵电阻Ri两端电压:
UU-U=4.57-2V=2.5匕
1=u2
Ir=-,
R
:,电阻%=4=型=50;
1h0.5i4
(3)滑动变阻器接入电路的阻值为零时,即只有Ri接入电路时,通过网的电流最大,
="=竺
,底水R15。
(4)滑动变阻器阻值全部接入电路时,电压表示数最大,电压表最大示数:
U45P
U-=IR~+=--—R+…xl0Q=3V,
梯腕梯形本RNR梯形水梯锥侧
则电压表量程选o~3V量程,分度值为0.1V,电流表大量程时的分度值为0.1A,小量程时的分度值为0.02A,
设此时电压表上的格数为n,•.•/=?
K
;・①当电流表使用0~0.6安量程时,
,="=》空
Z〃271X0.024
②当电流表使用0~3安量程时
“〃2nxOAA
答:(1)滑动变阻器R2接入电路的阻值为4Q.
(2)电阻Ri的阻值为5Q.
⑶在移动滑片P的过程中,通过电阻Ri的最大电流为0.9A.
(4)滑动变阻器R2接入电路的阻值为5Q或
二、变阻电路计算
【例题1】解:(1)三个灯串联时,每个灯的电压为4V,由图像知,当灯泡两端的电压为4V时,灯泡的电
流为0.4A.
灯泡的电阻为R=3=言。=10。
/0.4
⑵在图中,若设灯泡电流为I,两端电压为U,由欧姆定律得.E=2IRo+U,即U=8—201将U=8—201函数关
系图像作在题图中,如图所示,两图线交点为(2V,0.3A),可得此种情况下电流为0.3A.
U2468c/ZV
通过电流表的电流值为IA=2I=0.6A.灯泡的电阻为区=合*”6.72
【例题2]解:⑴当S断开时,因Ri是定值电阻,与灯泡串联,设灯泡上的电压为Ui,电流为I1,根据闭
合电路的欧姆定律有:U=%+A%,代入数据得:/1=14-悬.
在I-U图上作出图线,如图所示,这条直线与灯泡的伏安特性曲线的交点为(40V,0.60A).由此可知此时流过
灯泡的电流为0.6A,灯泡上的电压为40V,灯泡的实际功率为P=24W.
(2)当S闭合时,设灯泡上的电压为U2,电流为12,根据闭合电路的欧姆定律有:
U=U2+(I2+蜀%代入数据得:4=14-如,在I-U图上作出图线,如图所示,这条直线与灯泡的伏安
特性曲线的交点为(25V,0.5A).由此可知此时流过灯泡的电流为0.5A,灯泡上的电压为25V,灯泡的实际功率
P'=12.5WZ.
【变式训练1】A【解析】设沿AB方向的横截面积为Si,沿CD方向的横截面积为S2,则m=J,A、B
接入电路中时的电阻为Ri,C、D接入电路中时的电阻为R2,则有凸=7
两种情况下电流之比为Y=V=[故12=4/1=4A,选项A正确.
R14
【变式训练2】解:⑴根据题图乙可读出环境温度为40。。时对应的R1的阻值为200Q.
(2)环境温度为40℃时根据电阻的串联特点可知R总=&+Ri=3000+2000=500。,则/=二=就=0.008/1
忘
,由欧姆定律得R。两端的电压(Uo=IR0=0.008Ax300Q=2.4V.
(3)由题意可知电压表示数允许最大值为3V且此时电路能够测量的温度最高此时电路中的电流为/'=等=
孤=0.014因为串联电路两端的电压等于各部分电路两端的电压之和,所以U\=U-[/%=4V-3V=1V,由欧姆
定律得此时热敏电阻的阻值&'=》=盖"=10。优根据题图乙可查得热敏电阻的阻值为100。时对应温度为8
0℃,即最高温度为80℃.
三、利用欧姆定律判断电流表电压表示数的变化
【例题11D【解析】由题干电路图可知,定值电阻风与滑动变阻器R2串联,电压表Vi测Ri的电压,
电压表V2测滑动变阻器两端的电压,电流表测电路中的电流.由串联电路的特点可知,两电流表的示数相等,电压
表Vi的示数5与电流表A1的示数的比值叼=半,电压表V2的示数U2与电流表A2的示数的比值n2=中,
又知%<所以ni<n2,故A错误;当滑动变阻器滑片向左移动时,接入电路中的电阻值变小,根据串联电路的
分压原理可知,滑动变阻器两端的电压变小,则定值电阻两端的电压变大,因为串联电路中总电压等于各分电压之
和,总电压不变,所以定值电阻Ri增大的电压△Ui等于滑动变阻器R2减小的电压△5,即△力=△口故B
错误,•两电阻串联接入电路,通过的电流相等,滑片移动时,电流表示数的变化量也相等,即.41=△以故C错误;
综上所述,/Ui=AU2,AI1=AI2,n3=竿,几4=半,所以n3=%,故D正确.
[例题2]C【解析】滑动触片P向右移动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,电路的总电阻R减小;
电源电压U不变,由/=铁口电路电流I增大,电流表A示数增加;电阻R3阻值不变,由/=/段知,电阻
R3两端电压增大;
由串联电路特点知,并联电路电压u外=u-3减小;电阻R2不变,流过电阻R2的电流i2=鲁减小;滑片
移动前后,流过表Ai的电流增加,增加量△=0.5A,流过电阻R2的电流12减小,由于电阻Ri与R2并联,
流过R2减小的电流△12流经电阻Ri,即△Zi=A/2+AI,则4=△/i-Ab所以△K0.5A.
综上所述,可知:滑片移动前后,电流表A的示数增加,增加量小于0.5A.
故选:C.
【例题3】B【解析】由电路图可知,如果a与c为电流表,则电阻Ri与R2被短路,只有电阻R3与两电流
表组成串联电路,等效电路图如图甲所示,两电流表示数相同,故A错误;
由电路图可知,如果b与c是电流表,a是电压表,则电阻Ri与R2并联,然后再与R3串联,电压表测并联
电路电压,电流表b测干路电流,电流表c测通过Ri的支路电流,等效电路图如图乙所示,电流表b示数大于c
的示数,故B正确,D错误;
由电路图可知,a与b是电流表,等效电路图如图丙所示,a被短路,电流为零,故C错误.
【变式训练1】B【解析】甲图中定值电阻与滑动变阻器串联,则当滑动变阻器短路时,电压表示数最大,等
于电源电压,即k*=U;由欧姆定律可得,此时电路中电流/】©*=
当滑动变阻器全部接入时,电路中电阻最大,则电流最小,由欧姆定律可得,电路中电流:
/10,1=义,此时电压表示数为:
U一=I厂X&=」一XR1;
1
1或1在1RI+R2
即电流表示数范围为
十g
电压表示数范围为-X%〜U;
十/<2
乙图中滑动变阻器全部接入电路,电阻与滑片左侧部分并联,则当滑片在最左端时,电阻被短路,此时电压表
示数为零;电流表的示数为零;
当滑片滑到最右端时,电阻与滑动变阻器全部电阻并联在电源两端,则此时R两端电压为电源电压U,电路
中电流,2©*=9
"1
故电流表示数范围为:。〜?;
电压表示数范围为0-U
则可得出,乙图中的电压表及电流表示数的变化范围均要大.
故选:B.
【变式训练2]C【解析】当滑动变阻器的滑片P自a向b移动过程中,滑动变阻器接入电路的电阻变大,R
1、R2并联后的电阻变大,再与R3串联后的电阻也变大,根据欧姆定律可知,该支路的电流变小,故电流表A的
示数变小;
R3两端的电压变小,故电压表V的示数变小;根据串联电路总电压等于各分电压之和可知,Ri、R2并联后
两端的电压变大,再根据欧姆定律可知,通过Ri支路的电流变大,电流表A1的示数变大;因并联电路干路电流
等于各支路电流之和,所以干路电流减小,Ri支路的电流变大,故R2支路的电流变小,故电流表A2的示数变
小.
故选C.
【变式训练3】B【解析】由电路图可知,R。、Ri、R2串联,Ro、Ri为定值电阻;滑动变阻器触头P向下
滑动时,接入电路中的电阻变大,电路中的总电阻变大,由/=£可知电路中电流变小;
由U=IR可得,Ro、Ri两端的电压变小;
根据串联电路中总电压等于各分电压之和可知:滑动变阻器两端的电压变大;
A.由/=?可知%=案由于Ri为定值电阻,所以1Ml不变;
/%=力-U\=由于R1是定值电阻,所以牛的比值不变,故A正确;
B.根据串联电路中总电压等于各分电压之和可知:/=力+/,故B错误;
C.由/=9可知:△U3=U3—U'3=由于Ro是定值电阻,所以警的比值不变,故C正确;
KZ1/
D.AU3=U3—U‘3=△IR°
△Ui=Ui-U\=△IR1
△—U‘2=△I(Ro+Ri)=△IRo+△IR1
显然|△/I=I△Uil+I△&I,,故D正确.
故选:B.
【变式训练4]A【解析】当滑片向左移动时,电压表示数增大4U,干路上R2和R3一起的电压减少小U,
则干路上电流减少会■,故C和D说法正确;因为Ri上电压增大AU,所以通过Ri的电流增大Mi,则A说法
错误;R上减少的电流一定比干路减少的大,因为与之并联的R
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