12.1 学生实验：探究——电流与电压、电阻的关系（课件）-2024-2025学年-北师大版物理九年级全一册

第一节 学生实验：探究——电流与电压、电阻的关系 第十二章 欧姆定律 知识点 探究电流与电压的关系 知1－讲 1 实验设计： 按照如图1所示的电路图连接电路；调节滑动变阻器滑片P的位置改变定值电 阻R两端的电压，读出不同电压对应 的电流，并把测量数据填在表格中。 课堂新授 知1－讲 实验思考 实验过程中，运用了什么思想方法？ 实验要点 实验过程中运用了控制变量法，即保持电阻不变，改变电阻两端的电压进行对比实验。 课堂新授 知1－讲 实验数据：如下表所示。 实验次数 电阻/Ω 电压/V 电流/A 1 5 1 0.2 2 1.5 0.3 3 2 0.4 课堂新授 知1－讲 实验分析： ① 数学方法。观察发现：在电阻一定的情况下，电压增加几倍，电流增加几倍。但是每次电压与电流的比值不变。数学上称电流与电压成正比。 ② 图像法。利用数学上的“描点法”， 在坐标图中画出电流随电压变化的 图像(图2)。 课堂新授 知1－讲 实验结论：电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比。 课堂新授 知1－讲 特别提醒 1. 探究电流与电压的关系时，电阻要一定，所以研究对象选定值电阻，而不能选灯泡，因为灯丝的电阻是变化的(随温度的升高而增大)。 2. 本实验中滑动变阻器的作用：(1) 保护电路。(2)改变定值电阻两端的电压。 课堂新授 知1－练 例 1 [中考·丹东节选] 在“探究电流与电压的关系”实验中，小潘设计并连接了如图3 甲所示的电路。 课堂新授 知1－练 解题秘方：判断电路故障时，如果电流表没有示数，电路故障通常为断路；电流表有示数，电路故障通常为短路。 课堂新授 知1－练 (1)在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移到最______(填“左”或“右”)端。 解析：在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移到阻值最大处，即最左端。 左 课堂新授 知1－练 (2)闭合开关，发现电流表有示数，电压表无示数，已知导线、仪表均完好且接触良好，则故障原因可能是定值电阻_______。 解析：闭合开关，发现电流表有示数，则电路接通，电压表无示数，已知导线、仪表均完好且接触良好，则电压表所测量的元件短路，即定值电阻短路。 短路 课堂新授 知1－练 (3)排除故障后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，当电压表的示数为1.0 V 时，电流表示数如图乙所示，则电流表示数为_______A。 0.1 课堂新授 知1－练 (4)继续移动滑动变阻器的滑片，进行多次测量，记录实验数据如下表。分析表中数据可知：在电阻一定的情况下，通过导体的电流与导体两端的电压成______。 正比 实验次数 1 2 3 4 电压U/V 1.0 1.6 2.2 2.8 电流I/A 0.16 0.22 0.28 课堂新授 知1－练 (5)若将定值电阻换成小灯泡，不能达到本实验的探究目的，是因为__________________________________________ ______________________。 实验中应控制电阻的阻值不变，而灯泡的电阻 会随温度的变化而变化 课堂新授 知1－练 1. [北京期中] 小阳用图中的实验器材及多个阻值已知的定值电阻，探究通过导体的电流跟导体两端电压的关系。他连接了如图所示的实验电路，同组的小朝检查电路时，发现电路连接出现了错误。 课堂新授 知1－练 (1)只改动一根导线，使电路连接正确。请在错接的导线上打“×”，并画出正确的连接方法。 解：如图所示。 课堂新授 知1－练 (2)小阳改正电路连接以后，对器材进行了正确调节。请写出完成探究任务的实验步骤，并画出实验数据记录表格。 解：①将滑动变阻器的滑片P置于接入电路阻值最大 处，闭合开关S，调节滑片P至适当的位置，读出此时电压表的示数U及电流表的示数I，断开开关S，并将实验数据记录在表格中； 课堂新授 知1－练 ②移动滑动变阻器的滑片，电压表示数为U′，读出此时电流表的示数I′，断开开关S，并将实验数据记录在表格中； ③重复实验，记录多组对应的电压值和电流值。 课堂新授 知1－练 实验数据记录表格如下表所示： 实验次数 U/V I/A 1     2     3     4     5     6     课堂新授 知2－讲 知识点 探究电流与电阻的关系 2 实验设计：按照如图4所示的电路图 连接电路；将5 Ω、10 Ω、15 Ω、2 0 Ω 的定值电阻分别连接到电路的AB 两点 间，调节滑动变阻器的滑片P的位置， 保持电压表的示数为2.0 V不变，读出不同电阻对应的电流，并把测量的数据填在表格中。 课堂新授 知2－讲 实验思考 实验过程中，每次更换电阻之后，调节滑动变阻器的滑片到电压表的示数为2.0 V，这是为什么？ 实验要点 更换电阻之后，每次都将定值电阻两端的电压调整为2.0 V，是在电压不变的情况下，探究电流与电阻的关系。 课堂新授 知2－讲 实验数据：如下表所示。 实验次数 电压/V 电阻/Ω 电流/A 1 2.0 5 0.4 2 10 0.2 3 15 0.13 课堂新授 知2－讲 实验分析：(1)方法一：在如图5所示的坐标中描点画图。根据图像初步判断电压一定时，电流与电阻成反比。 课堂新授 知2－讲 (2)方法二：在如图6所示的坐标中描点画图。每个点都在延长线通过原点的直线上，根据图像可直接认定电压一定时，电流与电阻成反比。 课堂新授 知2－讲 实验结论：电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比。 课堂新授 知2－讲 对比法研究实验 对比滑动变阻器在探究电流与电压和探究电流与电阻关系中的作用的异同： (1)相同点：保护电路。 (2)不同点：①探究电流与电压关系实验中滑动变阻器的作用： 改变定值电阻两端的电压。②探究电流与电阻关系实验中滑动变阻器的作用：使定值电阻两端的电压保持不变。 课堂新授 知2－练 [中考·菏泽节选] 某学习小组计划探究电流与电阻的关系，设计的电路如图7 甲所示。 例 2 课堂新授 知2－练 (1)请根据图甲把图乙中的电路连接完整(要求滑片向右移动时，电路中电流变大)。 解：如图8所示。 课堂新授 知2－练 解析：当滑片向右移动时，电路中电流变大，则滑动变阻器连入电路中的电阻变小，故滑动变阻器下方应该接的是右接线柱B，如图8 所示。 课堂新授 知2－练 (2)在闭合开关进行实验前，滑动变阻器的滑片应位于______(填“A”或“B”)端。 A 解析：在闭合开关进行实验前，滑动变阻器的滑片应移至阻值最大处，应位于A端。 课堂新授 知2－练 (3)为得到多组实验数据，进行实验时需要更换连入电路中的定值电阻。每次更换定值电阻后，都需要调节滑动变阻器，使电压表的示数_______________。 保持不变 解析：探究电流与电阻的关系，需要控制定值电阻两端的电压不变，故每次更换定值电阻后，都需要调节滑动变阻器，使电压表的示数保持不变。 课堂新授 知2－练 (4)某次实验中，电流表示数如图丙所示，该电流表的示数为____________。 0.24 A 课堂新授 知2－练 (5)某同学进行实验后，作出如图丁所示图像，得出结论______________________________________________。 电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比 课堂新授 知2－练 2. [锦州节选] 小明利用4 节新干电池，阻值分别为10 Ω、20 Ω、30 Ω、40 Ω、50 Ω 的定值电阻，铭牌上标有“20 Ω 1 A”的滑动变阻器等实验器材“探究电流与电阻关系”。 课堂新授 知2－练 (1)小明连接好如图所示的电路，检查时发现电路中有一处连接错误，请你在错误的导线上画“×”，并用笔画线代替导线，将电路连接正确。 解：如图所示。 课堂新授 知2－练 (2)小明将10 Ω 的定值电阻接入电路中，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使定值电阻两端电压为4 V，读出并记录电流表示数；保持滑动变阻器的滑片位置不变， 把10 Ω 的定值电阻换成20 Ω 的定值电阻后，直接闭合开关，电压表的示数将______(填“大于”“小于”或“等于”)4 V，此时应将滑动变阻器的滑片在原来基础上向_____(填“左”或“右”)端移动，直到电压表的示数再次达到4 V，记录电流表的示数。 大于 左 课堂新授 知2－练 (3)当小明将50 Ω 定值电阻接入电路时，无论怎样调节滑动变阻器的滑片，都无法使定值电阻两端电压为4 V，则原因可能是______________________________(写出一条即可)。 所选滑动变阻器的最大阻值太小 (或电源电压过大) 课堂新授 知3－讲 知识点 欧姆定律及其理解 3 1. 欧姆定律 (1)内容：通过导体的电流，跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。 (2)表达式：I＝。变形式：U＝IR、R＝。 课堂新授 知3－讲 (3)公式中各符号代表的物理量及单位。 符号 物理量 单位 U 电压 伏特(V) R 电阻 欧姆(Ω) I 电流 安培(A) 课堂新授 知3－讲 2. 欧姆定律的适用范围 适用于纯电阻电路。目前只要求知道，在电动机正常工作时，欧姆定律不能用于电动机的计算。 课堂新授 知3－讲 深度思考 欧姆定律的变形公式R＝。能不能说“导体的电阻与电压成正比，与电流成反比”？ 深度理解 导体的电阻是导体本身的一种性质，和导体两端的电压、导体中的电流无关。导体的电阻大小等于电压与电流的比值，即R＝。不能说导体的电阻与电压成正比，与电流成反比。 课堂新授 知3－练 [中考·绥化]由I＝变形可得R＝，以下理解正确的是(　　) A. 导体的电阻跟它两端的电压成正比 B. 导体的电阻跟通过它的电流成反比 C. 当导体两端的电压为0 时，导体的电阻为0 D. 导体的电阻是导体本身的一种性质，跟导体两端的电压和通过导体的电流无关 例 3 课堂新授 知3－练 解题秘方：由公式分析两个物理量间的关系，不能仅从数学角度分析, 有时要结合两个物理量间存在的具体关系来分析。 解析：因电阻是导体本身的一种性质，只与导体的材料、长度、横截面积和温度有关，与两端的电压和通过的电流无关，当导体两端的电压为0 时，导体的电阻不为0。 答案：D 课堂新授 知3－练 3. 在学过欧姆定律后，同学们有以下认识，其中正确的是(　　) A. 电阻中有电流时它两端一定有电压 B. 欧姆定律揭示了导体中的电压与电流、电阻的关系 C. 当电阻一定时，导体的电压与电流成正比 D. 根据欧姆定律的变形公式R＝可知：导体的电阻随电压和电流的变化而变化 A 课堂新授 知4－讲 知识点 运用欧姆定律进行简单的计算 4 1. 公式运用的三种类型 (1)直接运用公式I＝求流过导体的电流。 (2)运用变形式U＝IR求导体两端电压。 (3)运用变形式R＝求导体的电阻。 课堂新授 知4－讲 2. 运用欧姆定律公式时要注意以下三点： (1)注意三个量的同一性：即在运用公式进行计算时，要注意三个量是同一导体或同一段电路中的电流、电压、电阻，不能张冠李戴。 课堂新授 知4－讲 (2)注意三个量单位的统一性：公式中的三个物理量必须使用国际单位制中的单位，电压→伏特(V)，电流→安培(A)，电阻→欧姆(Ω)。 (3)注意三个量的同时性：例如，在同一电路中，由于滑动变阻器滑片的移动，接入电路的电阻变化，总电阻的变化会导致电流与部分电路电压的变化，应用该公式时，三个量要是同一时刻的电流、电压和电阻。 课堂新授 知4－讲 易错提醒 如图9所示，如果计算定值电阻R2的阻值，只能用 R2＝ 来计算，而不能用R2＝或R2＝来计算。 课堂新授 知4－练 [中考·吉林] 在如图10所示的电路中，R1的阻值是30Ω，闭合开关S，电流表A1的示数是0.2 A，电流表A的示数是0.5 A。求： (1)电源电压。 (2)电阻R2的阻值。 例 4 课堂新授 解：由电路图可知，R1与R2并联，电流表A测干路电流，电流表A1测R1支路的电流。 (1)因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，由I＝可得，电源的电压U＝I1R1＝0.2 A×30 Ω＝ 6 V。 (2)因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以，通过R2的电流I2＝I－I1＝0.5 A－0.2 A＝0.3 A，则电阻R2的阻值R2＝＝＝20 Ω。 知4－练 课堂新授 知4－练 4. 如图是一款摄像机自主启动装置的简化电路图，电源电压为12 V，RP是红外线探测电阻，其阻值随红外线强度的增大而减小。R是阻值为8 Ω 的定值电阻。当R两端电压达到8 V时，摄像机自主启动拍摄。求此时： (1)电路中的电流是多少？ (2)RP的阻值是多少？ 课堂新授 知4－练 课堂新授 学生实验:探究——电流与电压、电阻的关系 探究 电流与电 压的关系 电流与电 阻的关系 结论 欧姆定律 理解 内容 表达式 归纳总结 解：由图可知，定值电阻R与红外线探测电阻RP串联，电压表测R两端的电压。 (1)电路中的电流I＝＝＝1 A。 (2)由串联电路电压的规律知，RP两端的电压U2＝U－U1＝12 V－8 V＝4 V，则摄像机自主启动拍摄时RP的阻值RP＝＝＝4 Ω。 $$