三、 欧姆定律（培优教学课件）物理苏科版2024九年级上册

第十四章 欧姆定律 第三节 欧姆定律 江苏凤凰科学技术出版社 九年级物理 上册 义务教育教科书 音乐喷泉的灯光亮度需要调节， 收音机、电视机的音量需要调节， 电扇的转速也需要调节...... 这些都需要通过改变电路中电流的大小来实现。 那么，电流的大小又是由什么决定的呢? 导入新课 想一想 电流与电压、电阻之间有什么关系？ 1. 会同时使用电流表和电压表测量一段导体的电流和两端的电压，会用滑动变阻器改变部分电路两端的电压。 2. 通过实验探究电流与电压和电阻的关系。 3. 理解欧姆定律及其变换式的物理意义。 4. 能初步运用欧姆定律分析和计算有关问题。 学习目标 教学重点： 理解定律的内容以及其表达式、变换式的意义。 教学难点： 运用数学推理、图象的方法处理实验数据，建立和理解欧姆定律。 重点与难点 1. 电流与电压、电阻的关系 2. 欧姆定律 3. 课堂总结 4. 综合提升训练 学习内容 第三节 欧姆定律 一、电流与电压、电阻的关系 一、电流与电压、电阻的关系 【猜想与设计】 1. 通过导体的电流与电压、电阻有什么关系？ 有哪些事实支持你的猜想？ 2. 如何探究通过导体的电流与它两端电压的关系？如何探究通过导体的电流与导体电阻的关系? 3. 请设计实验方案，并画出电路图。 一、电流与电压、电阻的关系 （1）猜想一：若电阻一定，可能电压越大，电流越大。 因为电压是形成电流的原因。例如，用两节新干电池给小灯泡供电比一节供电时要亮。 （2）猜想二：若电压一定，可能电阻越大，电流越小。 因为电阻对电流有阻碍作用。例如用滑动变阻器改变灯泡的亮度时，电阻越大，灯泡越暗（电流越小）。 1. 通过导体的电流与电压、电阻有什么关系？ 有哪些事实支持你的猜想？ 一、电流与电压、电阻的关系 【实验设计】 （1）如何探究通过导体的电流与它两端电压的关系？ 2. 探究通过导体的电流与电压的关系 A V R R' S P 运用控制变量法，控制电阻的阻值不变。并用电流表测出电路中的电流，用电压表测出定值电阻两端的电压，通过调节滑动变阻器改变电阻两端的电压，进行多次实验。 实验电路图如图所示。 （2）根据如图所示的电路设计实验步骤。 一、电流与电压、电阻的关系 【实验与记录】 （1）按电路图把一个10Ω的定值电阻连接电路。 （2）闭合开关前，检查电路中各元件的连接是否正确，将滑动变阻器的滑片调到阻值最大处。 A V R R' S P 一、电流与电压、电阻的关系 （3）调节滑动变阻器使电阻两端的电压分别为 1V、2V、3V、4V 、5V ，读出此时相应的电流值记入下表中。 电阻R/Ω 实验序号 U/V I/A 10 ① 1.0 0.1 ② 2.0 0.2 ③ 3.0 0.3 ④ 4.0 0.4 ⑤ 5.0 0.5 一、电流与电压、电阻的关系 【分析论证】 （1）分析实验数据发现电流与电压有关，电流随电压的增大而增大，并且成正比。 （2）在坐标系中根据各电流值和对应的电压值描点，画出I-U图像。分析图像可得出：通过导体的电流与导体两端的电压成正比。 【结论】在电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比。 一、电流与电压、电阻的关系 【评估与交流】 （1）滑动变阻器的作用：保护电路、改变定值电阻两端的电压。 （2）表格错误数据的分析：分析比较各组数据电压与电流的比值是否相同，不同的一组数据为错误数据。 （3）明确 ①结论中的电流、电压、电阻是针对同一导体而言的。 ②明确电流与电压存在的因果关系，电压是导体中产生电流的原因，而不是导体中有了电流才在导体两端产生电压，所以不能说电阻一定时，电压与电流成正比。 ③在归纳结论时，不能漏掉前提条件“电阻一定”。 【例题1】物理学习小组在“探究电流与电压的关系”时，设计了如图所示的电路。其中电源电压为3V，定值电阻R1为5Ω，电流表量程为0~0.6A，电压表量程为0~3V。该小组同学完成了以下实验步骤： （1）正确连接好电路，闭合开关S前，需将滑片P移动至______ 端； （2）闭合开关S后，发现无论怎样移动滑片P，电流表、电压表均无示数。你认为引起上述现象的原因可能是____________；（写出一种即可） （3）排除故障后，小组同学正常进行操作，在表格中记录多组电流表、电压表的示数。他们所使用的滑动变阻器最大值是_______ Ω； （4）根据表格数据，在图乙中画出I-U关系图像； （5）该小组同学认为还需更换不同阻值的定值电阻重复上述操作，你认为他们这么做的目的是_______________。 U/V 0.5 1.0 1.5 2.0 I/A 0.10 0.20 0.30 0.40 右/b 滑动变阻器断路 25 得出普遍规律 一、电流与电压、电阻的关系 【解析】（1）正确连接好电路，为了保护电路，闭合开关S前，需将滑片P移动到电阻最大位置，即b端。 （2）闭合开关S后，移动滑片P，电流表无示数，说明电路是断路，而电压表也无示数，说明电压表并联支路以外的电路出现断路，可能是滑动变阻器断路。 （3）滑动变阻器接入电路的阻值最大时，电路中电流最小，定值电阻两端电压最小，根据串联电路电压和电流的特点及欧姆定律可知，滑动变阻器的最大值是 （4）根据表格数据，描点连线，即可得到I-U关系图像，如图所示. （5）该小组同学认为还需更换不同阻值的定值电阻重复上述操作， 他们这么做的目的是排除一次实验的偶然性，得出普遍规律。 一、电流与电压、电阻的关系 3. 探究通过导体的电流与电阻的关系 【提出问题】电压一定时，电流与电阻存在怎样的关系？ 【猜想与假设】因为电阻对电流有阻碍作用，所以若电压一定，可能电阻越大，电流越小。 A V R R' S P 【设计实验】要研究电流与电阻的关系，必须改变接入电路的阻值，所以要更换不同的电阻R接入电路。实验中要控制电阻R两端的电压不变。所以需要在电路中串联滑动变速器，通过调节滑动变速器，保持电阻R两端的电压不变，电路图如图所示。 一、电流与电压、电阻的关系 【实验器材】 电源、不同阻值的定值电阻多个、滑动变阻器、开关、电流表、电压表、导线等。 【进行实验】 （1）按电路图连接电路。 （2）闭合开关前，检查电路中 各元件的连接是否正确，将滑动变 阻器的滑片调到阻值最大处。 一、电流与电压、电阻的关系 （3）把阻值为5Ω的定值电阻接入电路，闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表示数为3V保持不变，读出电流表的示数，记录在表格中。 （4）把阻值为5Ω的定值电阻分别更换为10Ω、15Ω、20Ω的定值电阻，调节滑动变阻器，使电压表示数保持3V不变，读出电流表的示数，记录在表格中。 电压U/V 实验序号 R/Ω I/A 3 ① 5 0.60 ② 10 0.30 ③ 15 0.20 ④ 20 0.15 ⑤ 25 0.12 一、电流与电压、电阻的关系 【分析论证】 （1）分析实验数据发现：电流与电阻有关，电流随电阻的增大而减小，且电流与电阻的乘积为一定值，说明电流与电阻并且成反比。 （2）在坐标系中画出I-R图像。分析图像可得出：通过导体的电流与导体的电阻成反比。 【结论】在电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比。 一、电流与电压、电阻的关系 【评估与交流】 （1）对I-R图象的改进是作出I- 图象。该图像是一条过原点的倾斜直线，表明 “电压一定时，导体中的电流与导体电阻的倒数成正比”。 （2）滑动变阻器最大阻值的影响 更换阻值大的定值电阻后，电压表示数不能调节到所需要的值的原因是电源电压过大或滑动变阻器的最大阻值过小。 一、电流与电压、电阻的关系 （3）改变电源电压的三种方法 如果用干电池做电源，可以通过改变串联干电池的节数来改变定值电阻两端的电压（图甲）； 如果用学生电源做电源，可以通过转动旋钮来改变定值电阻两端的电压（图乙）； 乙 甲 丙 如果用滑动变阻器做电源，可以将滑动变阻器串联在电路中起分压作用，改变定值电阻两端的电压。 一、电流与电压、电阻的关系 （4）注意：对实验结论两种错误的语言描述： ①“导体中的电流跟导体的电阻成反比” ——漏掉了结论的前提条件（在电压一定时）。 ②“电压一定时，导体的电阻与导体中的电流成反比” ——弄错了结论的因果关系（因为电阻是导体本身的性质，跟电压和电流都没关系）。 【例题2】利用如图甲所示的电路“探究电流与电阻的关系”。已知电源电压为6V恒定不变，滑动变阻器R'规格为“50Ω 1A”。实验用到的电阻阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω。 （1）请将图乙所示的实物电路连接完整____（导线不允许交叉）； （2）闭合开关后，小明发现电压表示数约等于6V，电流表指针略有偏转，若故障只有一处，那么出现这种现象可能的原因是___________； （3）排除故障后，移动滑动变阻器滑片使电压表示数为2.5V，正常实验、记录，结束对5Ω电阻的测量。接下来的操作是____________，取下5Ω的电阻，将10Ω的电阻接入电路，再将滑动变阻器滑片移至最______端，闭合开关，移动滑片使电压表示数为_____V时，读出电流表的示数； 电阻R断路 左 2.5 断开开关 （4）多次改变R的阻值，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数保持不变，记下电流表的示数，得到图丙所示的电流I随电阻R变化的图像。小明根据图像得出了该实验的结论：电压一定时，电流I与电阻R成反比。你认为他判断I与R成反比的依据是_______________。 I与R的乘积是一个常数 一、电流与电压、电阻的关系 一、电流与电压、电阻的关系 【解析】（1）探究电流与电阻的关系，定值电阻、滑动变阻器、电流表串联在电路中，电压表并联在定值电阻两端，滑动变阻器接线柱一上一下接入电路中，如图所示。 （2）电源电压为6V，闭合开关后，电压表示数约等于6V，即电源电压几乎全部加在R两端，且电流表指针略有偏转，可能的原因是电阻R断路。 （3）探究电流与电阻的关系，应控制电压相同。移动滑动变阻器滑片使电压表示数为2.5V，正常实验、记录，结束对5Ω电阻的测量，然后断开开关，取下5Ω的电阻，将10Ω的电阻接入电路，为保护电路，将滑动变阻器阻值调至最大，即滑片移至最左端，闭合开关，移动滑片使电压表示数为2.5V时，读出电流表的示数。 （4）由图像可知，五次实验，电流与电阻的乘积都相等，根据数学知识可知，电压一定时，电流I与电阻R成反比。 二、欧姆定律 第三节 欧姆定律 二、欧姆定律 1. 欧姆定律 探究通过导体的电流与电压、电阻的关系，我们得出结论： ①在电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比。 ②当导体的电压一定时，通过导体的电流跟导体的电阻成反比。 这个结论是否具有普遍性呢？电流、电压、电阻之间有没有一个定量的关系？ 二、欧姆定律 （1）欧姆定律的内容 导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。 （2）数学表达式 如果用U 表示导体两端的电压，R 表示导体的电阻，I 表示导体中的电流，那么用公式表示就是： 早在19世纪20年代，德国物理学家欧姆就对电流跟电阻和电压之间的关系进行了大量实验研究，发现对大多数导体而言，上面的规律是成立的，并进一步归纳得出了欧姆定律（Ohm law）。 二、欧姆定律 （3）单位 根据 可知各物理量的单位： 电压 U：伏特，符号 V； 电阻 R：欧姆，符号 Ω； 电流 I：安培，符号 A 。 （4）物理意义 对于同一导体而言，电阻一定，加在导体两端的电压增大几倍，导体中的电流就增大几倍；当电压一定时，导体中的电阻增大几倍，导体中的电流就变为原来的几分之一。 公式中的三个物理量全部采用国际单位。 二、欧姆定律 （5）变形公式的物理意义 由欧姆定律的公式 可推出：U=IR、 。 （1）U=IR：表示导体两端的电压等于通过导体的电流与其电阻的乘积。因电压是由电源提供的，电压是形成电流的原因，所以不能说成电压与电流成正比。 （2） ：表示导体的电阻在数值上等于加在导体两端的电压与通过导体的电流的比值。 因电阻是导体本身的一种性质，只与导体的材料、长度、横截面积及温度有关，与加在两端的电压和流过的电流大小无关。 二、欧姆定律 （6）对公式的理解 ①统一性：电流I、电压U和电阻R必须使用国际单位制中的单位。 ②同一性： I、U、R是对同一个导体或同一段电路而言的，三者要一一对应。在解题时，习惯上把同一个导体或同一段电路各个物理量符号的角标用同一数字或字母表示，如I1、R1、U1等。 I灯 U灯 ___ = R灯 如图所示，电灯与电阻并联。计算通过电灯的电流时，以电灯为研究对象，用该灯两端的电压U灯除以该灯电阻R灯的大小： 二、欧姆定律 ③同时性 对同一导体或同一部分电路来说，由于开关的闭合或滑动变阻器滑片的移动，都会导致电路中的电流、电路两端的电压的变化，所以公式 中的三个量是针对R同一时间而言的。 ④条件性 定律中提到的“成正比”和“成反比”的两个关系分别有不同的成立条件。即当导体的电阻一定时，导体中的电流跟它两端的电压成正比；当导体的电压一定时，通过它的电流跟它的电阻成反比。 ⑤适用范围 欧姆定律适用于从电源正极到负极之间的整个电路或其中某一部分电路，并且是纯电阻电路。 二、欧姆定律 欧姆 欧姆（1789-1854），德国物理学家。1787年3月16日出生于德国埃尔兰根。欧姆是家里七个孩子中的长子，他的父亲是一位熟练的锁匠，爱好哲学和数学。欧姆从小就在父亲的教育下学习数学，这对欧姆以后的发展起了一定的作用。 人物介绍 主要成就 物理学家 1826年归纳出了今天所称的欧姆定律。 1827年欧姆出版了他的著作《伽伐尼电路：数学研究》。 二、欧姆定律 （1）应用欧姆定律进行分析与计算的依据 ①求电流： . ②求电压： U=IR. ③求电阻： . 只要知道I、U、R中的任意两个量 就可以利用欧姆定律计算出第三个量。 2. 欧姆定律的应用 二、欧姆定律 （2）利用欧姆定律解答计算题的一般步骤 第一步：可采用“去表法”判断电路的连接方式。 将电压表去掉，将电流表看成一段导线，画出等效电路图，然后进行判断。判断出电路的连接方式后，再将电压表和电流表“恢复”到原来的位置，明确各测量哪部分电路两端的电压和电路中的电流。 第二步：在电路图上标出物理量。 认真审题，在电路图（或画出的电路图）上标出已知量、待求量。 第三步：利用物理规律求解。 找出各物理量之间的关系；利用欧姆定律和串、并联电路电流、电压的关系列出关系式，列式时要注意公式成立的条件，要有必要的文字说明。物理公式在代入数值或写计算结果时不要忘记单位。 第四步：讨论结果的合理性，得出答案。 二、欧姆定律 （3）欧姆定律的应用事例分析 ①酒精浓度检测仪 根据世界卫生组织的统计，大约50%~60%的交通事故与酒后驾驶有关。我国刑法规定，从2011年5月1日起，驾驶员醉酒后驾车要负刑事责任。目前，世界大多数国家都采用呼气式酒精测试仪，对驾驶员进行现场检测。 酒精测试仪中装有酒精气体传感器。酒精气体传感器是一种气敏电阻，它的阻值随酒精气体浓度的变化而变化，从而引起电路中电流和电压的变化。驾驶员呼出的酒精气体浓度越大，测试仪中电压表的示数也越大。 二、欧姆定律 酒精浓度检测仪原理： 酒精测试仪实际上是由酒精气体传感器R1（相当于随酒精气体浓度变化的变阻器）、一个定值电阻R2及一个电流表和电压表串联组成。 酒精气体传感器的电阻值R1随酒精气体浓度的增大而减小，如果驾驶员呼出的酒精气体浓度越大，那么传感器的电阻值R1越小，根据欧姆定律I=U/R可知，电路中的电流越大，则定值电阻R2两端的电压U2＝IR2越大，即测试仪的示数越大。 二、欧姆定律 ②车重表 图为高速公路收费站计重秤的原理图。该原理图中，R2为滑动变阻器。车重表是由电流表改装而成，现将它串联在图中位置，则当车越重时，变阻器的滑片向下滑，连入电路的阻值变小，由欧姆定律I=U/R可知，电路中的电流变大，即车重表的示数将变大。 【例题3】小明在修理航模遥控器时，需要在开关闭合的状态下检测一个阻值为2kΩ的电阻中的电流是否为正常值1.5mA。 （1）在不破坏电路的前提下，能否检测?需要测量哪个物理量? （2）该物理量的测量值为多大时，表明电阻中的电流为正常值? 【分析】不破坏电路时，无法将电流表与电阻串联，因而无法直接测量电流。由欧姆定律公式I=U/R可知，只要用电压表测出电阻两端的电压(已知电阻为2kΩ)，就可算出电阻中的电流。 【解答】（1）可以检测。需要测量的物理量是电阻两端的电压。 （2）由欧姆定律I=U/R可知，若电阻中的电流正常，则电阻两端的电压 U=IR =1.5×10-3A×2×103=3V即当电阻两端电压为3V时，电阻中的电流为正常值。 【反思】这里给出了一种转换的方法,即将不易直接测量的物理量(电流)转换为易测量的物理量(电压)。 二、欧姆定律 【例题4】某物理兴趣小组设计了一款测量体重的装置，其结构原理如图所示。电源电压恒定，R1是定值电阻。R2是压敏电阻，其阻值随所受压力的增大而减小。当体重比小希重的小阳站在装置上时，电表示数变化情况是（ ） A．电压表和电流表示数都变大 B．电压表和电流表示数都变小 C．电压表示数变小，电流表示数变大 D．电压表与电流表的示数比值变大 A 二、欧姆定律 【解析】ABC．当体重比小希重的小阳站在装置上时，已知压敏电阻R2随所受压力的增大而减小，则压敏电阻R2的阻值减小，电路的总电阻减小，根据欧姆定律可知，电路的电流变大，即电流表示数变大；通过定值电阻R1的电流变大，根据欧姆定律可知，R1两端的电压变大，即电压表示数变大，故A符合题意，BC不符合题意； D．电压表测量R1两端的电压，电流表测量通过R1的电流，故电压表与电流表的示数比值即为R1的阻值，因为R1是定值电阻，故电压表与电流表的示数比值不变，故D不符合题意。 故选A。 三、课堂总结 第三节 欧姆定律 课堂总结 ①内容：导体中的电流与导体两端的电压成正比， 与导体的电阻成反比. ②公式：I=U/R ③物理量单位：电压U：V；电阻R：Ω；电流I：A ④注意：适用于纯电阻电路；电流、电压与电阻必须是对应同一导体或同一段电路；三个量具有同时性. ①应用依据：电流 ；电压 U=IR；电阻 . ②电路分析或计算. ③生活中的应用：车重表、酒精测试仪、身高测量仪等. 欧姆定律 欧姆定律 的应用 欧姆定律 四、综合提升训练 第三节 欧姆定律 综合提升训练 【解析】 A．电路中有电压且电路是通路，电路中才有电流，故A错误； BD．导体的电阻是导体的一种性质，与它两端的电压和流过的电流无关，故BD错误； C．根据欧姆定律，电阻一定时，通过导体的电流与两端的电压成正比，故C正确。 所以选C。 1．关于电流、电压和电阻，下列说法中正确的是（ ） A．电路中有电压就一定有电流 B．当导体两端的电压为零时，导体的电阻也为零 C．电阻一定时，通过导体的电流与其两端的电压成正比 D．由欧姆定律可得R=U/I ，所以导体的电阻是由它两端的电压和流过的电流决定的 C 综合提升训练 【解析】由图所示，滑动变阻器R2和定值电阻R1串联，电压表测变阻器两端的电压，当滑动变阻器的滑片P从a端滑到b端的过程中，滑动变阻器的电阻变大，总电阻变大，电源电压不变，由I=U/R可知，电路中电流变小，即电流表的示数变小；定值电阻其两端的电压U1=IR1，电阻不变，电流变小，所以电压变小，根据串联电路电压特点，滑动变阻器两端的电压变大，所以电压表的示数变大。故选C。 2. 如图所示，电源电压不变，滑动变阻器的滑片P从a端滑到b端的过程中（　　） A．电流表、电压表示数都减小 B．电流表、电压表示数都增大 C．电流表示数减小、电压表示数增大 D．电流表示数增大、电压表示数减小 C 综合提升训练 【解析】 由电路图知，R与R0串联，报警器（可看成电压表）并联在R0两端；电源电压为4.5V，当报警器两端的电压达到3V时，此时R两端电压 UR=U-U0=4.5V-3V=1.5V 因为串联电路电流处处相等，电路中的电流 此时气敏电阻阻值 3．如图甲所示的是一种家用天然气泄漏检测仪，其内部简化电路图如图乙所示，电源电压为4.5V，定值电阻的阻值R=100Ω，天然气气敏电阻的电阻是R0。当报警器两端的电压达到3V时报警，此时R0= Ω。 200 综合提升训练 4．如图所示的电路中，R1=10Ω，R2=20Ω，闭合开关后，电流表的示数为0.2A。求： （1）电源电压是多少？ （2）电路中的总电流是多少？ 【解析】（1）由电路知，R1与R2并联，电流表测R1支路的电流；因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，由I=U/R可得，电源电压 （2）因并联电路中各支路两端的电压相等，则通过R2的电流 因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以电路中的总电流 综合提升训练 5. 利用图甲所示电路探究电流和电阻的关系，电源电压保持3V不变，分别将5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值电阻R连入电路，按实验要求测得通过各定值电阻的电流，描绘出图乙所示的图像。则下列判断正确的是（　） A．实验中电压表示数保持1V不变 B．当R的阻值是10Ω时， 通过R的电流为0.5A D C．滑动变阻器连入电路中的阻值变化范围为0~25Ω D．将R从5Ω换成10Ω后，应将滑片P向右移 综合提升训练 【解析】 A．由乙图可知，当电阻为5Ω时，电流为0.5A，则实验中控制不变的电压为UR=I1R1=0.5A×5Ω=2.5V，故A错误； B．由乙图可知，当电阻为10Ω时，电流为0.25A，故B错误； C．由乙图可知，当电阻为25Ω时，电流为0.1A，此时滑动变阻器的电阻为 当电阻为5Ω时，滑动变阻器的电阻为 所以滑动变阻器连入电路中的阻值变化范围为1Ω~5Ω，故C错误； D．将R从5Ω换成10Ω后，定值电阻两端电压变大，本实验要控制定值电阻电压不变，所以需要调滑动变阻器使定值电阻两端电压变小，根据串联分压，滑动变阻器两端电压变大，滑动变阻器的电阻需要变大，因此滑片P需要向右移动，故D正确。 故选D。 综合提升训练 6. 已知通过导体的电流与导体两端的电压和导体的电阻有关。某同学探究“通过导体的电流与导体两端电压的关系”。 ①连接的部分电路如图1，还应该将定值电阻并联在__________（“电流表两端”、“电压表两端”）。 ②记录的实验数据如表。在方格纸上画出电流I与电压U的关系图像. ③分析图2得出的探究结论是：____。 实验次数 1 2 3 4 5 6 电压U/V 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 电流I/A 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 导体电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比. 电压表两端  电阻R=5Ω 综合提升训练 【解析】（1）探究“通过导体的电流与导体两端电压的关系”， 需要保持电阻不变，改变电阻两端的电压，因此应选用定值电阻与电压表并联。 （2）根据表格中数据描点连线，如图所示： （3）因为绘制出的I-U图像为过原点的直线，所以可得结论：导体电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比。 $$