第12章 欧姆定律（复习课件）物理沪科版（五四学制）2024九年级上册

沪科版（五·四学制） 九年级上册 第12章 欧姆定律 单元复习 01 02 03 04 05 CONTENTS 电阻 变阻器 电流与电压、电阻 的关系 电阻的测量 电阻的串联和并联 PART ONE 电阻 变阻器 不同材料的导体虽然都能导电，但是它们的导电能力是否相同呢？ 不同材料导体的导电能力一般不同 如图 12-1-2 所示，将导线M和N两端直接连接起来，闭合开关 S， 观察并记录此时电流表的示数。然后在 M、N 之间接入一根康铜丝，观察比较小灯泡的亮度和电流表示数的变化。 自主活动 图12-1-2 探究不同材料导体的导电能力 接入一根康铜丝后，小灯泡发光亮度变暗，电流表示数减小。 图12-1-2 探究不同材料导体的导电能力 如果在 M、N 之间改接入一根与康铜丝粗细、 长短相同的镍铬合金丝， 和接入康铜丝相比较，小灯泡的亮度又如何变化？ 电流如何变化？ 变暗； 减小。 接入康铜丝或镍铬合金丝后，电路中的电流变小，说明导体虽然能够导电，但是对电流有阻碍作用。电路中接入不同材料的金属丝后电流不同，说明不同材料金属丝对电流的阻碍作用不同。 研究表明，不同材料的导体导电能力一般不同。 1.电阻：物理学中把表示导体对电流阻碍作用的物理量叫做电阻，用R表示。 电阻 2.电阻的单位：在国际单位制中，电阻的单位是欧姆，简称欧，符号是 Ω。 电阻的常用单位还有千欧（kΩ)和兆欧（MΩ)。 它们的换算关系为： 1kΩ = 1×103 Ω 1MΩ = 1×106 Ω 3.横截面积为 1mm2 、长为 10 m 的铜线电阻约为 0.2 Ω,普通电吹风吹热风时的电热丝电阻约为 40 Ω。 4. 具有一定电阻值的元件—电阻器，也常简称为电阻。图12-1-3为常见的电阻，其中有能承载十几安电流的波纹电阻，也有只能承载几毫安电流的贴片电阻。如果按照电阻所用材料来分类，有碳膜电阻、金属膜电阻等。电阻在电路图中用符号“ ”表示。 常见的电阻元件 图12-1-3 各种电阻 自主活动 电阻大小的影响因素 现有长度相同的镍铬合金丝AB 和CD， CD 比AB粗，其横截面积较大。 1. 探究导体材料、 横截面积一定时，电阻大小与长度的关系连接图12-1-4所示电路，将镍铬合金丝AB或CD接入电路，改变连入电路电阻丝的长度，通过观察电流表示数的变化判断电阻的大小。 图 12-1-4 探究电阻与导体长度、横截面积的关系 接入导体 长度 横截面积 电流强度/A 导体电阻 镍铬合金丝 L S 镍铬合金丝 2L S 大 表一：探究导体的电阻与长度的关系 小 小 大 实验结论：导体材料和横截面积相同时，导体长度越长，导体电阻越大。 2. 探究导体材料、长度一定时，电阻大小与横截面积的关系将镍铬合金丝 AB 和 CD 分别接入电路，保持两次实验中连入电路的电阻丝长度相同，通过观察两次实验中电流表示数的变化判断镍铬合金丝AB和CD电阻的大小关系。 图 12-1-4 探究电阻与导体长度、横截面积的关系 接入导体 长度 横截面积 电流强度/A 导体电阻 镍铬合金丝 L 2S 镍铬合金丝 L S 大 表二：探究导体的电阻与横截面积的关系 小 小 大 实验结论：导体材料和长度相同时，导体横截面积越大，导体电阻越小。 大量实验表明：导体的电阻取决于它的材料、长度和横截面积。材料相同的导体，长度越长、横截面积越小，电阻越大；长度、横截面积都相同而材料不同的导体，电阻大小一般不同。 表 12-1-1 为长1m 、横截面积1mm2 的一些金属导体在18 ℃ 时的电阻。 由表 12-1-1 提供的数据可知，相同长度和横截面积的银线、铜线、铝线的电阻都比较 小，但普通导线用铜制成，而高压输电线一般用铝等材料制成。你能解释其中的原因吗？ ①铝的密度比铜小，更适合高压架空线路； ②铝的价格比铜低，成本比较小。 硅晶体等材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，称为半导体。各种类型半导体材料的物理性质不尽相同，可以制成各种半导体元件。计算机、电视机等电器中都要用到各种类型的半导体元件（图 12-1-5）。半导体是当今社会发展的重要基础材料，被广泛应用于集成电路、移动通信、半导体照明、半导体激光器等领域。 图 12-1-5 半导体元件 1.结构：瓷筒、线圈、滑片、金属棒、接线柱等。 2.结构示意图和电路符号如图所示： 结构示意图 电路符号 做实验时常常需要改变电路中的电流，我们 可以在电路中接入一种叫做变阻器的元件来改变电路中电阻的大小，从而改变电流。 利用电阻与导体长度的关系，可制成实验室常用的滑动变阻器。 滑动变阻器 3.原理：通过改变连入电路中电阻线的长度来改变连入电路中的电阻。 4.作用：(1)保护电路；(2)改变电路中的电流；(3)改变用电器两端电压。 滑片P 接线柱C 接线柱A 接线柱B 接线柱D 金属杆 电阻线 滑动变阻器的结构 如图所示，与定值电阻不同，滑动变阻器一般有三个接线柱； 黑色绝缘层包裹着的电阻丝缠绕在绝缘瓷筒上，电阻丝的两端分别连着接线柱 A 和B，它与金属滑片 P 接触处电阻丝上的绝缘层已被刮去；滑片 P 通过金属杆与接线柱 C相连。 滑动变阻器的铭牌上标有一些参数， 比如 “20 Ω 2 A”。 ①“20 Ω”的含义是滑动变阻器的阻值范围是 0 ～ 20 Ω, ②“2 A”的含义是允许通过变阻器电阻丝的最大电流是 2 A。 滑动变阻器铭牌的物理意义 实物图 结构示意图 元件符号 如何连接接线柱？ 滑动变阻器的连接方法 连接方法：串联在电路上，“一上一下”原则，连接前将滑片放在阻值最大处。 A B C D 接AB 所有电阻都连入了电路， 相当于接入一个定值电阻 结构示意图： 滑动变阻器的接法 如何利用滑动变阻器改变电路中的电流呢？ 自主活动 连接如图 12-1-7 所示电路， 将滑动变阻器任意两个接线柱接入电路中的 M、N两点。 ① 在图 12-1-7 中的滑动变阻器上用笔将电流通过的那一部分电阻丝圈出。 ② 闭合开关S，移动滑片P， 观察电流表的示数变化。 ③ 在小灯泡两端并联一个电压表，移动滑片P，观察电流表示数变化的同时，电压表的示数如何变化。 图 12-1-7 用滑动变阻器改变通过小灯泡的电流 利用滑动变阻器改变电流（或电压） 以M端与C端相连，N端与B端相连为例，电流通过的那一部分电阻丝如红色部分所示（闭合开关）； 若闭合开关，滑片P向右端滑动，小灯泡发光变亮，电流表示数变大。 在小灯泡两端并联一个电压表，滑片P向右端滑动，电流表示数变大，电压表示数也变大。 因此，滑动变阻器不仅可以改变电路中的电流，还可改变用电器两端的电压。 注意：只要将滑动变阻器的接线柱C与A或B接入电路，就可通过移动滑片使它连入电路的阻值在0到最大阻值范围内变化。 图 12-1-8 电位器 除了实验室里常用的滑动变阻器外，各种电器中还会使用电位器，电位器也是一种可变电阻器（图 12-1-8）。尽管它们的外形不同，但工作原理都与滑动变阻器相似。 电位器 由某些材料制成的电阻，其阻值会随外界温度或光照强度的变化而发生明显变化，这类电阻叫做热敏电阻或光敏电阻（图 12-1-9）。它们可以应用在温控或光控电路中，如冰箱的温度调节，路灯的自动开关等。 变阻器作为控制元件，可以改变电路中通过 用电器的电流及其两端的电压，被广泛应用于各 种电子仪器中。 图12-1-9 热敏电阻和光敏电阻 PART TWO 电流与电压、电阻 的关系 学生实验 探究电流与电压、电阻的关系 电流与电压、电流与电阻分别有什么定量关系呢？提出猜想并说明猜想的依据。 电流与电压、电阻都有关系，因此可采用_______________分别探究电流与电压、对于阻值一定的导体，探究通过导体的电流随两端电压变化的情况。 提出问题 控制变量法 实验一 探究电流与电压的关系 对于阻值一定的导体，探究通过导体的电流随两端电压变化的情况。 器材 阻值一定的导体、电源、电流表（或电流传感器）、电压表（或电压传感器）、滑动变阻器、开关及导线。 搜集证据 方案 为了探究电流I 随电压U变化的定量关系，需要改变导体两端的电压，测得多组电压值和电流值。分组讨论实验方案， 可以补充实验器材，并在虚线框中画出实验电路图。 连接电路，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。 记录 将导体的电阻、测得的电流和电压记录在表12-2-1中。 序号 1 2 3 4 5 电压 U/V  0.5 1   1.5 2  2.5  电流 I/A  0.1 0.2  0.3   0.4 0.5 表 12-2-1 实验一 数据记录表 导体的电阻 R=__________Ω 5 分析 ① 分析表 12-2-1 中数据，同一导体，如果导体两端的电压不断增大，通过导体的电流如何变化？ ② 进一步找出通过同一理数据可以采用计算或作图两种方法。若采用作图法可以电压 U 为横轴、电流I为纵轴建立平面坐标系（图 12-2-2），画出I-U图像进行分析。 作出解释 图12-2-2 I-U图像 U/V I/A 结论 由上述实验可得，同一导体，通过导体的电流与导体两端的电压________________。 成正比 实验二 探究电流与电阻的关系 在____________的条件下，探究通过导体的电流随电阻的变化情况。 搜集证据 器材 现有以下实验器材可供选择： 阻值不同的导体若干、滑动变阻器、电源、电流表（或电流传感器）、电压表（或电压传感器）、开关及导线。 电压一定 方案 当更换不同阻值的导体时，导体两端的电压是否发生改变？如何保持不同阻值的导体两端电压不变？ 设计实验方案并完成实验。 当更换不同阻值的导体时，导体两端的电压会发生改变；调节滑动变阻器滑片，保持电阻R两端的电压不变。 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。 可更换 3. 用更换定值电阻的方法改变电阻的阻值，如将R= 5 Ω的电阻先后换接为10 Ω 、15 Ω 、 20Ω、25Ω的电阻，调节滑动变阻器滑片，保持电阻R两端的电压不变，如U=10V，观察电流表，读出不同电阻时电流表的示数. 记录 设计数据记录表，并将实验数据记录在表中。 序号 1 2 3 4 5 电阻 R/Ω  5 10  15 20 25  电流 I/A  2 1 0.6  0.5 0.4 实验二 数据记录表 导体的两端的电压=__________V 10 分析 ① 分析数据，当电压一定时，如果接入电路的电阻不断增大，通过导体的电流如何变化？ ② 通过计算找出电压一定时，电流与导体电阻的关系。 结论 由上述实验可得，______________________________________ 。 作出解释 不断减小 电压一定时，通过导体的电流与电阻成反比 还能通过什么数据处理方法，找出电流与导体电阻的关系？ 交流反思 图像法处理数据。 I/A R/Ω 由图像可知，电压一定时，通过导体的电流与电阻成反比。 结论：同一导体（电阻一定时），通过导体的电流与导体两端的电压成正比；电压一定时 ，导体中电流与导体的电阻成反比。 通过导体的电流 I 与导体两端的电压 U 成正比，与导体的电阻R成反比。这一规律叫做欧姆定律，可表示为 1.欧姆定律： 电压 电阻 电流 I = U R 欧姆（1787-1854） 德国物理学家 欧姆定律 2.公式中使用国际单位（单位要统一） 电压U 的单位：V 电阻R 的单位：Ω 电流I 的单位： A 注意：欧姆定律反映同一时刻、同一段电路中I、U、R之间的关系。 3.变形公式 U R I= I R U= R= I U 欧姆定律的公式可以变形为 ，但不能据此认为电阻与电压成正比，与电流成反比。这是因为改变导体两端电压时，通过它的电流也随之改变，而电压与电流的比值不变，即导体的电阻不变。电阻是导体的一种物理性质，一般情况 下，电阻不随导体两端电压和通过导体的电流变化而变化。 如果导体的温度或某些外界物理条件发生明显改变时，电压和电流的比值不再是定值，即导体的电阻会发生变化。 3.此外，欧姆定律并不适用于所有导体，如气体导电时就不适用。 R= I U 1.电阻是导体的一种物理性质 2.导体电阻会随温度或某些外界条件改变而变化 电阻与电流、电压的大小有什么关系？ 并非所有元件的I-U图像都是一条过原点的倾斜直线。如图 12-2-3 所示，某热敏电阻的I-U图像是一条曲线。像热敏电阻的这种电流与电压不成正比的元件统称为非线性元件。 图 12-2-3 某热敏电阻的I-U 图像 拓展视野 PART THREE 电阻的测量 学生实验 用电流表和电压表测量电阻 实验原理与方案 根据欧姆定律，要测量导体的电阻R，可以先测量导体两端的电压 U 和通过导体的电流 I，再利用公式 就可以计算出导体的电阻。 R= U I 实验装置与方法 本实验要用到待测电阻、电源、电流表、电压表、滑动变阻器、开关及导线等。 画出实验电路图。 实验操作和数据收集 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。 3.设计数据记录表。 4. 按照电路图连接电路。调节滑动变阻器，测量多组电压值和电流值，将实验数据记录在表中。 实验序号 电压表示数（伏）  电流表示数（安）  电压表与电流表示数的比值（欧）  电压表与电流表示数的比值的平均值（欧） ①       ② ③ 1.5 2.5 5.2 0.12 0.20 0.42 12.5 12.5 12.4 12.5 计算电阻值，取其平均值即可得出本实验中待测电阻的阻值。 数据处理 待测电阻的阻值 R = _________Ω。 实验结论 12.5Ω 12.5 1. 分析每次实验所得的电阻值，说明本实验需要多次测量的原因。 交流讨论 减小误差 2. 通过本次实验，我们知道，改变滑动变阻器的位置可以改变待测电阻两端电压，从而改变电路中的电流。 问题：根据我们所学的知识，思考，还有什么方法可以改变待测电阻两端的电压？ 改变待测电阻两端电压的方法 使用实验电源或多节干电池串联改变电阻两端的电压。 ①使用实验电源旋转电压档位可以改变电阻两端的电压。 ②改变干电池串联的节数可以改变电阻两端的电压。 1.5V 3V 50 用电流表和电压表分别测量通过导体的电流和导体两端的电压，再利用公式计算出导体的电阻，这种间接测量电阻的方法称为“伏安法”。 此外，还可以使用多用电表便捷地测量导体的电阻（图 12-3-2 ）。 为了更加精确地测量导体的电阻，可以采取多次测量取平均值的方法，也可以选用精度更高的测量工具或改进测量方法。 图12-3-2 用多用电表测电阻 如何便捷地测量电阻 PART FOUR 电阻的串联和并联 在图 12-4-2 中，设电阻R1两端的电压为 U1 ，电阻R2两端的电压为U2 ，通过电阻R1 、R2 的电流分别为 I1和 I2。 根据串联电路中电压的特点：U = U1 + U2 可得 IR = I1R1+ I2R2 再根据串联电路中的电流特点：I = I1= I2 所以 R = R1+R2 这一结论可推广至多个电阻的串联，即 串联电路的等效电阻等于各串联电阻之和。 串联电路的等效电阻 图 12-4-2 实验电路图 根据欧姆定律可得 ： I1= I2 = 又因为 I1= I2 所以 = 即 = 当电阻 R1和R2串联时， R1和R2两端的电压与其电阻大小成正比。 串联电路具有分压作用。如图 12-4-3所示， 在两个电阻串联的电路中，阻值越大的电阻分配到的电压就越大，反之亦然。 串联电路具有分压作用 图 12-4-3 串联电路的分压作用 因此，上一页ppt中的结论我们也可以简称为串联电路中，分压比等于电阻比。 ③串联电阻的总电阻比任何一个分电阻都大 ①若电路中有多个电阻串联，则 R=R1+R2+… ②若n个阻值都为R0的电阻串联，总电阻R= nR0 电阻串联相当于增大了导体的长度 ＋ ＝ 归纳 串联电路中电阻的关系 1. 串联电路中，等效电阻等于各串联电阻之和 2. 串联电路中各部分电路两端的电压与其电阻成正比 = 归纳小结 PART TWO 并联电路的等效电阻与各电阻之间的关系 自主活动 并联电阻的等效电阻 根据欧姆定律和并联电路中电流、电压的特点，推导图12-4-4中 R 与 R1 、R2 之间的关系。 图 12-4-4 两电阻并联的等效电路图 理论推导: 等效于 U I R U I R2 R1 I1 I2 由欧姆定律可知： I = U R I1= U R1 I2= U R2 由I=I1+I2, 得： 1 R 1 R1 1 R2 = + U R U R1 U R2 = + 即 ① 现有阻值分别为 10 Ω 和15 Ω 的电阻 R1 、R2 ，计算其并联时的等效电阻 R。 ② 将电阻 R1 、R2 按图 12-4-4（a）连接，闭合开关，记录电流表的示数。 ③ 用电阻R 替换电阻R1、R2 接入原电路中，如图12-4-4（b）所示。 闭合开关，观察替换前后电流表的示数是否相同。 自主活动 图 12-4-4 两电阻并联的等效电路图 上述理论推导和实验都得到了相同的结论。 这一结论同样可推广至多个电阻的并联，即 并联电路等效电阻的倒数，等于各并联电阻的倒数之和。 在图12-4-4 中，设电阻 R1 两端的电压为 U1 ，电阻 R2 两端的电压为U2 ，通过电阻 R1 、R2的电流分别为 I1 和 I2。 根据欧姆定律可得：U1 = I1R1 、U2 = I2R2。 又因为U1 = U2 所以I1R1 = I2R2 = 当电阻R1和R2并联时，因为各支路两端的电压相等，通过R1和R2的电流与电阻大小成反比。 即 并联电路具有分流作用。并联电路的分流作用可类比道路中两条宽窄不同的支路，如图 12-4-5 所示，宽的支路（阻值小的电阻），分到的车多（分到的电流大）；窄的支路（阻值大的电阻），分到的车少（分到的电流小）。 并联电路具有分流作用 图 12-4-5 车辆的分流示意图 因此，上一页ppt中的结论我们也可以简称为并联电路中，分流比等于电阻的反比（或电阻比的倒数）。 结论： 两个并联电阻的总电阻的倒数，等于两分电阻的倒数之和。 1.假设有n个电阻并联，则 2.如果n个相同阻值电阻（R）并联，则 公式： = + + +…+ R2 1 R3 1 Rn 1 R1 1 公式: R总= n R 公式： 1 R 1 R1 1 R2 = + R= R1+R2 R1×R2 或 1 R 3.并联电阻的总电阻的阻值比任何一个分电阻都小. 归纳小结 串、并联电路电流、电压、电阻的特点总结： 串联电路 并联电路 电流 I＝I1＝I2 I＝I1＋I2 电压 U＝U1＋U2 U＝U1＝U2 电阻 R总＝R1＋R2 分压或 分流 感谢观看 THANK YOU FOR WATCHING $$