第十六章 探究电路（知识清单）物理沪科版2024九年级全一册

第十六章 探究电路（知识清单） 思维导图 第一节 电阻和变阻器 一、电阻和变阻器 1. 电阻 （1）概念：导体对电流的阻碍作用叫电阻。用字母R表示。不同的导体，电阻一般不同。 （2）单位 ①国际单位：欧姆，简称欧，符号Ω。 ②常用单位：千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）。 ③换算关系：1 kΩ = 1000Ω 1MΩ =1000kΩ。 （3）电阻器 收音机、电视机等用电器的电路中连接着许多具有一定阻值的元件叫作电阻器，用来调节电路中的电流和电压。电路图中的符号： 2. 对电阻的理解 可从“阻碍作用”和“性质”两个角度来分析。 （1）导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。在相同的电压下，导体对电流的阻碍作用（电阻）越大，电路中的电流越小。而绝缘体之所以起绝缘作用，就是由于其电阻很大。 （2）导体的电阻是导体本身的一种性质，由自身情况决定。不管这个导体是否连入电路，是否有电流通过，也不管它两端的电压是否改变，导体对电流的阻碍作用（电阻）总是存在的。无电流通过时，这种阻碍作用仅仅是没有体现出来而已。 二、探究电阻的大小与哪些因素有关 【猜想与假设】从生活经验中知道，输电线越长，耗电量越大；高压输电线很粗，而实验室中做电学实验用的导线却很细；导线一般使用铜、铝制成。据此我们可以猜想，导体的电阻可能跟导体的长度、粗细（横截面积）和材料有关。 【实验器材】 电源、装有不同规格电阻丝的演示板、电流表、开关。a、b、c是三根用同一种材料制成的导线，a、b长短相同但粗细（横截面积）不同，a、c粗细相同而长短不同；导线d与导线c的长短、粗细都相同，但材料不同。 【实验设计】 （1）实验中用到的方法 ①控制变量法：在探究电阻的大小可能与导体的材料、导体的长度、导体的粗细有关时，利用控制变量法去探究每一个因素对电阻大小的影响。 ②转换法：在电源电压不变的情况下，通过电流表的示数或灯泡亮度来判断导体电阻的大小。 【进行实验】 （1）选用材料相同、长度相同，横截面积不同的两根电阻丝a和b，分别将它们接入电路，观察电流表的示数，记入表格中。 （2）选用材料相同、横截面积相同，长度不同的两根电阻丝a和c，分别将它们接入电路，观察电流表的示数，记入表格中。 （3）选用长度和横截面积相同、材料不同的电阻丝d和c，分别将它们接入电路，观察电流表的示数，记入表格中。 （3）数据收集 次数 导线 长度 横截面积 电流大小 电阻大小 1 a l S 小 大 b l 2S 大 小 2 a l S 小 大 c l/2 S 大 小 3 c l/2 S 小 大 d l/2 S 大 小 【分析论证】 （1）分析实验1：材料和长度相同，横截面积不同的两根电阻丝a和b，通过b的电流大，说明b电阻丝的电阻小。 （2）分析实验2：材料和横截面积都相同，长度不同的两根电阻丝a和c，通过a的电流小，说明a电阻丝的电阻大。 （3）分析实验3：长度和横截面积相同，材料不同的两根电阻丝c和d，通过c的电流小，说明c电阻丝的电阻大。 【实验结论】导体电阻的大小与导体的横截面积、长度和材料有关。 横截面积相同的同种材料的导体，长度越长，电阻越大；长度相同的同种材料的导体，横截面积越小，电阻越大；长度和横截面积都相同的不同材料的导体，其电阻一般不同。 三、导体、绝缘体、半导体和超导体 1. 导体与绝缘体：人们常把容易导电的材料叫做导体，不容易导电的材料叫做绝缘体。 2. 半导体：有些材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，叫做半导体。 3. 超导体：20世纪初，科学家们还发现，有些材料在很低的温度时，电阻就变成了0，这就是超导现象。发生超导现象的物体叫做超导体。 四、滑动变阻器 1. 变阻器 （1）概念：能够改变电阻的器件叫作变阻器。 （2）原理：靠改变连入电路中的电阻丝的长度来改变接入电路中阻值的大小。 2. 滑动变阻器 （1）构造：主要部件是电阻丝绕成的线圈，与滑片接触处线圈表面涂有的绝缘漆已被刮去；滑片套在金属杆上，可自由滑动，金属杆的电阻很小，相当于一根导线；另有四个接线柱A、B、C、D。 （2）作用：调节滑动变阻器的滑片P，可以逐渐改变电路中的阻值，从而逐渐改变电路中的电流和部分电路两端的电压，另外还可以起到保护电路的作用（防止电路元件被烧坏）。 （3）结构示意图和符号 如图所示，A、B、C、D分别表示四个接线柱，P表示滑片。元件符号如图所示。 （4）铭牌上各数值的物理意义 例如，某一滑动变阻器标有“20Ω 2A”的字样，其中，“20Ω”表示变阻器的最大电阻是20欧；“2A”表示允许通过的最大的电流是2A。 （5）滑动变阻器的使用方法 ①滑动变阻器应按照“一上一下”的方式接入电路中。 ②关键是确定滑动变阻器的下端接线柱，上端两个接线柱中任何一个连入电路，接法是等效的。 ③滑片向靠近下接线柱的方向移动，电阻变小，滑片向远离下接线柱的方向移动，电阻变大，可简记为：“近下电阻变小，远下电阻变大”。 四、电阻箱 1. 旋钮式电阻箱 （1）元件符号：电阻箱是一种能读出连入电路阻值的变阻器，在电路图中的元件符号： （2）结构：如图所示，箱面上有两个接线柱、四个旋盘。 （3）使用方法：使用时把两个接线柱接入电路，调节四个旋盘就能得到0~9999欧的任意整数阻值。 （4）读数方法：分别计算出四个旋盘上小三角指示的示数与面板上对应倍数的乘积，将得到的四个乘积相加，就是电阻箱接入电路中的阻值。 如图所示，电阻箱接入电路的阻值为：3000Ω+600Ω+0Ω+8Ω=3608Ω. 2. 插入式电阻箱 插入式电阻箱有两个接线柱，接线柱之间有几段电阻丝，电阻丝的上方有能插入或拔出的铜塞。拔出铜塞时，对应的那段电阻丝就接入了电路；插入铜塞时，对应的那段电阻丝就会被短路，相当于没有接入。如图所示是一个插入式电阻箱的示意图，接入电路的总电阻R=3Ω；如果当四个铜塞都拔出时，接入电路的总电阻R=10Ω 第二节 探究：电流与电压、电阻的关系 一、探究电流与电压、电阻的关系 【实验目的】 （1）探究电阻一定时，电流与电压的关系。（2）探究电压一定时，电流与电阻的关系。 【实验器材】 电源、电流表、电压表、开关、滑动变阻器、不同阻值的定值电阻、导线若干。 【实验设计】 本实验需采用控制变量法进行实验设计，图为实验电路图。请你说明为什么采用此电路图可进行本实验。你还有其他设计吗? （1）探究电流跟电压的关系时，保持电路中的电阻不变，通过调节滑动变阻器接入电路中的阻值大小来改变电阻两端的电压，探究通过电阻的电流随它两端电压变化的关系。 （2）探究电流跟电阻的关系时，通过调节滑动变阻器使电阻两端的电压不变，分别换用不同阻值的电阻接入电路，探究电流与电阻的关系。 （3）设计如图所示的电路图。 （4）实验器材：电源、定值电阻多个（5Ω、10 Ω、20Ω）、滑动变阻器、开关、电流表、电压表、导线等。 【实验步骤】 （1）按照电路图将实验器材连接好。 （2）保持电阻不变，如接入R= 5Ω的定值电阻，探究电流随定值电阻两端电压变化的关系，通过调节滑动变阻器接入电路的阻值，使定值电阻R两端的电压成整数倍变化目，如电压分别为2V、4 V、6V，观察电流表，读出不同电压下电流表的示数，将数据填入表一中。 （3）用换接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、20Ω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=5V，观察电流表，读出不同电阻时电流表的示数，将数据填入表二中。 【分析论证】 （1）数据分析：对以上两个表格的数据进行仔细分析，归纳出电流随电压、电阻变化的规律。 实验结论：电阻不变时，电流跟电压成正比关系；电压不变时，电流跟电阻成反比关系。 （2）图像法分析： 在坐标图上画出保持电阻不变时，电流随电压变化的图像（甲图）。同理，还可画出电压不变时，电流随电阻变化的图像（乙图）。 ①分析图甲可看出，在导体的电阻一定时，加在它两端的电压越大，通过该导体的电流越大。电压与电流的比值是一个定值，即导体中的电流跟导体两端的电压成正比。 ②分析图乙可以看出，在导体两端的电压一定时，导体的电阻越小，通过该导体的电流越大。电流与电阻的乘积是一个定值，即导体中的电流跟导体的电阻成反比。 （3）实验结论：大量实验表明： 当导体电阻不变时，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比；当导体两端电压不变时，通过导体的电流跟导体的电阻成反比。 【评估交流】 （1）闭合开关前须将滑动变阻器调到最大阻值处，目的是保护电路，避免电路被烧坏。 （2）使R两端的电压（电阻）成整数倍变化是为了便于寻找通过R的电流与R两端电压（R的阻值）的关系。在调节过程中不要忘了观察电流表示数的变化，以免烧坏电流表。 （3）得到多组数据是为了寻找规律，使实验结论具有普遍性。 二、欧姆定律 1. 欧姆定律 （1）内容：一段导体中的电流，跟加在这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。 （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： 公式中的物理量及其单位： U表示电压，单位是伏特（V）；R表示电阻，单位是欧姆（Ω）；I表示电流，单位是安培（A）。 2. 理解欧姆定律 （1）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。 （2）变形公式的意义：由欧姆定律的公式I=U/R可推出U=IR、R=U/I。 ①U=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 R=U/I：表示导体的电阻在数值上等于导体两端的电压与通过的电流的比值。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。 （3）统一性：I、U、R必须使用国际单位制中的单位，即分别为V、Ω、A。 （4）同一性 ① 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。 ②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。 （5）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。 （6）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。 三、欧姆定律的应用 1. 应用欧姆定律进行分析或定量计算 （1）分析或计算依据 由欧姆定律I=U/R可直接求电流，由I=U/R可推导出求电压公式U=IR和求电阻公式R=U/I。 （2）利用欧姆定律解答计算题的“四步骤” ①审题：画电路图，标已知量、待求量，明确各用电器之间的连接方式、各个电表测量的对象。 ②思考：明确解题思路，寻找解题依据，如欧姆定律以及串、并联电路中的电流、电压的特点。 ③求解：利用公式分步计算；列方程，用数学方法求解，要有必要的文字说明及依据的物理公式。 ④评价：讨论结果的合理性，得出答案。 （3）动态电路分析 如图所示，电源电压保持不变，开关S闭合后，滑动变阻器接入的是左边部分，把滑片P向左移动时，滑动变阻器接入电路的阻值将变小，电流表的示数将变大，由欧姆定律可知定值电阻两端电压变大，即电压表示数变大。 （4）应用实例分析 例如，呼吸式酒精检测仪中的气敏元件，就是利用不同酒精浓度引起元件电阻的变化，从而引起电路中电流等的变化，由此检测驾驶员是否酒后驾车。 如图甲是酒精浓度检测仪的简化电路图，R1为定值电阻，R2为酒精气体传感器，R2的阻值随酒精气体浓度变化如图乙所示。由图象知，驾驶员呼出的酒精气体浓度越大，R2的阻值就越小，R1和R2串联，总电阻变小，根据I=U/R可知，电源电压不变，电路中的电流变大，电压表测定值电阻两端电压，R1电阻值不变，电流变大，电压表示数变大。 2. 利用欧姆定律解释电源短路、电流表、电压表的连接 （1）电源短路 导线的电阻接近0，根据欧姆定律I=U/R可知，当电阻接近0时，电路中的电流将趋向于无限大，会烧坏电源和导线，所以绝对不能把电源两极直接用导线相连，否则会造成电源短路。 （2）通过欧姆定律理解电流表为何串联、电压表为何并联 电流表电阻很小，相当于导线，若将电流表直接连在电源的两端，情形跟上述情况相同，因此不允许将电流表直接接在电源两端。 电压表电阻很大，有电压表的支路相当于开路，所以只要电源电压不超过电压表的量程，就可以将电压表直接接在电源两端。 第三节 测量：用电流表和电压表测量电阻 一、伏安法测电阻 【实验目的】用电流表和电压表测量电阻的阻值。 【实验器材】电源、待测电阻、电流表、电压表、滑动变阻器、开关及导线等。 【设计实验】 （1）电路图：设计的实验电路图和实物图如图所示。设计的实验电路图如图所示。待测电阻与滑动变阻器串联，电流表测量电路中的电流，电压表与待测电阻并联，测量其两端的电压。 （2）实验原理：依据的原理就是欧姆定律的一个变形公式R=U/I，我们用电压表、电流表同时测出电阻器工作时的电压值和电流值，就可计算出它的电阻（间接测量出它的电阻）。这种测量电阻的方法称为“伏安法”。 （3）设计如下表格记录实验数据。 实验序号 电压U/V 电流I/A 电阻R/Ω 电阻平均值R/Ω 1 2 3 【实验步骤】 （1）根据电路图连接电路。 （2）检查电路无误后，将滑动变阻器调到最大阻值处；闭合开关，调节滑动变阻器的滑片P，改变待测电阻两端的电压，使电压表的示数分别为1V、2V、3V，观察对应的电流表的示数，分别填入表格中。 （3）根据记录的三组数据，分别求出三次对应的电阻值，计算出它们的平均值并填入表中。 （4）断开开关，整理器材，结束实验。 【数据处理】将每次测量的电压值、电流值代入公式，分别求出待测电阻的阻值R1、R2、R3，计算出它们的平均值R =（R1+R2+R3）/3。 【交流讨论】与同学交流讨论测量误差产生的原因，提出减小测量误差的方法。 分析：伏安法测电阻时产生误差的主要原因是‌电压表的分流‌。在电流表外接方案中，电压表的分流会导致电流表测出的电流大于实际通过待测电阻的电流。因此，计算出的电阻值会偏小‌。 电流表外接方案 通过多次测量并取平均值可以降低随机误差的影响，提高测量结果的准确性‌。在量程范围内，尽量使用小量程的电表进行测量，以减少测量误差‌。 二、伏安法测小灯泡的电阻 【实验目的】用电压表、电流表测小灯泡的电阻 【实验原理】 R=U/I 【实验器材】电源、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、小灯泡。 【实验步骤】 ①按电路图连接实物。 ②闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，记录电压表、电流表的示数。 ③多次调节滑动变阻器的滑片，重复上述实验。 【数据处理】将测量的电压值、电流值代入公式，分别求出小灯泡的阻值R1、R2、R3。 实验序号 电压U/V 电流I/A 电阻R/Ω 灯泡亮度 1 2 3 【交流讨论】 画出小灯泡的I-U图像，发现小灯两端的电压与电流之比（电阻）不是一个定值；当小灯两端电压越大时，灯丝电阻越大。原因是当灯两端电压变大时，灯丝温度升高。 三、电阻的串联和并联 1. 总电阻的概念 如果用一个电阻R代替两个串联或并联的电阻R1、R2 接入电路后，电路的状态不变，R就叫做这两个串联或并联电阻R1、R2的总电阻。总电阻和它的分电阻实际上是一种“等效替代”关系。 2. 电阻的串联 （1）串联电路总电阻与分电阻的大小关系 理论推导： 如图所示，两个电阻R1、R2串联，设总电压为U，通过的电流为I，R1、R2两端的电压分别为U1、U2，总电阻为R。 根据欧姆定律I=U/R得：U=IR，所以 U1=IR1 U2=IR2 U=IR 由串联电路中电压的特点知U=U1+ U2，所以R= R1+ R2 结论：两个串联电阻的总电阻等于这两个电阻之和。 （2）串联电路中电阻的分压关系 由欧姆定律可知：U1=I1R1 U2=I2R2 根据串联电路的电流规律知，I1=I2=I 所以 ＝ 结论：在串联电路中，各串联电阻起到分担电源电压的作用，各电阻分担的电压与电阻大小成正比。 3. 电阻的并联 （1）并联电路总电阻与分电阻的关系 理论推导：如图所示，两个电阻R1、R2并联，设电路两端的总电压为U，总电流为I，通过R1、R2的电流分别为I1、I2，总电阻为R。 根据欧姆定律得I1=U1/R1 I2=U2/R2 I=U/R 由并联电路中的特点知：I=I1+I2 U=U1=U2 所以 ＝+ 结论：两个并联电阻的总电阻的倒数，等于两个分电阻的倒数之和。 （2）并联电路中的分流关系 根据欧姆定律，R1和R2两端的电压分别为：U1= I1R1 U2= I2R2 由并联电路中电压特点，U1=U2 即 I1R1= I2R2 所以 ＝ 结论: 在并联电路中，各支路中的电流跟各支路电阻成反比。 第四节 家庭电路 一、认识家庭电路 1. 家庭电路的基本组成 家庭电路的基本组成依次是：进户线（通常有两根，一根是火线，一根是零线）、电能表、空气开关、保险装置、用电器和插座等。电路图如图所示。 2. 组成家庭电路的元件及各部分的作用 （1）进户线 ①火线与零线：连接户外的供电电路的电线，通常有两根，一根是火线，一根是零线。火线和零线之间的电压是220 V。零线在进户前已经和大地相连。 ②作用：连接户外供电电路与户内用电电路，输送电能。 （2）电能表：测量用用户消耗的电能。安装在进户线之后，串联在闸刀开关之前。 （3）总开关：总开关的作用是接通和切断电路，便于更换电器或维修设备。串联在在干路上，接在电能表后，保险装置前。现在新建居民楼电路中总开关一般采用空气开关，当电路中的电流过大时，空气开关自动断开，切断电路，俗称跳闸。在找出电流过大的原因并把问题解决之后，重新闭合空气开关就可以了。 （4）支路开关：支路开关与所控制的用电器串联，接在火线与电灯之间，控制电灯的工作。 （5）保险装置——熔丝（也叫保险丝） ①作用：电路中电流过大时，保险丝熔断，自动切断电路，保护用电器，防止人发生触电事故。 ②材料：保险丝是由电阻率较大、熔点较低的铅锑合金制成。 ③保险丝安装位置：保险丝安装在干路火线上，总开关后方。保险丝不能单独安装在零线上，原因是如果零线上保险丝熔断，则零线断路，但用电器仍连接火线，易触电。 （6）插座与用电器：插座是给用电器供电的，各插座之间是并联的；各用电器之间也是并联的；用电器与插座之间也是并联的（选填“串联”或“并联”）。 3. 三孔插座和三角插头 （1）三脚插头：洗衣机、电冰箱等电器的电源插头有三根线，其中一条接火线（L），一条接零线（N），第三条标着“E”。标着“E”的导线和用电器的外壳相连，插座上相应的导线和室外的大地相连。 （2）三孔插座：左孔接零线，右孔接火线，中间孔接地线，即“左零右火中间地”。 （3）三脚插头和三孔插座的作用：把三脚插头插入三孔插座时，就把用电器的外壳接入了大地。 二、测电笔 1. 作用：辨别火线和零线；检查电气设备的外壳是否带电。 2. 测电笔构造：由笔尖金属体、电阻（阻值大）、氖管、弹簧和笔尾金属体依次相连而成。 3. 测电笔使用方法 （1）基本使用方法：手拿测电笔，手指按住金属笔卡（或金属笔尾），使笔尖接触被测导线，手指千万不能碰到笔尖金属体。因为笔尖处的电压为220V，已超过了人体的安全电压。 （2）测电笔辨别火线与零线：手拿试电笔，手指按住笔卡（或金属笔尾），使笔尖接触被测导线。如果氖管发光，则接触的是火线；如果氖管不发光，则接触的是零线。 （3）测电笔判断用电器的金属外壳是否带电：除了判断零线和火线，试电笔也能判断用电器的金属外壳是否带电。使笔尖接触用电器，当用电器的金属外壳带电时，氖管会发光。 4. 测电笔原理 被测导线是火线时，电流经过笔尖、电阻、氖管、弹簧，再经过人体、经过大地，流到零线，与电源构成闭合电路，氖管就会发光。如果接触的是零线，由于零线与大地之间的电压为0，测电笔中无电流通过，氖管不发光。 三、注意用电安全 1. 触电 （1）触电：通常所说的触电，是指一定大小的电流通过人体所引起的伤害事故。实验表明，当1mA左右的电流通过人体时，会使人产生麻的感觉；通过人体的电流不超过10 mA时，触电的人可以摆脱电源，不会发生事故；电流超过10 mA时，会使人感到剧痛，甚至神经麻痹，呼吸困难，有生命危险；电流达到100 mA时，3s就可使人窒息，心脏停止跳动。 （2）安全电压：不高于36V的电压才是安全电压。 2. 家庭电路触电形式 （1）单线触电：如图，假如人的一只手接触火线，另一只手虽然没有接触零线，但是由于站在地上，导线、人体、大地和电网中的供电设备同样构成了闭合电路，电流同样会流过人体，发生触电事故。 （2）双线触电：如图，假如人的一只手接触火线，另一只手接触零线，这样，人体、导线和电网中的供电设备就构成了闭合电路，大电流流过人体，就会发生触电事故。 单线触电 双线触电 3. 家庭电路触电原因 引起家庭电路触电的原因有很多。实际上都是由人体直接或间接跟火线连通并与大地或零线形成通路造成的。例如，例如，人触到了破损用电器中的火线，电流流过人体入地。人摆弄用电器触到接火线的金属触头，电流经人体入地，造成触电事故。无安全措施的插座安装过低，小孩玩耍时将手指塞进插座，造成触电事故。 4. 注意用电安全 （1）家庭电路安装规范 在安装家庭电路时，应注意以下几点： ①开关接火线：控制电灯的开关要接在火线上，并与电灯串联，因为这样在开关断开时，电路各部分都脱离火线，人碰到灯头等部位也不会造成触电事故。 ②螺口灯泡的连接 螺口灯泡的螺旋金属一定要接在零线上。因为正常情况下，零线对地没有电压，所以在装卸灯泡时，人若不慎碰到灯泡的螺旋金属（与螺旋套相连）也不会发生触电事故。 ③插座的连接 电路中的插座，如果是两孔插座，一定是右孔接火线，左孔接零线（左零右火）；如果是三孔插座，右孔接火线，左孔接零线，中间上端的孔要接地线（左零右火上接地）。 ④保险丝的连接：先确定火线和零线，然后在火线的干路上串联上保险丝，当电路中电流过大时，保险丝会自动熔断，以保护电路。 （2）安全用电的一些措施 要注意不要弄湿用电器；保护好用电器的绝缘体，不裸露电线。对于有金属外壳的家用电器，其外壳要接地。在户外，不要靠近高压带电体。 5. 触电急救 首先切断电源，或者用一根绝缘棒将电线挑开（切勿直接碰触电者），尽快使触电者脱离电源。发生火灾时，务必在切断电源后，再泼水救火。在整个救护过程中，必须随时注意自身保护，防止自身触电。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十六章 探究电路（知识清单） 思维导图 第一节 电阻和变阻器 一、电阻和变阻器 1. 电阻 （1）概念：导体对电流的 作用叫电阻。用字母R表示。不同的导体，电阻一般不同。 （2）单位 ①国际单位： ，简称欧，符号Ω。 ②常用单位： （kΩ）、 （MΩ）。 ③换算关系：1 kΩ = Ω 1MΩ = kΩ。 （3）电阻器 收音机、电视机等用电器的电路中连接着许多具有一定阻值的元件叫作 ，用来调节电路中的电流和电压。电路图中的符号： 2. 对电阻的理解 可从“阻碍作用”和“性质”两个角度来分析。 （1）导体的电阻越大，表示导体对电流的 越大。在相同的电压下，导体对电流的阻碍作用（电阻）越大，电路中的电流越小。而绝缘体之所以起绝缘作用，就是由于其电阻很大。 （2）导体的电阻是导体本身的一种 ，由自身情况决定。不管这个导体是否连入电路，是否有电流通过，也不管它两端的电压是否改变，导体对电流的阻碍作用（电阻）总是存在的。无电流通过时，这种阻碍作用仅仅是没有体现出来而已。 二、探究电阻的大小与哪些因素有关 【猜想与假设】从生活经验中知道，输电线越长，耗电量越大；高压输电线很粗，而实验室中做电学实验用的导线却很细；导线一般使用铜、铝制成。据此我们可以猜想，导体的电阻可能跟导体的长度、粗细（横截面积）和材料有关。 【实验器材】 电源、装有不同规格电阻丝的演示板、电流表、开关。a、b、c是三根用同一种材料制成的导线，a、b长短相同但粗细（横截面积）不同，a、c粗细相同而长短不同；导线d与导线c的长短、粗细都相同，但材料不同。 【实验设计】 （1）实验中用到的方法 ①控制变量法：在探究电阻的大小可能与导体的材料、导体的长度、导体的粗细有关时，利用 法去探究每一个因素对电阻大小的影响。 ②转换法：在电源电压不变的情况下，通过 或灯泡亮度来判断导体电阻的大小。 【进行实验】 （1）选用材料相同、长度相同，横截面积不同的两根电阻丝a和b，分别将它们接入电路，观察电流表的示数，记入表格中。 （2）选用材料相同、横截面积相同，长度不同的两根电阻丝a和c，分别将它们接入电路，观察电流表的示数，记入表格中。 （3）选用长度和横截面积相同、材料不同的电阻丝d和c，分别将它们接入电路，观察电流表的示数，记入表格中。 （3）数据收集 次数 导线 长度 横截面积 电流大小 电阻大小 1 a l S 小 大 b l 2S 大 小 2 a l S 小 大 c l/2 S 大 小 3 c l/2 S 小 大 d l/2 S 大 小 【分析论证】 （1）分析实验1：材料和长度相同，横截面积不同的两根电阻丝a和b，通过b的电流大，说明b电阻丝的电阻小。 （2）分析实验2：材料和横截面积都相同，长度不同的两根电阻丝a和c，通过a的电流小，说明a电阻丝的电阻大。 （3）分析实验3：长度和横截面积相同，材料不同的两根电阻丝c和d，通过c的电流小，说明c电阻丝的电阻大。 【实验结论】导体电阻的大小与导体的 、 和 有关。 横截面积相同的同种材料的导体，长度越长，电阻越大；长度相同的同种材料的导体，横截面积越小，电阻越大；长度和横截面积都相同的不同材料的导体，其电阻一般不同。 三、导体、绝缘体、半导体和超导体 1. 导体与绝缘体：人们常把容易导电的材料叫做 体，不容易导电的材料叫做 体。 2. 半导体：有些材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，叫做半导体。 3. 超导体：20世纪初，科学家们还发现，有些材料在很低的温度时，电阻就变成了0，这就是 现象。发生超导现象的物体叫做超导体。 四、滑动变阻器 1. 变阻器 （1）概念：能够改变电阻的器件叫作变阻器。 （2）原理：靠改变连入电路中的电阻丝的 来改变接入电路中阻值的大小。 2. 滑动变阻器 （1）构造：主要部件是电阻丝绕成的线圈，与滑片接触处线圈表面涂有的绝缘漆已被刮去；滑片套在金属杆上，可自由滑动，金属杆的电阻很小，相当于一根导线；另有四个接线柱A、B、C、D。 （2）作用：调节滑动变阻器的滑片P，可以逐渐改变电路中的阻值，从而逐渐改变电路中的电流和部分电路两端的电压，另外还可以起到保护电路的作用（防止电路元件被烧坏）。 （3）结构示意图和符号 如图所示，A、B、C、D分别表示四个接线柱，P表示滑片。元件符号如图所示。 （4）铭牌上各数值的物理意义 例如，某一滑动变阻器标有“20Ω 2A”的字样，其中，“20Ω”表示变阻器的最大电阻是 欧；“2A”表示允许通过的最大的电流是 A。 （5）滑动变阻器的使用方法 ①滑动变阻器应按照“一上一下”的方式接入电路中。 ②关键是确定滑动变阻器的下端接线柱，上端两个接线柱中任何一个连入电路，接法是等效的。 ③滑片向靠近下接线柱的方向移动，电阻变 ，滑片向远离下接线柱的方向移动，电阻变 ，可简记为：“近下电阻变小，远下电阻变大”。 四、电阻箱 1. 旋钮式电阻箱 （1）元件符号：电阻箱是一种能读出连入电路阻值的变阻器，在电路图中的元件符号： （2）结构：如图所示，箱面上有两个接线柱、四个旋盘。 （3）使用方法：使用时把两个接线柱接入电路，调节四个旋盘就能得到0~9999欧的任意整数阻值。 （4）读数方法：分别计算出四个旋盘上小三角指示的示数与面板上对应倍数的乘积，将得到的四个乘积相加，就是电阻箱接入电路中的阻值。 如图所示，电阻箱接入电路的阻值为： Ω。 2. 插入式电阻箱 插入式电阻箱有两个接线柱，接线柱之间有几段电阻丝，电阻丝的上方有能插入或拔出的铜塞。拔出铜塞时，对应的那段电阻丝就接入了电路；插入铜塞时，对应的那段电阻丝就会被短路，相当于没有接入。如图所示是一个插入式电阻箱的示意图，接入电路的总电阻R= Ω；如果当四个铜塞都拔出时，接入电路的总电阻R= Ω 第二节 探究：电流与电压、电阻的关系 一、探究电流与电压、电阻的关系 【实验目的】 （1）探究电阻一定时，电流与电压的关系。（2）探究电压一定时，电流与电阻的关系。 【实验器材】 电源、电流表、电压表、开关、滑动变阻器、不同阻值的定值电阻、导线若干。 【实验设计】 本实验需采用控制变量法进行实验设计，图为实验电路图。请你说明为什么采用此电路图可进行本实验。你还有其他设计吗? （1）探究电流跟电压的关系时，保持电路中的电阻不变，通过调节滑动变阻器接入电路中的阻值大小来改变电阻两端的电压，探究通过电阻的电流随它两端电压变化的关系。 （2）探究电流跟电阻的关系时，通过调节滑动变阻器使电阻两端的电压不变，分别换用不同阻值的电阻接入电路，探究电流与电阻的关系。 （3）设计如图所示的电路图。 （4）实验器材：电源、定值电阻多个（5Ω、10 Ω、20Ω）、滑动变阻器、开关、电流表、电压表、导线等。 【实验步骤】 （1）按照电路图将实验器材连接好。 （2）保持电阻不变，如接入R= 5Ω的定值电阻，探究电流随定值电阻两端电压变化的关系，通过调节滑动变阻器接入电路的阻值，使定值电阻R两端的电压成整数倍变化目，如电压分别为2V、4 V、6V，观察电流表，读出不同电压下电流表的示数，将数据填入表一中。 （3）用换接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、20Ω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=5V，观察电流表，读出不同电阻时电流表的示数，将数据填入表二中。 【分析论证】 （1）数据分析：对以上两个表格的数据进行仔细分析，归纳出电流随电压、电阻变化的规律。 实验结论：电阻不变时，电流跟电压成 比关系；电压不变时，电流跟电阻成 比关系。 （2）图像法分析： 在坐标图上画出保持电阻不变时，电流随电压变化的图像（甲图）。同理，还可画出电压不变时，电流随电阻变化的图像（乙图）。 ①分析图甲可看出，在导体的电阻一定时，加在它两端的电压越大，通过该导体的电流越大。电压与电流的比值是一个定值，即导体中的电流跟导体两端的电压成正比。 ②分析图乙可以看出，在导体两端的电压一定时，导体的电阻越小，通过该导体的电流越大。电流与电阻的乘积是一个定值，即导体中的电流跟导体的电阻成反比。 （3）实验结论：大量实验表明： 当导体电阻不变时，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比；当导体两端电压不变时，通过导体的电流跟导体的电阻成反比。 【评估交流】 （1）闭合开关前须将滑动变阻器调到最大阻值处，目的是 ，避免电路被烧坏。 （2）使R两端的电压（电阻）成整数倍变化是为了便于寻找通过R的电流与R两端电压（R的阻值）的关系。在调节过程中不要忘了观察电流表示数的变化，以免烧坏电流表。 （3）得到多组数据是为了寻找规律，使实验结论具有 性。 二、欧姆定律 1. 欧姆定律 （1）内容：一段导体中的电流，跟加在这段导体两端的电压成 比，跟这段导体的电阻成 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： 公式中的物理量及其单位： U表示电压，单位是伏特（V）；R表示电阻，单位是欧姆（Ω）；I表示电流，单位是安培（A）。 2. 理解欧姆定律 （1）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。 （2）变形公式的意义：由欧姆定律的公式I=U/R可推出U=IR、R=U/I。 ①U=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 R=U/I：表示导体的电阻在数值上等于导体两端的电压与通过的电流的比值。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。 （3）统一性：I、U、R必须使用国际单位制中的单位，即分别为V、Ω、A。 （4）同一性 ① 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。 ②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。 （5）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。 （6）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。 三、欧姆定律的应用 1. 应用欧姆定律进行分析或定量计算 （1）分析或计算依据 由欧姆定律I=U/R可直接求电流，由I=U/R可推导出求电压公式U=IR和求电阻公式R=U/I。 （2）利用欧姆定律解答计算题的“四步骤” ①审题：画电路图，标已知量、待求量，明确各用电器之间的连接方式、各个电表测量的对象。 ②思考：明确解题思路，寻找解题依据，如欧姆定律以及串、并联电路中的电流、电压的特点。 ③求解：利用公式分步计算；列方程，用数学方法求解，要有必要的文字说明及依据的物理公式。 ④评价：讨论结果的合理性，得出答案。 （3）动态电路分析 如图所示，电源电压保持不变，开关S闭合后，滑动变阻器接入的是左边部分，把滑片P向左移动时，滑动变阻器接入电路的阻值将变 ，电流表的示数将变 ，由欧姆定律可知定值电阻两端电压变 ，即电压表示数变 。 （4）应用实例分析 例如，呼吸式酒精检测仪中的气敏元件，就是利用不同酒精浓度引起元件电阻的变化，从而引起电路中电流等的变化，由此检测驾驶员是否酒后驾车。 如图甲是酒精浓度检测仪的简化电路图，R1为定值电阻，R2为酒精气体传感器，R2的阻值随酒精气体浓度变化如图乙所示。由图象知，驾驶员呼出的酒精气体浓度越大，R2的阻值就越 ，R1和R2串联，总电阻变 ，根据I=U/R可知，电源电压不变，电路中的电流变 ，电压表测定值电阻两端电压，R1电阻值不变，电流变 ，电压表示数变 。 2. 利用欧姆定律解释电源短路、电流表、电压表的连接 （1）电源短路 导线的电阻接近0，根据欧姆定律I=U/R可知，当电阻接近0时，电路中的电流将趋向于 ，会烧坏电源和导线，所以绝对不能把电源两极直接用导线相连，否则会造成电源短路。 （2）通过欧姆定律理解电流表为何串联、电压表为何并联 电流表电阻很 ，相当于导线，若将电流表直接连在电源的两端，情形跟上述情况相同，因此不允许将电流表直接接在电源两端。 电压表电阻很 ，有电压表的支路相当于 路，所以只要电源电压不超过电压表的量程，就可以将电压表直接接在电源两端。 第三节 测量：用电流表和电压表测量电阻 一、伏安法测电阻 【实验目的】用电流表和电压表测量电阻的阻值。 【实验器材】电源、待测电阻、电流表、电压表、滑动变阻器、开关及导线等。 【设计实验】 （1）电路图：设计的实验电路图和实物图如图所示。设计的实验电路图如图所示。待测电阻与滑动变阻器串联，电流表测量电路中的电流，电压表与待测电阻并联，测量其两端的电压。 （2）实验原理：依据的原理就是欧姆定律的一个变形公式R=U/I，我们用电压表、电流表同时测出电阻器工作时的电压值和电流值，就可计算出它的电阻（间接测量出它的电阻）。这种测量电阻的方法称为“伏安法”。 （3）设计如下表格记录实验数据。 实验序号 电压U/V 电流I/A 电阻R/Ω 电阻平均值R/Ω 1 2 3 【实验步骤】 （1）根据电路图连接电路。 （2）检查电路无误后，将滑动变阻器调到最大阻值处；闭合开关，调节滑动变阻器的滑片P，改变待测电阻两端的电压，使电压表的示数分别为1V、2V、3V，观察对应的电流表的示数，分别填入表格中。 （3）根据记录的三组数据，分别求出三次对应的电阻值，计算出它们的平均值并填入表中。 （4）断开开关，整理器材，结束实验。 【数据处理】将每次测量的电压值、电流值代入公式，分别求出待测电阻的阻值R1、R2、R3，计算出它们的平均值R =（R1+R2+R3）/3。 【交流讨论】与同学交流讨论测量误差产生的原因，提出减小测量误差的方法。 分析：伏安法测电阻时产生误差的主要原因是‌电压表的分流‌。在电流表外接方案中，电压表的分流会导致电流表测出的电流大于实际通过待测电阻的电流。因此，计算出的电阻值会偏小‌。 电流表外接方案 通过多次测量并取 可以降低随机误差的影响，提高测量结果的准确性‌。在量程范围内，尽量使用小量程的电表进行测量，以减少测量误差‌。 二、伏安法测小灯泡的电阻 【实验目的】用电压表、电流表测小灯泡的电阻 【实验原理】 R=U/I 【实验器材】电源、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、小灯泡。 【实验步骤】 ①按电路图连接实物。 ②闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，记录电压表、电流表的示数。 ③多次调节滑动变阻器的滑片，重复上述实验。 【数据处理】将测量的电压值、电流值代入公式，分别求出小灯泡的阻值R1、R2、R3。 实验序号 电压U/V 电流I/A 电阻R/Ω 灯泡亮度 1 2 3 【交流讨论】 画出小灯泡的I-U图像，发现小灯两端的电压与电流之比（电阻）不是一个 ；当小灯两端电压越大时，灯丝电阻越 。原因是当灯两端电压变大时，灯丝温度升高。 三、电阻的串联和并联 1. 总电阻的概念 如果用一个电阻R代替两个串联或并联的电阻R1、R2 接入电路后，电路的状态不变，R就叫做这两个串联或并联电阻R1、R2的总电阻。总电阻和它的分电阻实际上是一种“等效替代”关系。 2. 电阻的串联 （1）串联电路总电阻与分电阻的大小关系 理论推导： 如图所示，两个电阻R1、R2串联，设总电压为U，通过的电流为I，R1、R2两端的电压分别为U1、U2，总电阻为R。 根据欧姆定律I=U/R得：U=IR，所以 U1=IR1 U2=IR2 U=IR 由串联电路中电压的特点知U=U1+ U2，所以R= 结论：两个串联电阻的总电阻等于这两个电阻之 。 （2）串联电路中电阻的分压关系 由欧姆定律可知：U1=I1R1 U2=I2R2 根据串联电路的电流规律知，I1=I2=I 所以 ＝ 结论：在串联电路中，各串联电阻起到分担电源电压的作用，各电阻分担的电压与电阻大小成 比。 3. 电阻的并联 （1）并联电路总电阻与分电阻的关系 理论推导：如图所示，两个电阻R1、R2并联，设电路两端的总电压为U，总电流为I，通过R1、R2的电流分别为I1、I2，总电阻为R。 根据欧姆定律得I1=U1/R1 I2=U2/R2 I=U/R 由并联电路中的特点知：I=I1+I2 U=U1=U2 所以 ＝ 结论：两个并联电阻的总电阻的倒数，等于两个分电阻的 之和。 （2）并联电路中的分流关系 根据欧姆定律，R1和R2两端的电压分别为：U1= I1R1 U2= I2R2 由并联电路中电压特点，U1=U2 即 I1R1= I2R2 所以 ＝ 结论: 在并联电路中，各支路中的电流跟各支路电阻成 比。 第四节 家庭电路 一、认识家庭电路 1. 家庭电路的基本组成 家庭电路的基本组成依次是：进户线（通常有两根，一根是火线，一根是零线）、 、空气开关、保险装置、用电器和插座等。电路图如图所示。 2. 组成家庭电路的元件及各部分的作用 （1）进户线 ①火线与零线：连接户外的供电电路的电线，通常有两根，一根是 线，一根是 线。火线和零线之间的电压是220 V。零线在进户前已经和大地相连。 ②作用：连接户外供电电路与户内用电电路，输送电能。 （2）电能表：测量用用户消耗的电能。安装在 之后，串联在闸刀开关之前。 （3）总开关：总开关的作用是接通和切断电路，便于更换电器或维修设备。串联在在干路上，接在 后，保险装置前。现在新建居民楼电路中总开关一般采用空气开关，当电路中的 过大时，空气开关自动断开，切断电路，俗称跳闸。在找出电流过大的原因并把问题解决之后，重新闭合空气开关就可以了。 （4）支路开关：支路开关与所控制的用电器 联，接在 线与电灯之间，控制电灯的工作。 （5）保险装置——熔丝（也叫保险丝） ①作用：电路中电流过大时，保险丝 ，自动切断电路，保护用电器，防止人发生触电事故。 ②材料：保险丝是由电阻率较 、熔点较 的铅锑合金制成。 ③保险丝安装位置：保险丝安装在干路火线上，总开关后方。保险丝不能单独安装在 线上，原因是如果零线上保险丝熔断，则零线断路，但用电器仍连接火线，易触电。 （6）插座与用电器：插座是给用电器供电的，各插座之间是 的；各用电器之间也是 的；用电器与插座之间也是 的（选填“串联”或“并联”）。 3. 三孔插座和三角插头 （1）三脚插头：洗衣机、电冰箱等电器的电源插头有三根线，其中一条接 线（L），一条接 线（N），第三条标着“E”。标着“E”的导线和用电器的 相连，插座上相应的导线和室外的 相连。 （2）三孔插座：左孔接 线，右孔接 线，中间孔接 线，即“左零右火中间地”。 （3）三脚插头和三孔插座的作用：把三脚插头插入三孔插座时，就把用电器的 接入了大地。 二、测电笔 1. 作用：辨别 线和 线；检查电气设备的外壳是否带电。 2. 测电笔构造：由笔尖金属体、电阻（阻值大）、氖管、弹簧和笔尾金属体依次相连而成。 3. 测电笔使用方法 （1）基本使用方法：手拿测电笔，手指按住金属 （或金属笔尾），使笔尖接触被测导线，手指千万不能碰到笔尖金属体。因为笔尖处的电压为220V，已超过了人体的安全电压。 （2）测电笔辨别火线与零线：手拿试电笔，手指按住笔卡（或金属笔尾），使笔尖接触被测导线。如果氖管发光，则接触的是 线；如果氖管不发光，则接触的是 线。 （3）测电笔判断用电器的金属外壳是否带电：除了判断零线和火线，试电笔也能判断用电器的金属外壳是否带电。使笔尖接触用电器，当用电器的金属外壳带电时，氖管会 。 4. 测电笔原理 被测导线是火线时，电流经过笔尖、电阻、氖管、弹簧，再经过人体、经过大地，流到零线，与电源构成闭合电路，氖管就会发光。如果接触的是零线，由于零线与大地之间的电压为0，测电笔中无电流通过，氖管不发光。 三、注意用电安全 1. 触电 （1）触电：通常所说的触电，是指一定大小的 通过人体所引起的伤害事故。实验表明，当1mA左右的电流通过人体时，会使人产生麻的感觉；通过人体的电流不超过10 mA时，触电的人可以摆脱电源，不会发生事故；电流超过10 mA时，会使人感到剧痛，甚至神经麻痹，呼吸困难，有生命危险；电流达到100 mA时，3s就可使人窒息，心脏停止跳动。 （2）安全电压： V的电压才是安全电压。 2. 家庭电路触电形式 （1）单线触电：如图，假如人的一只手接触火线，另一只手虽然没有接触零线，但是由于站在地上，导线、人体、大地和电网中的供电设备同样构成了闭合电路，电流同样会流过人体，发生触电事故。 （2）双线触电：如图，假如人的一只手接触火线，另一只手接触零线，这样，人体、导线和电网中的供电设备就构成了闭合电路，大电流流过人体，就会发生触电事故。 单线触电 双线触电 3. 家庭电路触电原因 引起家庭电路触电的原因有很多。实际上都是由人体直接或间接跟火线连通并与大地或零线形成通路造成的。例如，例如，人触到了破损用电器中的火线，电流流过人体入地。人摆弄用电器触到接火线的金属触头，电流经人体入地，造成触电事故。无安全措施的插座安装过低，小孩玩耍时将手指塞进插座，造成触电事故。 4. 注意用电安全 （1）家庭电路安装规范 在安装家庭电路时，应注意以下几点： ①开关接火线：控制电灯的开关要接在 线上，并与电灯 联，因为这样在开关断开时，电路各部分都脱离火线，人碰到灯头等部位也不会造成触电事故。 ②螺口灯泡的连接 螺口灯泡的螺旋金属一定要接在 线上。因为正常情况下，零线对地没有电压，所以在装卸灯泡时，人若不慎碰到灯泡的螺旋金属（与螺旋套相连）也不会发生触电事故。 ③插座的连接 电路中的插座，如果是两孔插座，一定是右孔接 线，左孔接 线（左零右火）；如果是三孔插座，右孔接 线，左孔接 线，中间上端的孔要接 线（左零右火上接地）。 ④保险丝的连接：先确定火线和零线，然后在 线的干路上串联上保险丝，当电路中电流过大时，保险丝会自动熔断，以保护电路。 （2）安全用电的一些措施 要注意不要弄湿用电器；保护好用电器的绝缘体，不裸露电线。对于有金属外壳的家用电器，其外壳要接地。在户外，不要靠近高压带电体。 5. 触电急救 首先切断 ，或者用一根绝缘棒将电线挑开（切勿直接碰触电者），尽快使触电者脱离电源。发生火灾时，务必在切断电源后，再泼水救火。在整个救护过程中，必须随时注意自身保护，防止自身触电。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $