17.1 电流与电压和电阻的关系（解析版）.docx

更多资料添加微信号：DEM2008 淘宝搜索店铺：优尖升教育 网址： 第十七章 欧姆定律 17.1 电流与电压和电阻的关系 一、学习目标 1．探究电流与电压的关系 通过实验探究出电流与电压的关系；能说出在电阻一定时，电流与电压成正比关系。 2．探究电流与电阻的关系 通过实验探究出电流与电阻的关系，能说出电压一定时，电流与电阻的关系。体会控制变量法的应用。 二、学习过程 一）、知识点梳理 知识要点一 探究电流与电压的关系 控制变量 ________一定 实验电路与方法 实物图：　               电路图： 　　　　　 实验方法：控制________一定，使用滑动变阻器改变电阻两端的________，研究通过电阻的________变化。滑动变阻器的作用：①________电路；②改变滑动变阻器连入电路中的阻值，从而改变定值电阻两端的电压 数据记录 实验次序 电阻R1＝5 Ω 电压（V）  电流（A）  1 1 0.2 2 1.5 0.3 3 2 0.4 实验次序 电阻R2＝10 Ω 电压（V）  电流（A）  1 1 0.1 2 1.5 0.15 3 2 0.2 分析图像 探究结论 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________，即：R一定，I1：I2＝________　 【答案】电阻　　 电阻　电压　电流　保护 正比　U1∶U2　【拓展】(3)电压 【拓展】改变电压的方法： （1）改变电池的节数； （2）改变学生电源的调压旋钮； （3）改变滑动变阻器连入电路中的阻值，从而改变定值电阻两端的________。 【答案】 电压 知识要点二 探究电流与电阻的关系 控制变量 电压一定 实验电路与方法 实物图：　　　　　　　         电路图： 　　　 实验方法：使用不同规格的________，通过滑动变阻器调节其两端的________一定时，研究通过电阻的________变化 数据记录 电压U＝3 V 电阻R/Ω 5 10 15 电流I/A 0.6 0.3 0.2 分析图像 探究结论 在电压一定的情况下，通过导体的电流与导体的电阻成______，即：U一定，I1：I2＝__________ 评估与交流 错误表述 在电压一定的情况下，导体的电阻与通过导体的电流成反比 错误原因 （1）颠倒了因果逻辑关系：实验中，电阻变化是导致电流变化的原因，而电流变化是电阻变化的结果，所以因果逻辑关系不能颠倒； （2）导体的电阻是导体本身的一种性质，与通过导体的电流无关 【说明】实验注意事项： （1）连接电路时，开关必须是________的； （2）闭合开关前，要将滑动变阻器的滑片滑到连入电路电阻________的位置。 【答案】 电阻　电压　电流　反比　R2∶R1 【说明】(1)断开　(2)最大 【拓展】 （1）“换大调大，换小调小”规律：在探究电流与电阻的关系时，当用大电阻（如10 Ω）替换小电阻（如5 Ω）时，滑动变阻器连入电路的阻值应调大；反之亦然，因为只有这样调节，才能保证电压表的示数不变。 （2）电路故障分析：①电流表无示数——与电流表串联的电路发生断路；②电流表指针满偏——与电流表串联的电路发生了短路；③闭合开关后，电流表、电压表左偏至无示数处——两表的接线柱接反了；④电压表无示数——与电压表并联的电路发生短路；⑤电压表示数接近电源电压——与电压表并联的电路发生断路；⑥滑动变阻器滑片移动时，电表示数不变——滑动变阻器没有按照“一上一下”的原则连接。 （3）选择滑动变阻器的方法：若电源电压为U，电压表恒定电压为UV，根据串联电路电压的规律，滑动变阻器分得的电压U滑＝U－UV，滑动变阻器分得的电压为电压表示数的U-UV/UV倍，根据分压原理，当接入最大定值电阻Rmax时，滑动变阻器连入电路中的最大电阻至少为R滑＝（ U−UV/UV ）Rmax。 二）、例题 练习 例1 根据下列一组实验数据，可以得到的结论是（ ） 导体两端的电压 导体的电阻 通过导体的电流 2V 10Ω 0.2A 4V 10Ω 0.4A 6V 10Ω 0.6A A： 导体电阻一定时，导体两端的电压跟通过导体的电流成正比 B： 导体电阻一定时，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比 C： 导体两端的电压一定时，导体的电阻跟通过导体的电流成反比 D： 导体两端的电压一定时，通过导体的电流跟导体的电阻成反比 【答案】B 【解析】电压是形成电流的原因，电阻不变时，只能说电流与电压成正比，不能说电压与电流成正比。 练1.1 研究电流与电压关系时，用图所示的电路，要求“保持电阻不变”，在进行“保持电阻不变”这一步骤时，实验要求是（ ） A： 保持R' 的滑片位置不动 B： 保持R 的电压不变 C： 保持R 不变，调节R' 的滑片到不同位置 D： 保持电路中的电流不变 【答案】C 【解析】研究电流与电压关系时，要求“保持电阻不变”，图中R 是研究对象，通过移动变阻器的滑片，改变R 的电压和通过的电流，从而多次测量得出普遍性的规律，故C正确。 例2 在探究“电流与电阻关系”的实验中，电源电压保持不变，每次实验中大小都发生改变的是（ ） A： 定值电阻两端的电压 B： 滑动变阻器两端的电压 C： 电压表与电流表示数的比值 D： 定值电阻与滑动变阻器两端电压之比 【答案】C 【解析】要了解研究电流与电阻关系的做法：采用如图所示的电路，读出电压表和电流表示数，多次更换定值电阻R，每次更换后先调节滑动变阻器R′ 的滑片，使电压表示数与原来相同，再读出电流表的示数，最后通过多次实验的数据总结电流与电阻的关系。 练2.1 在“探究电流与电阻的关系”的实验中，下列说法不正确的是（ ） A： 实验中采用的主要科学研究方法是“控制变量法” B： 滑动变阻器的作用是在多次测量过程中，保持这段导体两端电压值不变 C： 换用不同的定值电阻得到多组数据，是为了“避免造成规律的偶然性” D： 经过测量得出的结论是“电压相等时，这段导体的电阻与通过的电流成反比” 【答案】D 【解析】AB、“探究电流与电阻的关系”的实验中，要控制电阻的电压不变，采用的主要科学研究方法是“控制变量法”，故A正确； 滑动变阻器的作用是在多次测量过程中的作用是保持这段导体两端电压值不变，故B正确； C、为得出普遍性的结论，要多次测量，故换用不同的定值电阻得到多组数据，是为了“避免造成规律的偶然性”，故C正确； D、经过测量得出的结论是“电压相等时，这段导体的电流与电阻成反比”，故D错误。 例3 小明同学在探究“电流与电压的关系”时选取了如下材料：3.6V锂电池一组、10Ω定值电阻一个、电压表一只、电流表一只、最大阻值为20Ω的滑动变阻器一个、开关一个、导线若干。 (1)请根据如图甲所示的电路，用铅笔画线代替导线在图乙中，将电路元件连接完整，注意导线不要交叉。 【答案】 【解析】电源电压为3.6V，由于电路中有滑动变阻器，能分担一定的电压，故电压表的量程为0～3V；电路中的最大电流为： I =U/R =3V/10Ω= 0.3A，故电流表量程为0～0.6A； 电压表并联到电阻的两端，电流表串联接入电路中。 (2)下面表格中是小明同学实验并整理的数据，请你在图丙坐标系中画出I﹣U 的关系图象，通过分析图象，你得出的实验结论是： 。 实验次数 第1次 第2次 第3次 第4次 第5次 电压/V 1 1.5 2 2.5 3 电流/A 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 【答案】 在电阻一定时，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比 【解析】横坐标对应电压值，纵坐标对应电流值，按描点法描出各点，然后用直线将各点连接起来，如图所示。由图象可见，在电阻一定时，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比。 (3)王老师查看了小明的实验数据后说：“小明，你的实验数据看上去很不错，不过，你有没有编造数据呀？”小明不好意思的说：“对不起，王老师，确实有一组数据是编造的。”请你指出小明的哪组数据是编造的，并说出你的理由。 【答案】第一组；电路的最小电流为0.12A，达不到0.1A。 【解析】电路中的最小电流I =U/R =3.6V/(10Ω + 20Ω) = 0.12A，故第一组数据是错误的。 练3.1 在探究“通过导体的电流跟电压的关系”实验中，小丽根据实验目的设计实验，并连接实验器材如图甲所示。 (1)图甲所示实物电路中， 的连接有错误。 【答案】滑动变阻器 (2)小丽将电路连接的错误改正后，在闭合开关S前，应使滑动变阻器接入电路的阻值 。 【答案】最大 (3)在此实验中，为达到实验目的，应控制A、B两点间 不变。 【答案】电阻 (4)实验过程中，通过移动滑动变阻器的滑片，改变定值电阻两端电压从而改变电流，记录相应的 。 【答案】电压值和电流值 (5)实验中，小丽将滑动变阻器的滑片移到某点时，电流表示数如图乙所示，此时电流 A。 【答案】0.46 练3.2 小军在探究某电路中电流I 与电压U 的关系时，记录的数据如下表所示，请根据表中的数据归纳出电流I 与电压U 的关系式：I= 。 U/V 1 2 3 4 5 6 I/A 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 【答案】 0.2（A/V）×U+ 0.4A 【解析】由表格数据可知，I 与U 成一次函数关系，可设为I＝aU+b， 把 I＝0.6A，U＝1V 和 I＝0.8A，U＝2V 代 入 可 得 ： 0.6A＝a×1V+b，0.8A＝a×2V+b， 联立等式可得：a＝0.2（A/V），b＝0.4A， 则I＝0.2（A/V）×U+0.4A。 例4 小华同学为了探究“电流与电阻的关系”，设计了如图甲的实验电路，她在学校实验室找来了如下一些实验器材：电压恒为3V的电源、电流表、电压表各一只、一个开关，阻值分别为10Ω、20Ω、50Ω的定值电阻各一个，滑动变阻器上标有“20Ω 1A”字样，导线若干。 (1)请你用笔画线代替导线，将图乙中的实物连接完整。 【答案】 【解析】由图甲所示电路图可知，定值电阻R与滑动变阻器串联，电压表与定值电阻并联，电流表串联 在电路中；电源电压为3V，则电压表应选用小量程，滑动变阻器按“一上一下”原则接线。 (2)在连接实验电路时，小华应将开关处于 状态。闭合开关前，应将滑动变阻器滑片滑到最 端（选填“左”或“右”）。 【答案】断开 右 【解析】连接电路时，为保护电路，开关应该断开，且闭合开关前滑片处于最大阻值处，即滑片处于最右端。 (3)小华先把10Ω的电阻接入电路，移动滑动变阻器滑片，使电压表示数为2V，读出电流表示数后，断开开关，她直接拆下10Ω的电阻，改换成阻值为20Ω的电阻继续做实验，闭合开关，电压表示数如图丙所示， 其示数是 V ， 要完成这次实验， 接下来她应将变阻器滑片向 端（ 选填“左”或“右”）移动，使电压表的示数为 V。 【答案】2.4 右 2 【解析】由题可知，电压表所选量程为0～3V，根据指针位置可知，其示数是2.4V，探究“电流与电阻的关系”时，应控制电阻两端的电压不变（即电压表示数不变）；由题意可知，拆下阻值为10Ω的电阻改换成阻值为20Ω的电阻，闭合开关，电压表的示数变大；要使电压表示数减小为原来的电压值，由串联分压的规律可知，应增大变阻器分得的电压，应增大滑动变阻器接入电路的阻值，所以应将变阻器滑片向右移动，使电压表的示数减小为2V。 (4)当小华改用50Ω的电阻继续实验时，发现无论怎样移动滑动变阻器滑片，都无法使电压表示数达到实验要求的值，你认为“电压表的示数无法达到实验要求的值”的原因可能是（ ） A．滑动变阻器的阻值太大 B．电压表量程选小了 C．滑动变阻器的阻值太小 D．滑动变阻器烧坏了 【答案】C 【解析】当 改 用 50Ω 的 电 阻 时 ， 若 电 压 表 示 数 仍 为 2V ， 此 时 电 路 中 的 电 流I = UR/R=2V/50Ω=0.04A ，则 滑 动 变 阻 器 接 入 电 路 的 阻 值 为 ： R滑 =U滑/I =(U − UR)/I =(3V-2V)/0.04A=25Ω，而所给滑动变阻器的最大阻值为20Ω，无法使电压表的示数达到实验要求的值，故C符合题意。 (5)为了解决（4）问现象中的问题，请提供三种解决问题的方案： 。 【答案】换一个阻值较大的滑动变阻器；换一个阻值较小的定值电阻；再加入一个阻值适当的定值电阻 【解析】根据串联分压规律，要保持定值电阻电压为2V，应增大滑动变阻器的电阻，或换一个阻值较小的定值电阻，或在电路中再增加一个定值电阻分压。 (6)小华解决了上述问题后，完成了实验。利用收集到的多组数据，作出了如图丁所示的电流I 随电阻R 变化的关系图象。分析图象得出了电流与电阻的关系是 。为了使得图象更加直观地反映I 与R 的关系，我们可以将I－R 图象改成 图象。 【答案】电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比 I = 1/R 【解析】分析图丁图象，曲线上每点对应的电流和电阻的乘积都等于2.0V，且电流随电阻的增大而减小，可得出结论：电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比。 练4.1 如图所示，在研究“电流与电阻的关系”实验中，下列说法中正确的是（ ） ①闭合电键前，移动滑片P到最右端是为了起到保护电路的作用 ②闭合电键后，移动滑片P的作用是控制电阻两端的电压保持不变 ③闭合电键后，移动滑片P的作用是控制通过电阻的电流保持不变 ④闭合电键后，移动滑片P的目的是多次测量取平均值减少误差 A： ①② B： ②③ C： ①③ D： ②④ 【答案】A 【解析】①闭合电键前，为保护电路，变阻器连入电路中的电阻最大，即移动滑片P到最右端是为了起到保护电路的作用，正确； ②根据控制变量法，在研究电流与电阻的关系时，要控制电阻两端的电压不变，闭合电键后，当换下不同的定值电阻时，根据分压原理，电压表示数要改变，需通过移动滑片P来控制电阻两端的电压保持不变，正确； ③根据欧姆定律I =U/R，因控制定值电阻的电压不变，当换上不同的定值电阻时，通过电阻的电流改变了，故闭合电键后，移动滑片P的作用是控制通过电阻的电压保持不变，错误； ④在研究“电流与电阻的关系”实验中，为得出普遍性的规律，要更换不同的定值电阻（保持电压不变），记录对应的电流大小，故要移动滑片P的目的是多次测量取平均值减少误差是错误的。 练4.2 如图所示是探究电流与电阻关系的电路，电源电压恒为3V。在AB间接入10Ω的定值电阻R，闭合开关移动滑片P，使电压表示数为2V，读出电流表示数。接着断开开关，取下10Ω的电阻，换上5Ω定值电阻后就闭合开关，此时电压表示数以及应进行的操作是（ ） A： 小于2V；应将滑片P向左移，使电压表示数仍为2V B： 小于2V；应将滑片P向右移，使电压表示数仍为2V C： 大于2V；应将滑片P向左移，使电压表示数仍为2V D： 大于2V；应将滑片P向右移，使电压表示数仍为2V 【答案】A 【解析】在探究电流与电阻关系的实验中，要控制电阻两端的电压不变，由题知应控制电压表示数为2V不变； 当取下10Ω的电阻换上5Ω定值电阻时，根据串联分压原理可知，电压表示数变小，小于2V；此时滑动变阻器两端的电压变大，因此，应减小变阻器分得的电压，即要减小变阻器连入电路中的电阻大小；则应将滑片向左移动，直到电压表的示数为2V为止，故A正确、BCD错误。 练4.3 在“探究电压一定时，电流与电阻关系”的实验中，电路如图所示。先在A、B间接入5Ω的定值电阻R，移动滑片P，使电压表示数为2V，读出电流表示数。接着取下5Ω的电阻分别换上10Ω、15Ω的定值电阻，移动滑片，使电压表示数仍为2V。但小明在实验中，当换上15Ω的定值电阻时，无论怎样移动滑片，电压表示数都不能回到2V。对此现象，下列分析正确的是（ ） A： 15Ω电阻太小，换一个更大的定值电阻，继续实验 B： 变阻器的最大阻值太大，换一个最大阻值小一点的变阻器继续实验 C： 在第一次接入5Ω的定值电阻时，移动滑片，使电压表示数为定值1.5V，重新进行实验 D： 将三个电阻按15Ω、10Ω、5Ω的由大到小的顺序接入进行实验，可以避免这种现象 【答案】D 【解析】AB、根据串联分压的规律可得： U滑/UR=R滑/R ，则当换用阻值更大的定值电阻时，电压表的示数将变大，为保证电压表的示数不变，应增大滑动变阻器的阻值，定值电阻的阻值越大，所需滑动变阻器的阻值越大；当电阻增大到某一值时，滑动变阻器不能使电阻两端的电压保持在2V不变，说明滑动变阻器的最大阻值较小，由此可知，A、B错误； C、若使电压表的示数为1.5V，则滑动变阻器分得的电压更大一些，所需滑动变阻器的阻值会更大，所以C错误； D、将三个电阻按15Ω、10Ω、5Ω的由大到小的顺序接入进行实验，当R＝15Ω，所需滑动变阻器的阻值最大，此时调节电压表示数到某一值，则用其它两个电阻做实验时，所需滑动变阻器的阻值更小一些，则可以使电阻两端的电压不变，能完成所有的实验，故D正确。 【课后作业】 1 在探究“电流与电阻的关系”时，小明按照图甲所示电路图连接电路，选用三节新干电池做电源，滑动变阻器铭牌上标有“20Ω 1A”字样，并备好阻值分别为5Ω、10Ω、20Ω的定值电阻。 （1）第一次接入电路电阻阻值为5Ω，请用笔画线代替导线完成图乙所示实物电路，要求连接好电路即可闭合开关，且实验过程中不再改变电表接法______； （2）正确连接好电路，小明闭合开关，发现两电表无示数，电路中仅有一处故障，可能存在的故障是______； A．电压表断路 B．电流表短路 C．电阻断路 D．滑动变阻器断路 （3）排除故障后，得到5Ω电阻相应电流后，小明断开开关，将5Ω电阻换作10Ω电阻接入电路，小明准备闭合开关，细心的小华提醒闭合开关可能会损坏电路元件，于是小明______（填具体操作）后，闭合开关； （4）正确操作后，为得到10Ω电阻相应的电流，小明应将滑动变阻器的滑片向______（填“左”或“右”）移，同时移动滑动变阻器的滑片，眼睛应注意观察______； A．变阻器滑片 B．电压表 C．电流表 D．电源 （5）为了能得到相同电压下三个不同定值电阻相应的电流值，控制电压的大小应在______V——______V之间。 【答案】 D 将滑片移至最大阻值处 左 B 2.25 3 【解析】（1）[1]由图知，电阻与变阻器串联，电流表测整个电路的电流，电压表测R两端的电压，其测量选择0~3V；为保护电路，变阻器的滑片应位于最大值端，如下图所示。 （2）[2]闭合开关，发现两电表无示数，说明电路处于断路状态，因只有一处故障，故可能是滑动变阻器断路。 故选D。 （3）[3]将5Ω电阻换作10Ω电阻接入电路，小明准备闭合开关，电阻两端的电压可能大于3V，故为保护电路，应将变阻器的滑片移至最大值端。 （4）[4][5]要使电阻两端的电压等于控制电压，故应向左移动变阻器的滑片，同时眼睛观察电压表的示数，直到电压表的示数为控制电压。 （5）[6][7]因电压表的量程为0~3V，故最大电压为3V，当定值电阻为20Ω的时候，滑动变阻器分担相同电压需要的阻值最大，而滑动变阻器的最大阻值也是20Ω，因此平分电源电压，都是2.25V，则控制电压为2.25V~3V。 2 小明利用如图甲的电路探究“电流与电阻的关系”，已知电源电压为4.5V且保持不变，实验用到的定值电阻阻值分别为25Ω、20Ω、15Ω、10Ω和5Ω。 （1）连好电路后闭合开关，发现电流表和电压表在电路中位置颠倒，则闭合开关后，发现______有示数（选填“电流表”或“电压表”）电路连接并检查完后，闭合开关前应将滑动变阻器滑片调至最______（选填“左”或“右”）。 （2）实验中完成了10Ω的电阻验后，将10Ω的电阻更换为15Ω的电阻，闭合开关，应将滑动变阻器滑片向______（选填“左”或“右”）适当滑动，使电压表示数______（选填“增大”或“减小”），才能恢复到原来的电压值。 （3）小明同学根据五次实验所得数据在I-R坐标系中描出相应的点如乙图所示根据乙图中的数据可知阻值为20Ω时遗漏的操作步骤是______，剔除这个数据后，实验可得出结论:______。 （4）为完成整个实验，滑动变阻器的最大阻值不小于______Ω。 （5）如图丙小明还设计了一个巧测某电阻Rx阻值的实验电路，图中R为电阻箱； ①开关接a，调节电阻箱和滑动变阻器滑片P至适当位置，使电流表示数为I，记下电阻箱示数R1； ②开关接b，保持滑动变阻器的位置不变，调节电阻箱使电流表示数仍为I，记下电阻箱的示数R2； ③则Rx=______（用所测物理量符号表示），若开关接b时，滑动变阻器不小心向右移动了少许，测出的待测电阻值______（选填“偏大”或“偏小”）。 【答案】电压表 右 右 减小 调节滑片位置，使电压表示数不变 导体两端电压一定时，导体电流与电阻成反比 12.5 偏小 【解析】 （1）[1]电流表和电压表在电路中位置颠倒，即电压表串联在电路，电路中无电流，电压表测电源电压，因此电压表有示数，电流表无示数。 [2]为了电路安全，闭合开关前，应将滑动变阻器阻值调最大，如图应调最右端。 （2）[3][4]探究电流与电阻关系，应控制导体两端电压一定，将10Ω的电阻更换为15Ω的电阻后，根据串联分压，定值电阻两端电压会增大，因此应将滑动变阻器电阻也调大，即滑片向右调，使电压表示数减小到10Ω实验时的电压示数。 （3）[5]根据描点的数据，当电阻为5欧时，电流为0.60A，可计算得两端电压为 而当电阻为20欧时，电流为0.18A，可计算得两端电压为 可知，没有调节电压表示数为3V。 [6]由数据可得 结论：导体两端电压一定时，导体电流与电阻成反比。 （4）[7]电源电压为4.5V，定值电阻两端电压为3V，可计算得滑动变阻器两端电压为 串联分压得 因此当定值电阻为25欧时，滑动变阻器阻值为 为完成整个实验，滑动变阻器的最大阻值不小于12.5欧。 （5）[8]①开关接a，调节电阻箱和滑动变阻器滑片P至适当位置，使电流表示数为I，记下电阻箱示数R1，可列电源电压方程为 ②开关接b，保持滑动变阻器的位置不变，调节电阻箱使电流表示数仍为I，记下电阻箱的示数R2，可列电源电压方程为 联立求解得 [9]若开关接b时，滑动变阻器不小心向右移动了少许，即其阻值调大，为使电流表示数为I，R2会偏小，根据计算公式，RX偏小。 3 在探究“通过导体的电流与导体电阻大小的关系