理解欧姆定律的核心是掌握电压、电流、电阻三者的定量关系,并能通过实验和电路分析灵活应用。通过反复练习例题和动手实验,可逐步建立电学分析的逻辑思维。
一、探究电流与电压、电阻的关系
通过实验探究电流与电压、电阻的关系的核心实验思想:控制变量法(每次只改变一个变量,观察其对电流的影响)
1.电流与电压的关系(电阻一定时)
在过去的学习中,我们了解可以使用电压表测量电压,使用电流表测量电流,那么在本实验中,它们该怎样接入电路?我们该通过什么样的方式改变电阻两端的电压?电阻该怎么选择?
实验关键:通过滑动变阻器改变电阻两端电压,电流表要串联到干路当中。根据测得的多组数据绘制U-I图像,推测U-I关系。
实验结论:当电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比。
2.电流与电阻的关系(电压一定时)
实验关键:换电阻后需调节滑动变阻器保持电压不变,为保证实验安全,闭合电路前滑动变阻器应处于什么位置?数据记录表格需包含多组电阻值与对应的电流值。
实验结论:当电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。
二、欧姆定律
根据前面的实验我们可以总结出电流与电压、电阻的关系为电流与电压成正比,与电阻成反比,也就是I=U/R。其中I代表电流(单位安培A),U代表电压(单位伏特V),R代表电阻(单位欧姆Ω)
也就是说电流大小由电压和电阻共同决定:电压是推动电荷流动的"动力",电阻是阻碍电流的"阻力"。
对公式进行变形,即可得到U=IR和R=U/I,前者可以用来求电阻两端的电压,后者可以用来计算未知电阻的阻值。但是要注意,电阻R的计算公式仅可用来计算电阻值,并不代表电阻与电压或电流有比例关系,电阻是由导体材料性质(电阻率)与导体尺寸(长度、横截面积)所决定。
三、电阻的测量——伏安法
根据欧姆定律公式变形的R=U/I,通过测量U和I计算电阻的方法。
1.实验步骤
连接电路(注意电流表、电压表正负接线柱)。
多次调节滑动变阻器,记录多组U、I值。
计算各次R值并取平均,减小误差。
2.注意事项
滑动变阻器作用:保护电路、调节电压,电路闭合前要将滑动变阻器置于电阻最大处。
电表量程选择:先用大量程试触,根据读数调整。
小灯泡电阻特性:温度升高时电阻增大,故多次测量值不同(不同于定值电阻)。
3.常见错误
错误1:电流表并联应串联在电路中。
错误2:电压表量程过大选择小量程提高精度。
错误3:滑动变阻器接线错误应"一上一下"接入电路。
四、欧姆定律在串、并联电路中的应用
1.串联电路特点
电流:I=I1=I2……(各处电流相等)=U总/R总
电压:U总=U1+U2……=I1R1+I2R2……
总电阻:R总=R1+R2……(电阻越串越大)=U1/I+U2/I……
某电阻变化将会引起总电阻变化进而影响到电流发生变化,其他元器件两端电压发生变化。
2.并联电路特点
电压:U=U1=U2……(各支路电压相等)
电流:I总=I1+I2……=U1/R1+U2/R2……
总电阻:R总=U/I总=U/(I1+I2……)可以得出1/R总=(I1+I2……)/U,即1/R总=1/R1+1/R2……(电阻越并越小)
某支路电阻变化只会引起该支路电流变化,其他支路不受影响。
五、实验数据异常处理
如发现某组数据明显偏离趋势,应分析是否读数错误或电路故障。
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