九年级物理第14章 探究电路 2沪科版.doc

第14章 探究电路基本要求：1. 通过对具体知识点的复习，唤起同学们对所学的知识的回忆。2. 通过我的总结与复习，使同学们对所学知识形成知识体系。3. 通过具体的例题讲评，提高同学们利用知识来解决实际问题的能力。重点内容：知识体系的形成、应用能力的提高。难点内容：灵活应用所学知识来解决生活中的常见问题。复习总结如下：一. 电阻导体能够通过电流，但同时对电流有阻碍作用。在物理学中用“电阻”这个物理量来表示导体对电流阻碍作用的大小。用字母R表示。在相同的电压下，导线中通过的电流大，表明它对电流的阻碍作用小。不同导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种性质。在国际单位制里，电阻的单位是欧姆，简称欧，符号是。还有两个单位，一个是千欧（k），另一个是兆欧（M）。它们邻近两个单位间的换算关系是1000。我们猜想。导体的电阻可能跟导体的材料、导体的长度、导线的粗细有关系。在课上我们采用的是控制变量法进行的研究。我们已经得出了导体的电阻跟导体的材料有关。也就是说导体的电阻与其制作的材料有关，在其它情况相同时，材料的导电能力越强，其电阻也就越小。在物理学中用电阻率来描述导体导电能力的强弱。电阻率在数值上等于用该材料制成的长为1m，横截面积为1m2的导体的电阻大小。计算公式：。当然是材料的电阻率越小，导电性能越好。材料的电阻率由材料的种类和温度决定，与材料的长短、粗细无关。但有的材料的电阻率并不受温度的影响，常用来制作标准电阻。电阻和电阻率的区别：电阻反映导体对电流阻碍作用大小的性质，电阻大的导体对电流的阻碍作用大。电阻率反映制作导体的材料导电性能好坏的性质，电阻率小的材料导电性能好。也就是说，导体的电阻大，导体材料的导电性能不一定差；导体的电阻率小，电阻不一定小，即电阻率小的导体对电流的阻碍作用不一定小。另外两个因素就比较好理解了，一个是长度，一个是横截面积。导体的电阻与材料的电阻率成正比，与长度成正比，与横截面积成反比。二. 变阻器1. 滑动变阻器变阻器的构造主要是由瓷管、线圈（电阻率较大的合金线绕制）、滑片、接线柱等组成，电阻线表面涂着绝缘漆，所以制成的线圈各匝之间相互绝缘，为使滑片P跟电阻线接触良好，线圈上接触滑片的地方，绝缘漆被刮去，为了便于接线，将滑片套在金属棒上，金属棒两端安装有接线柱。左边的符号就是滑动变阻器在电路图中的符号。右边是它的结构示意图。滑动变阻器的原理：通过改变连入电路中电阻线的长度，来改变接入电路中的电阻，进而达到改变电路中电流的目的。滑动变阻器的使用：接法：将变阻器串联在电路中，要将变阻器的两个接线柱接入电路。常见错误有两个：一是将导线接到金属杆两端的接线柱上；二是将导线都接到支架两端的接线柱上。前者不能改变接入电路中的电阻，且接入电路中的电阻为零；后者也无法改变接入电路中的电阻，接入电路中的电阻为滑动变阻器的最大阻值。同学们在分析有关滑动变阻器的电路的过程中一定要做到有序分析：变阻器接入电路的是哪一段电阻线？滑片向左右滑动时，这段电阻线的长度怎样改变？变阻器接入电路的电阻怎样改变，电路中的电流怎样改变？电流表的示数和灯的亮度怎样变化？变阻器滑片上的铭牌上的数值说明了这个滑动变阻器的最大阻值和可以通过的最大电流。使用规则：（1）串联在电路中。（2）弄清滑片移动时，变阻器接入电阻线长度怎样变化，电阻怎样改变，电路中电流怎样变化？（3）使用前应将滑片放在变阻器阻值最大位置。（4）使用前要了解铭牌。铭牌上标有变阻器的最大电阻值和变阻器允许通过的最大电流值。（5）如果是四个接线柱的滑动变阻器，接入电路时接线柱的选择原则就是“一上一下”。2. 变阻箱变阻器不能表示出连入电路的电阻值，但它可以连续改变接入电路中的电阻。为了能够表示出接入电路中的电阻值，人们制造出了变阻箱。一般情况下它只有两个接线柱，只要将变阻箱串联在电路中就行了，电流从红色接线柱流入，从黑色接线柱流出。它有个数不等的旋盘，每个旋盘上都标有0至9的10个数字，旋盘的下方标有标记及1000、100、10、1等等。要求同学们会读数就行了。变阻箱上有n个旋盘，可以提供的阻值就有10n个。这种变阻箱的优点就是可以表示出接入电路中的电阻，但是它改变电阻是不连续的。三. 科学探究：欧姆定律（一）科学探究：决定电流大小的因素对于电流、电压、电阻之间的关系我们已经知道了，电流是被电压和电阻决定了。或者说是电压和电阻决定电流的。我们猜想，电压越大，电阻越小，导体中的电流就越大。我是应用控制变量法来进行探究的。我们如何来研究电流跟电压、电阻两个量的关系，应该“固定电阻，单独研究电流跟电压的关系”，或“固定电压，单独研究电流跟电阻的关系”。这种把一个多因素的问题转变成为多个单因素问题的研究方法是实验物理中极为有用的方法。1. 电流与电压的关系（1）按下图所示的电路图连接实验电路。先不连电压表，看清回路：电流表与R串联。读数表示通过R的电流。然后再将电压表接入，看清：电压表与R并联，读数表示R两端的电压。（2）闭合开关，调节滑动变阻器的滑动触头，使R两端电压成整数倍地变化，同时将电流表和电压表的读数填入表格中。表格（R=5）结论：电阻R一定时，流过R的电流跟R两端的电压成正比。2. 电流与电阻的关系电路图同上，换用不同阻值的定值电阻，调节滑动变阻器滑动触头，使电压表读数保持不变，将定值电阻值和对应的电流表读数填入表格。表格 （U=3V）结论：电阻R两端的电压一定时，流过R的电流跟电阻R的阻值成反比。”（二）欧姆定律 1. 内容由实验我们已知道了在电阻一定时，导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比，在电压不变的情况下，导体中的电流跟导体的电阻成反比。把以上实验结果综合起来得出结论，即欧姆定律。导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。欧姆定律是德国物理学家欧姆在19世纪初期（1827年）经过大量实验得出的一条关于电路的重要定律。后人为了纪念他的贡献，把电阻的单位和上述电流定律都用他的名字命名。欧姆定律的公式：如果用U表示加在导体两端的电压，R表示这段导体的电阻，I表示这段导体中的电流，那么，欧姆定律可以写成如下公式：这个公式是怎样概括表述了欧姆定律的内容呢？我们以导体电阻R一定的情况来说明，若导体两端的电压由U1变为U2时，流过导体电流由I1变为I2，则由欧姆定律写出下面两式，并将两式相除，即得到：在电阻一定时，流过导体的电流与导体两端的电压成正比。R一定时，I1=U1RI2=U2R如果导体两端的电压一定，它的电阻由R1变为R2时，电流由I1变为I2。则由欧姆定律写出下面两式，并将两式相除，即得到：在电压一定时，流过导体的电流与导体的电阻成反比。U一定时，I1=UR1 I2=UR2 大家看到，欧姆定律的内容和公式都简洁优美地概括了前面一定条件下由实验得出的结论。而且从欧姆定律的公式我们可以看到，只要知道了导体的电阻值和它两端的电压，就可求出导体中的电流。所以欧姆定律更全面地反映了导体中电流、电压和电阻的关系。公式中I、U、R的单位分别是安、伏和欧。有关欧姆定律的几点说明：欧姆定律中的电流、电压和电阻这三个量是对同一段导体而言的。对于一段电路，只要知道I、U和R三个物理量中的两个，就可以应用欧姆定律求出另一个。使用公式进行计算时，各物理量要用所要求的单位。欧姆定律中的电流、电压和电阻这三个量是对同一段导体的同一时刻而言。2. 应用欧姆定律计算有关电流、电压和电阻的简单问题。应用欧姆定律计算电路问题的一般步骤：（1）读题、审题。（2）根据题意画出完整的电路图或某一段电路的示意图。（3）在图上标明已知量的符号、数值和未知量的符号。（4）选用物理公式进行计算（书写格式要完整，规范）。欧姆定律有三方面的应用，一是计算电流，二是计算电压，三是计算电阻。3. 伏安法测电阻只要用伏特表测出导体两端的电压和用安培表测出流过导体的电流，就可以根据欧姆定实验电路：步骤：按电路图连接电路。连接电路时开关应是断开状态。滑动变阻器的滑片要放在最大电阻值位置。电压表和电流表的正负接线柱要连接正确。电压表使用03伏量程，电流表使用00.6安量程。检查电路连接无误后，闭合开关；调节滑动变阻器的滑片，改变被测电阻两端的电压，观察电压表的示数为l伏、2伏和3伏时电流表的读数；将三组电压和电流的对应值填入自己设计的实验记录表格中。根据记录的三组实验数据分别算出未知电阻的三个值。为了减小误差，算出电阻的平均值，作为被测电阻的阻值。即四. 等效电阻的替换1. 电阻的串联把电阻一个接一个地顺次地连接起来，就叫电阻的串联。我们是通过实验来找出串联电路的总电阻跟各个串联电阻的关系。为此我们根据欧姆定律，用伏安法测出每一个电阻的阻值，再测串联电路的总电阻值。实验得出了串联电路的总电阻等于各串联电阻之和。当用2欧、3欧电阻串联后去代替5欧电阻，电路中的电流、电压跟接5欧电阻时一样。这就是说用2、3欧的串联电阻替换5欧电阻时，没有改变电路的电流、电压效果。所以常常把串联电路的总电阻叫做等效电阻，即这个串联电路等效于一个阻值为一定的电阻。用几个电阻联成电路去等效替换一个电阻，或用一个电阻去等效替换一个电路的方法叫等效替换法。把几个电阻串联起来后，相当于增加了导体的长度，所以总电阻比几个串联电阻中最大的那个还大。通过实验得出的电阻关系还可以运用我们已学过的欧姆定律及关于串联电路的电流和电压知识推导出来。先在如上电路图上把各个电阻和整个电路的电流、电压用下标区别标志出来。应用欧姆定律于串联电路和每一个电阻，得电阻关系式的推导：由I=UR，U=IR分别求串联电路中各个电阻的电压得U=IR，U1=I1R1，U2=I2R2，U3=I3R3 （1）根据前面学到的串联电路中的电流关系和电压关系的知识可知I=I1=I2=I3 （2）U=U1+U2+U3 （3） IR=IR1+IR2+IR3R=R1+R2+R3 （4）（4）式与实验结论一致。推导的根据是欧姆定律和串联电路的电流、电压特点，这也是我们解串联电路时的根据。从推导中看到，欧姆定律既可用于各个导体，也可能用于整个电路。这时要注意各个电阻的U、I、R要用不同的下标区别，且同一电阻的U、I、R要用相同的下标，以正确表达欧姆定律公式中各量是同一导体的量，解电路时这样“下标配套”是避免出现“张冠李戴”的错误的好措施。根据上述规律，如果是n个阻值均为R的电阻串联后，总电阻R总=nR。另外由于在串联电路中：I1=I2，这说明在串联电路中，电阻有分压作用，而且电压的分配与电阻成正比。这是很有价值的一条规律。2. 电阻的并联 我们用研究电阻串联规律的方法研究了电阻并联的规律。实验中并联电阻R1、R2的阻值分别为10欧和15欧，而它们的等效电阻只有6欧。为什么并联电阻后总电阻值变小呢？并联电路中总电阻与分电阻间关系满足什么数学规律呢？我们还不能直接看出来，这就要用到物理的另一种研究方法：理论推导法。设电阻R1与R2并联时，总电阻为R。因为，并联电路中干路中的电流等于各支路中的电流之和，即I=I1+I2 （1）并联电路里，各支路两端的电压都相等，即U=U1=U2 （2）用（1）式除以（2）式得所以，根据欧姆定律的变形式可知（3）式为：这时并联电路中的电阻关系可以表述为：并联电路的总电阻的倒数，等于各并联电阻的倒数之和。对并联电路电阻的关系作几点说明。（1）当n个电阻并联时，电阻关系的表达式应写成：这表明两电阻并联后，总电阻比两个分电阻值中任何一个都小。其实，任意多个电阻并联时，总电阻一定小于它们中阻值最小的电阻。并联电阻后总电阻减少，这相当于增大了导体的横截面积。由于L1、L2是并联，有：U1=U2根据欧姆定律得：IlRl=I2R2表明：在并联电路中电流的分配跟电阻成反比。这也是一条重要的规律。五. 家庭用电（一）家庭电路的组成 家庭电路是指用来给电灯、电视机、洗衣机、电冰箱等各种电器供电的电路。家庭电路由低压线路供电，两根进户线中一根叫零线，另一根叫火线，火线与零线间电压为220伏，正常情况下零线接地，与地之间没有电压。地线不与外边进户线相连，而是连接在住宅楼埋入大地的接地导体上。家庭电路中要安装电能表，测量用户在一定时间内消耗的电能。总开关的作用是可以控制整个电路，方便检查和维修。电路里的电线都有规定的最大电流值，如果电流超过规定值，电线过热易烧坏电器，引起火灾，为了避免这类事故，电路里必须安装保险装置接入一段电阻率较大而熔点较低的保险丝。新建的楼房，在连接各户的总开关上大多装有漏电保护器。正常情况下，用电器通过火线、零线和供电系统中的电源构成闭合电路，不应该有电流直接流入大地。但是，如果站在地上的人不小心接触了火线，电流经过人体流入大地，这时，总开关上的“漏电保护器” 就要起作用了。它会迅速切断电路，对人身起到保护作用。接下的就是各个灯和两孔插座和三孔插座了。其实两孔插座和三孔插座可以看作一个个的用电器，这样我们发现在家庭电路中，各个用电器是并联关系，原因之一就是这样它们之间才不会相互影响。在电路中有两孔插座和三孔插座之分，当然对应的插头也就有两脚和三脚之分了。两孔插座中，一个孔接零线，一个孔接火线，把家用电器上的插头插在插座里，家用电器就连入电路。仔细的同学可能会发现，只有那些带有金属外壳的用电器（或者容易潮湿的用电器）才会使用三脚插头。在三孔插座中，除了两个孔分别接火线和零线外，另一个孔是跟大地连接的，也就是接地的，家用电器上的三脚插头，两个脚接用电部分（如电冰箱、洗衣机中的电动机）另外那个与接地插孔相应的脚，是跟家用电器的外壳接通的。这样，把三脚插头插在三孔插座里，在把用电部分连入电路的同时，也把外壳与大地连接起来。为什么要这样做呢？家用电器的金属外壳本来是跟火线绝缘的，是不带电的，人体接触外壳并没有危险。但如果内部火线绝缘皮破损或失去绝缘性能，致使火线与外壳接通，外壳带了电，人体接触外壳等于接触火线，就会发生触电事故。如果把外壳用导线接地，即使外壳带了电，也会从接地导线流走，人体接触外壳就没有危险了。（二）测电笔测电笔是用来辨别火线和零线的：用手接触笔尾的金属体，笔尖接触电线（或与电线连通的导体），如果氛管发光，表示接触的是火线：如果氖管不发光，表示接触的是零线。需要注意的是使用测电笔，手一定要接触笔尾的金属体，如果手没有接触笔尾的金属体，即使笔尖接触火线，氖管也不发光，测电笔就失去作用了。只有人的手接触了笔尾的金属体，这时才会有电流流过氖管，通过人体进入大地，这时氖管才会发光。这时为什么人不会触电呢？因为在测电笔中有一个阻值很大的电阻，在一千欧以上。当用测电笔接触零线和地线时，由于零线和地线间没有电压，当然也就没有电流流过氖管，所以氖管不发光。使用测电笔时，人的手千万不要接触笔尖金属体，否则就会有大的电流流过人体而造成触电事故。（三）电灯 家庭电路的主角是电灯。电灯是一个庞大的家族。包括白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯等。白炽电灯的发光，是因为灯炮内的细钨丝通电后发热，灯丝温度高达2000摄氏度左右，达到白炽状态，于是灯丝发出明亮的白光。安装家庭电路时，各个用电器（包括两孔和三孔插座）是并联关系，在火线上要安装熔断器（保险盒）。两孔插座中左边接零线。右边接火线。接白炽电灯时，开关一定要接在火线上，而且火线要接螺丝口灯头上的锡点，零线接螺旋套。（四）安全用电因为人体是导体，人体触及带电体时，有电流通过人体。当电流达到一定的强度之后就会引起伤害事故，这就是触电。电流对人体的危险性跟电流的大小，通电时间的长短等因素有关。通过人体的电流大小决定于外加电压和人体的电阻；实践证明：只有不高于36伏的电压对人体才是安全的；家庭电路的电压是220伏，动力电路的电压是380伏。都远远高于人体的安全电压。家庭电路中的触电事故，都是人体直接或间接跟火线连通造成的。低压触电的两种形式：单线触电：站在地上的人触到火线，则电流由火线进入人体到地线，经地线形成回路，造成触电事故。双线触电：站在绝缘体上的人若同时触到两根电线时，电流将由火线进入人体到另一根线（零线）而形成回路，造成触电事故。所以，为了安全用电，绝对不要接触没有绝缘皮的火线以及跟火线连通的导体。在生活用电中要特别警惕的是本来是绝缘的物体导了电，本来是不该带电的物体带了电。例如：注意防止绝缘部分破损。保持绝缘部分干燥，不用湿手扳开关，不在电线上晾衣服。有人触电，要先切断电源，或者用干木棍等绝缘体拨开电线。用电器有金属外壳的要接地。所以对于低压带电体的用电原则是不接触低压带电体。高压触电的两种形式高压电弧触电：当人体靠近高压带电体到一定距离时，高压带电体和人体之间会发生放电现象。这时有电流通过人体，造成高压电弧触电。跨步电压触电：高压输电线落在地面上，地面上与电线断头距离不同的各点存在着电压，当人走近断头时，两脚位于离断头远近不同的位置上，因而两脚之间有了电压（跨步电压）。这时电流通过人体，造成跨步电压触电。所以，为了安全用电，不要靠近高压带电体。触电的急救：首先，不能直接去拉触电人，否则去救的人也会触电。应当赶快切断电源，或者用干燥的木棍等将电线挑开，迅速使被触电的人脱离电源。发生火灾时，要首先切断电源，绝对不要带电泼水救火。