绪论:写作既是个人情感的抒发,也是对学术真理的探索,欢迎阅读由发表云整理的11篇欧姆定律的比值问题范文,希望它们能为您的写作提供参考和启发。
欧姆定律是初中物理电学部分的核心内容,也是中考中考点的重点内容、难点内容。欧姆定律掌握的好坏直接影响学生的考试成绩,要多用时间将这块知识夯实,才能取得高考的胜利。
一、明确欧姆定律的内容
1、实验思想和方法
欧姆定律在教材上是通过在“控制变量法”的实验思想基础上归纳总结出来的:即在控制电阻不变,得到通过导体的电流跟导体两端的电压成正比;控制导体两端的电压不变,得到通过导体的电流跟导体的电阻成反比。由此得到了电路中电流与电压、电阻之间的关系。
2、欧姆定律的表达式
由实验总结和归纳出欧姆定律:通过导体的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。
表达式为:I=U/R;I的单位是安(A),U的单位是伏(V),R的单位是欧(Ω);导出式:U=IRR=U/I
注意表达式中的三个物理量之间的关系式是一一对应的关系,即具有同一时间,同一段导体的关系。
3、欧姆定律的应用条件
(1).欧姆定律只适用于纯电阻电路;
(2).欧姆定律只适用于金属导电和液体导电,而对于气体、半导体导电一般不适用;
(3).欧姆定律表达式I=U/R表示的是研究不包含电源在内的“部分电路”;
(4).欧姆电律中“通过”的电流I、“两端”的电压U及“导体”的电阻R都是同一个导体或同一段电路上对应的物理量,不同导体之间的电流、电压和电阻间不存在上述关系。
4.区别I=U/R和R=U/I的意义
欧姆定律中I=U/R表示导体中的电流的大小取决于这段导体两端的电压和这段导体的电阻。当导体中的U或R变化时,导体中的I将发生相应的变化。可见,I、U、R都是变量。另外,I=U/R还反映了导体两端保持一定的电压,是导体形成持续电流的条件。若R不为零,U为零,则I也为零;若导体是绝缘体R可为无穷大,即使它的两端有电压,I也为零。因此,在欧姆定律I=U/R中,当R一定时I与U成正比;当U一定时I与R成反比。
R=U/I是欧姆定律推导得出的,表示一段导体两端的电压跟这段导体中的电流之比等于这个导体的电阻。它是电阻的计算式,而不是它的决定式。导体的电阻反映了导体本身的一种性质,因此,在导出式R=U/I中R与I、U不成比例。
对于给定的一个导体,比值U/I是个定值;而对于不同的导体,这个比值是不同的。不能认为导体的电阻跟电压和电流有关。
二、欧姆定律的应用
在运用欧姆定律,分析、解决实际问题,进行有关计算时应注意以下几方面的问题:
1.要分析清楚电路图,搞清楚要研究的是哪一部分电路。这部分电路的连接方式是串联,还是并联,这是解题的关键。
2.利用欧姆定律解题时,不能把不同导体上的电流、电压和电阻代入表达式I=U/R及导出式U=IR和R=U/I进行计算,也不能把同一导体不同时刻、不同情况下的电流、电压和电阻代入欧姆定律的表达式及导出式进行计算。为了避免混淆,便于分析问题,最好在解题前先根据题意画出电路图,在图上标明已知量的符号、数值和未知量的符号。同时要给“同一段电路”同一时刻的I、U、R加上同一种脚标;不能乱套公式,并注意单位的统一。
3.要搞清楚改变和控制电路结构的两个基本因素:一是开关的通、断情况;二是滑动变阻器连入电路中的阻值发生变化时对电路的影响情况。因此,电路变化问题主要有两种类型:一类是由于变阻器滑片的移动,引起电路中各个物理量的变化;另一类是由于开关的断开或闭合,引起电路中各个物理量的变化。解答电路变化问题的思路为:先看电阻变化,再根据欧姆定律和串、并联电路的特点来分析电压和电流的变化。这是电路分析的基础。
三、典型例题剖析
例1 在如图所示的电路中,R=12Ω,Rt的最大阻值为18Ω,当开关闭合时,滑片P位于最左端时电压表的示数为16V,那么当滑片P位于最右端时电压表的示数是多少?
解析:分析本题的电路得知是定值电阻R和滑动变阻器Rt 串联的电路,电压表是测R两端电压的。当滑动变阻器的滑片P位于最左端时电压表的示数为6V,说明电路中的总电压(电源的电压)是6V,而当滑动变阻器的滑片P位于最右端时,电压表仅测R两端的电压,而此时电压表的示数小于6V。
滑片P位于变阻器的最右端时的电流为I=U1R+Rt=6V12Ω+18Ω=0.2A。此时电压表的示数为U2=IR=0.2A×12Ω=2.4V。
例2 如图所示,滑动变阻器的滑片P向B滑动时,电流表的示数将;电压表的示数将。(填“变大”、“变小”或“不变”)如此时电压表的示数为2.5V,要使电压表的示数变为3V,滑片P应向端滑动。
图1
分析:根据欧姆定律I=UR,电源电压不变时,电路中的电流跟电阻成反比。此电路中滑动变阻器接入电路的电阻是AP段,动滑片P向B滑动时,AP段变长,电阻变大,所以电流变小。电压表是测Rx两端的电压,根据Ux=IRx可知,Rx不变,I变小,电压表示数变小。反之,要使电压表示数变大,滑片P应向A端滑动。
答案:变小;变小;A。
《欧姆定律》一课,学生在初中阶段已经学过,高中必修本(下册)安排这节课的目的,主要是让学生通过课堂演示实验再次增加感性认识;体会物理学的基本研究方法(即通过实验来探索物理规律);学习分析实验数据,得出实验结论的两种常用方法――列表对比法和图象法;再次领会定义物理量的一种常用方法――比值法。这就决定了本节课的教学目的和教学要求。这节课不全是为了让学生知道实验结论及定律的内容,重点在于要让学生知道结论是如何得出的;在得出结论时用了什么样的科学方法和手段;在实验过程中是如何控制实验条件和物理变量的,从而让学生沿着科学家发现物理定律的历史足迹体会科学家的思维方法。
本节课在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到复习初中知识的作用,另一方面为学习闭合电路欧姆定律奠定基础。本节课分析实验数据的两种基本方法,也将在后续课程中多次应用。因此也可以说,本节课是后续课程的知识准备阶段。
通过本节课的学习,要让学生记住欧姆定律的内容及适用范围;理解电阻的概念及定义方法;学会分析实验数据的两种基本方法;掌握欧姆定律并灵活运用.
本节课的重点是成功进行演示实验和对实验数据进行分析。这是本节课的核心,是本节课成败的关键,是实现教学目标的基础。
本节课的难点是电阻的定义及其物理意义。尽管用比值法定义物理量在高一物理和高二电场一章中已经接触过,但学生由于缺乏较多的感性认识,对此还是比较生疏。从数学上的恒定比值到理解其物理意义并进而认识其代表一个新的物理量,还是存在着不小的思维台阶和思维难度。对于电阻的定义式和欧姆定律表达式,从数学角度看只不过略有变形,但它们却具有完全不同的物理意义。有些学生常将两种表达式相混,对公式中哪个是常量哪个是变量分辨不清,要注意提醒和纠正。
二、关于教法和学法
根据本节课有演示实验的特点,本节课采用以演示实验为主的启发式综合教学法。教师边演示、边提问,让学生边观察、边思考,最大限度地调动学生积极参与教学活动。在教材难点处适当放慢节奏,给学生充分的时间进行思考和讨论,教师可给予恰当的思维点拨,必要时可进行大面积课堂提问,让学生充分发表意见。这样既有利于化解难点,也有利于充分发挥学生的主体作用,使课堂气氛更加活跃。
通过本节课的学习,要使学生领会物理学的研究方法,领会怎样提出研究课题,怎样进行实验设计,怎样合理选用实验器材,怎样进行实际操作,怎样对实验数据进行分析及通过分析得出实验结论和总结出物理规律。同时要让学生知道,物理规律必须经过实验的检验,不能任意外推,从而养成严谨的科学态度和良好的思维习惯。
三、对教学过程的构想
为了达成上述教学目标,充分发挥学生的主体作用,最大限度地激发学生学习的主动性和自觉性,对一些主要教学环节,有以下构想:1.在引入新课提出课题后,启发学生思考:物理学的基本研究方法是什么(不一定让学生回答)?这样既对学生进行了方法论教育,也为过渡到演示实验起承上启下作用。2.对演示实验所需器材及电路的设计可先启发学生思考回答。这样使他们既巩固了实验知识,也调动他们尽早投入积极参与。3.在进行演示实验时可请两位同学上台协助,同时让其余同学注意观察,也可调动全体学生都来参与,积极进行观察和思考。4.在用列表对比法对实验数据进行分析后,提出下面的问题让学生思考回答:为了更直观地显示物理规律,还可以用什么方法对实验数据进行分析?目的是更加突出方法教育,使学生对分析实验数据的两种最常用的基本方法有更清醒更深刻的认识。到此应该达到本节课的第一次,通过提问和画图象使学生的学习情绪转向高涨。5.在得出电阻概念时,要引导学生从分析实验数据入手来理解电压与电流比值的物理意义。此时不要急于告诉学生结论,而应给予充分的时间,启发学生积极思考,并给予适当的思维点拨。此处节奏应放慢,可提请学生回答或展开讨论,让学生的主体作用得到充分发挥,使课堂气氛掀起第二次,也使学生对电阻的概念是如何建立的有深刻的印象。6.在得出实验结论的基础上,进一步总结出欧姆定律,这实际上是认识上的又一次升华。要注意阐述实验结论的普遍性,在此基础上可让学生先行总结,以锻炼学生的语言表达能力。教师重申时语气要加重,不能轻描淡写。随即强调欧姆定律是实验定律,必有一定的适用范围,不能任意外推。7.为检验教学目标是否达成,可自编若干概念题、辨析题进行反馈练习,达到巩固之目的。然后结合课本练习题,熟悉欧姆定律的应用,但占时不宜过长,以免冲淡前面主题。
四、授课过程中几点注意事项
1.注意在实验演示前对仪表的量程、分度和读数规则进行介绍。
2.注意正确规范地进行演示操作,数据不能虚假拼凑。
3.注意演示实验的可视度.可预先制作电路板,演示时注意位置要加高.有条件的地方可利用投影仪将电表表盘投影在墙上,使全体学生都能清晰地看见。
求:(1)电源电压U
(2)定值电阻R
二、试题分析
令滑片P在滑动变阻器上从左向右由1向2点滑动,由题目分析知:滑动变阻器接入电路的电阻变大,电流表示数变小,电压表示数变大,故电流表示数从1A变化到0.5A,电压表示数从2V变化到7V,定值电阻R两端的电压从U-2V变化到U-7V,滑动变阻器接入电路的电阻值分别是__________,__________ 。
三、参考解答
解法一:由题意知,当滑片处于1和2两点时,定值电阻R两端的电压分别为U-2V和U-7V,通过的电流分别为1A和0.5A,对于定值电阻R利用欧姆定律,可以两次列式
解之得:U=12V R=10Ω
评析:本解法使用的物理知识是欧姆定律的数学表达
,使用该公式时,I、U、R三个物理量必须对应于同一用电器或同一段电路,对于整个电路利用欧姆定律也可以列式:
解法二:由题意知,当滑片处于1和2两点时,定值电阻R两端的电压和电流均发生改变,由于R的阻值不变,根据欧姆定律的含义,当电阻不变时,通过的电流与加在两端的电压成正比,可以列式:
解之得:U=12V
再由题意易求得:R=10Ω
评析:本解法使用的物理知识是深刻理解欧姆定律的含义之一,当电阻不变时,通过的电流与加在两端的电压成正比。
解法三:根据电阻的计算式_____ 可知,当定值电阻R两端的电压和电流均发生改变时,定值电阻R的阻值等于R两端电压变化值与电流变化值的比值,即_____,因此可以列式:
解之得:R=10Ω
再由题意易求得:U=12V
评析:本解法使用的物理知识是深刻理解电阻计算式的使用,不仅_____ ,而且_____ 。
解法四: 由题意知,当滑片处于1和2两点时,整个电路的电阻值发生了改变,导致电路中的电流发生了改变,但电源的电压不变,因此可以列式:
解之得:R=10Ω
再由题意易求得 U=12V
评析:本解法使用的物理知识表面上好像就是电源电压U=IR总,其深刻理解是欧姆定律的另一个含义,即当电压不变时,电流与电阻成反比。
解法五:根据串联电路的分压规律,各导体两端的电压之比等于导体的电阻之比,当滑片处于1和2两点时,两次使用串联电路的分压规律可以列式:_____
解之得:U=12V R=10Ω
评析:本解法使用的关键能熟练使用串联电路的分压规律。
解法六:根据串联电路各串联导体两端电压的计算公式 可以两次列式:
解之得:U=12V R=10Ω
评析:本解法使用的关键能熟练使用串联电路导体两端电压的计算公式。
About linear, nonlinear element and pure resistance, impure resistor’s discussion
Zhang Feng
【Abstract】Linear, the mis alignment and the pure resistance, the impure resistor’s concept is separately from two different angles the classification which carries on to the electricity component, between them not direct relation.
【Key words】Linear element; Nonlinear element; Pure resistance; Impure resistor; Ohm’s law
在欧姆定律一章的教学过程中常常会遇到有些资料或者一线教学的教师,对线性、非线性元件及纯电阻、非纯电阻元件和欧姆定律的适用关系出现一些概念上的混乱。所以在此我们就这个问题做一些专门的讨论。
人们对通过导体的电流与电压关系的实验研究中,发现温度变化不大时,常见的金属导体中所通过的电流与其两端所加的电压是成正比的,即电压与电流的比值是确定的;而对不同的金属导体这个比值是不同的。看来电压与电流的比值可以反映导体本身的一种性质,于是物理学中将其比值定义为导体的电阻。但是在后来的研究中发现也有一些导体所通过的电流与加在其两端的电压并不成正比,于是人们把电压与电流成正比的导体材料叫做线性元件(伏安特性曲线是直线),而把不成正比的导体材料叫做非线性元件。实验表明常见的线性元件除金属外还有电解质溶液。而常见的气态导体、半导体材料都是非线性元件。
我们知道物理学中的欧姆定律是实验定律,其内容表述是:导体中的电流跟导体两端的电压成正比,而跟导体的电阻成反比。这是由于欧姆当初实验是用常见的金属导体来做实验所得出的该结论。由此看来欧姆定律是只对线性元件而言的,或者说欧姆定律的适用范围只是线性元件。需要注意的是I=U/R这个公式对非线性元件仍然是成立的,对非线性元件I=U/R是在某一个工作状态下所对应的数学关系。
人们对用电器工作中能量转化问题的研究中,注意到有一类用电器所消耗的电能是全部转化为内能的,即电流做功用来全部产生焦耳热。所以电流所做的功W=UIt和焦耳实验定律中得到的电热Q=IR2t二者是相等的,即UIt=IR2t。化简得到U/I=R,可以理解为这种用电器对电流的阻碍作用全部来自于电阻,所以这种用电器被称之为纯电阻元件。相反,有些用电器所消耗的电能并没有全部转化为内能,即电流所做的功是大于所产生的焦耳热的,由UIt>IR2t可化简得到U/I>R,可以理解为这种用电器对电流的阻碍作用不纯粹来自于电阻而是还有其它的阻碍作用(将来可由反电动势、感抗、容抗等概念予以解释),所以这种用电器被称之为非纯电阻元件。
所以对纯电阻元件,其电压、电流、电阻之间还是具有等量关系的,U/I=R I=U/R U=IR都是成立的。而对非纯电阻元件因为U/I>R,所以I,U,R之间也就不再具有等量关系了。
总之,线性、非线性元件与纯电阻、非纯电阻元件的概念是分别从两个不同的角度对电学元器件所进行的分类,他们之间无直接的联系。纯电阻元件可能是线性的也可能是非线性的,而对非纯电阻元件则通常都是非线性的,当然从概念上讲也不排除将来会发现或人为合成出线性的非纯电阻元件。非线性元件不适用于欧姆定律是由于电流与电压不成正比;非纯电阻元件不适用于欧姆定律则是对电流的阻碍作用不仅有电阻还有感抗或容抗等作用,所以U/I>R。
下面我们来看两个涉及线性、非线性元件与纯电阻、非纯电阻元件的电学问题;
例题1. 要描绘某电学元件(最大电流不超过6 mA,最大电压不超过7 V)的伏安特性曲线,设计电路如图1-1所示。图中定值电阻R为1 kΩ,用于限流;电流表量程为10 mA,内阻约为5 Ω;电压表(未画出)量程为10 V,内阻约为10 kΩ;电源电动势E为12V,内阻不计。
(1)实验时有两个滑动变阻器可供选择:
a.阻值0~200 Ω,额定电流0.3 A
b.阻值0~20 Ω,额定电流0.5 A
本实验应选用的滑动变阻器是(填“a”或“b”)。
(2)正确接线后,测得数据如下表:
a. 根据以上数据,电压表是并联在M与(填“O”或“P”)之间的。 b.根据以上数据,在图1-2中画出该元件的伏安特性曲线。
(3)画出待测元件两端电压UMO随MN间电压UMN变化的示意图(无需数值)。
【答案】(1)a (2)a. P b.见解析中图1-4
(3)见解析中图1-5
【解析】(1)由于电源内阻不计,所以若使用变阻器b时,流过其电阻丝的电流(触头右侧部分)I>12/20 A=0.6 A>0.5 A,会烧毁变阻器,故只能用变阻器a。 (2)a. 由题表格数据知,被测元件的电阻R=U/I在不同电压下都在1 kΩ以上,与电压表内阻很接近,故为减小实验误差,电流表应采用内接法,即电压表应接在M与P两点之间。b. 以纵轴表示电流,以横轴表示电压建立坐标系,在纵轴上以5小格(1大格)表示1 mA,在横轴上以5小格(1大格)表示1 V,将表格中各组数据对应的点描绘在坐标系中,然后用平滑的曲线将描出的各点连接起来,即得伏安特性曲线。 (3)UMO随MN间电压UMN的变化如图1-5所示。
例题2 抽油烟机是现代厨卫不可缺少的用具,下表是“惠康牌”家用抽油烟机说明书中的主要技术参数表.用多用表测量得两只电动机的线圈电阻均为R=90 Ω.若保险丝的熔断电流是保险丝允许通过的电流的1.5倍,启动时电动机当作纯电阻处理,则
(1)这种抽油烟机保险丝的熔断电流不得低于多少?
(2)两电动机每分钟消耗的电能为多少?
(3)两电动机每分钟所做的有用功是多少?
(4)这种油烟机的机械效率是多少?
思维引导 电动机启动过程和工作过程有何不同?启动过程中电功的作用是什么?工作过程中电功分为几部分?电动机的有用功部分是做什么工作?效率的计算方法是什么?
解析 (1)电动机启动时通过的电流大于正常工作时的电流,所以保险丝的熔断电流应以启动时通过的电流来确定.I=UR×2+P灯U=5.1 A.所以保险丝的熔断电流至少:I′=1.5I=7.7 A.
(2)两电动机每分钟消耗的电能E=2Pt=22 200 J
(3)电动机所做的有用功是用于排风的,故两电动机每分钟所做的有用功为:
W=PΔV=300×15 J=4 500 J
静电场是电荷周围存在的一种特殊形式的物质,电荷之间的相互作用是通过电场实现的。对电场的任何一点来说,放在这点的电荷所受的电场力跟它的电荷的比值,总是一个常量,可以用来表示电厂的强弱叫做这一点的电场强度。电场强度是矢量,它的方向规定为正电荷所受电场力方向。除了用电场强度来描述电场的强弱及方向外,电场线也用来形象表示电场强弱及方向。电场线是在电场中画出的一系列从正电荷出发到负电荷终止的曲线,并且使曲线上每一点的切线方向都跟该点的电场强度方向一致;电场强度越大的地方,电场线越密,电场强度越小的地方,电场线越疏,沿着电场线的方向是电势降落的方向。
在复杂电路的某一段电路或一个电路元件的分析与计算时,可事先假定一个电流的方向,这个假定的方向叫做电流的“参考方向”。我们规定:若电流的“参考方向”与实际方向相同,则电流值为正值,即I>0;若电流的“参考方向”与实际方向相反,则电流值为负值,即I<0。和分析电流一样,有时很难对电路或元件中电压的实际方向做出判断,必须对电路或元件中两点之间的电压任意假定一个方向为 “参考方向”,在电路中一般用实线箭头表示,箭头所指的方向为参考方向。当电压的“参考方向”与实际方向一致时,电压值为正,即U>0;反之,当电压的“参考方向”与实际方向相反时,电压值为负,即U<0。电流与电压有了参考方向后,电流与电压就有了正负。
电流与电压参考方向,在应用基尔霍夫定律解决复杂电路计算中,贯穿始终。
欧姆定律是分析与计算电路的基础。如果电阻元件上的电压与通过它的电流参考方向相同,欧姆定律可表示为U=IR,如果电阻元件上电压的参考方向与电流的参考方向不同时,则欧姆定律可表示为U=-RI。除了欧姆定律,分析与计算电路还离不开基尔霍夫电流定律和电压定律。基尔霍夫电流定律应用于节点,基尔霍夫电压定律应用于回路。
基尔霍夫电流定律是用来确定连接在同一节点上的各个支路电流之间的关系的。由于电流的连续性,电路中任何一点(包括节点)均不能堆积电荷。因此“任何一瞬时,流入任一节点的支路电流之和恒等于流出该节点的支路电流之和”,这就是基尔霍夫电流定律的基本内容。
基尔霍夫电压定律是用来确定回路中的各段电压之间的关系。“在任一回路中,从任何一点出发以顺时针或逆时针方向沿回路循行一周,回路中各段电压的代数和等于零”,这就是基尔霍夫电压定律的基本内容。为了应用基尔霍夫电压定律,必须选定回路的参考方向,当电压的参考方向与回路的循行方向一致时取正号,反之取负号。列方程时,不论是应用基尔霍夫定律或欧姆定律,首先都要在电路图上标出电流、电压或电动势的参考方向;因为方程式中的正负号是由它们的参考方向决定的,若参考方向选得相反,则会相差一个负号。
如图所示电路中,已知R1=10Ω,R2=5Ω,R3=5Ω,Us1=12v,Us2=6V。
求:R1、R2、R3所在支路电流I1、I2、I3。
解:1.先假定各支路电流的参考方向,如图所示。
2.根据KCL列出节点电流方程,由节点A得到I1+I3-I2=0。
3. 选定回路的绕行方向就是电势降落的方向,如图所示。
4. 根据KVL列出两个网孔的电压方程。
网孔AdcBbA:-I2R2-I3R3+Us2=0;其中I2R2、I3R3为负是因为电流与电压参考方向相反,欧姆定律用负的。
网孔AbBaA:I1R1+I2R2-Us1=0;其中Us1为负是因为它电压的方向与循行方向相反。
代入电路参数,得方程组:
I1+I3-I2=0
-6=-5I2-5I3
12=10I1+5I2
解方程组,得:I1=0.72A,I2=0.96A,I3=0.24A。
从基尔霍夫定律的应用中可以看到,电流、电压的方向问题就是解题的对错问题,足以见证电流、电压方向的重要性。如果没有静电场的电场线的形象讲解,学生就很难看出电流与电压实际方向的一致性,那么,欧姆定律正负公式推出就难讲述,欧姆定律讲不好,基尔霍夫定律就很难讲,更别说应用基尔霍夫定律解决实际问题了。所以,静电场内容是是直流电内容讲解的前提和基础,两章内容密不可分。
参考文献:
学生理解能力的形成,是个循序渐进的过程,是从不自觉到有目的地自觉进行的.在初中两年的物理教学中,老师对学生的理解能力要有正确的预估,备课时设计的教学过程要在学生理解能力的“最近发展区”,不可过高也不能过于低,才可能实现真正意义上的高效课堂.
理解是一种积极思维活动的心理过程,理解能力是认识物理现象的前提.相对其他科目来说,很多同学反映物理比较难学难懂.往往上课听了,概念公式也背了,类似的题目练了,到解决实际问题时还是脑子一片模糊,究其原因主要是理解能力不足,没有弄清事物的意义,影响了他们的学习效果.主要存在的问题有:(1)实验教学中的问题.对实验探究不能明确探究目的,不会设计实验与制定计划;(2)概念教学中的问题.不能从物理现象和实验中归纳科学规律,对同一概念的几种表达形式鉴别能力差;(3)规律教学中的问题.不理解物理规律的确切内涵和外延,包含其适用条件及在简单情况下的应用.以上这些问题的存在直接影响着教学质量的提高.
2培养学生理解能力的三点方法
2.1在物理实验教学中培养学生的理解能力
在进行实验探究时,可以设置问题串引导学生的思维.问题设计是很重要的一个教学技巧,教师可以通过问题来引导、促进学生思维过程.教师务必注意引导学生思考探究目的是什么,如何进行设计实验与制定计划,应该准备哪些实验器材?哪些物理量需要测[HJ1.9mm]量?笔者相信学生经过多次训练,在主动寻求途径解决问题时才理解了整个实验.否则,学生们要么不知道要做什么,要么就是被动地记录一堆数据而已.
例1[HT]探究“物质吸热或放热规律”的实验教学时,设置问题串引导学生的思维.
(1)探究的问题是物质吸热与物质的种类、物质温度的变化、物质质量的关系,要采用什么方法研究?
(2)设计实验以前,先要解决一个问题,就是怎样比较物质吸热的多少?物质要吸热,必须要给它加热,加热越多,则物质吸热就越多.加热的多少怎样比较?
(3)利用生活经验说明物质吸热的多少与温度变化、质量有什么关系?物质吸热与物质的种类有什么关系?怎样设计实验探究?引导学生答出取相同质量的水和煤油,升高相同的温度,比较吸热的多少.(同时师生共同设计表格)
(4)更进一步地,提问取相同质量的水和煤油,加热相同的时间,比较升高的温度,可以吗?思维上清楚了,学生实施观察和思考就有效了很多.
2.2在物理概念教学中培养学生的理解能力
循序渐进地要求学生从物理现象和实验数据中归纳科学规律,敢于表达并对同一规律进行不同形式的表达,通过实验与思维过程的结合提升理解能力.想让学生主动建构获得概念,应该注重概念的来龙去脉:为什么要研究这个问题,怎样进行研究,通过研究得到怎样的结论,物理量的物理意义是什么以及这个物理量有什么重要的应用等.
例2[HT]密度这个概念的建立是重点也是难点,初二新授课时学生能直观地体会到体积相同的不同物质质量不同.但是传统的讲授式教学直接用“比值法”定义密度概念,初中生接受起来会有一定的难度.要体现以教师为主导学生为主体的课改理念,就要引导学生对各组实验数据讨论,去发现“同一物质的体积增大几倍,它的质量也增大几倍”,“同种物质的质量和体积比值一定”,“物质的质量和体积成正比”,“不同种类的物质,质量跟体积的比值是不同的”,进一步引导学生用图像法处理数据画出[TP2CW01.TIF,Y#]如图1所示的m-V图像.虽然各抒己见,但教师务必给予每个人及时表扬.师生进一步共同总结,区别物质的一种办法:质量跟体积的比值.可见单位体积的质量反映了物质的一种特性,密度就是表示这种特性的物理量.学生通过体验理解物理方法,对于学习后续物[HJ1.85mm]理知识具有很好的迁移价值.
2.3在物理规律教学中培养学生的理解能力
利用图示法能形象地表达物理规律,直观地叙述物理过程,鲜明地表示各物理量之间的关系,帮助学生弄清物理条件过程,把握概念条件.理解物理规律[JP2]的确切含义,包含其适用条件及在简单情况下的应用.
【中图分类号】G632 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2013)30-0133-02
动态电路是指滑动变阻器滑片的移动或开关的闭合与断开引起电路的变化,通常考查电压表或电流表示数的变化情况。动态电路分析一直是电学主流题型之一,中考一般出现在选择、填空或实验题中。主要是考查学生对欧姆定律、电能、电功率的把握及其运用电学知识解决实际电路问题的能力。
一 如何解决此类问题
首先要分析电路是串联还是并联,各个电表分别测哪个用电器的哪个物理量。(1)若是通过移动滑片来改变电路,先分析电阻如何变化。若是串联电路,电阻的变化会引起电流的变化,再根据串联电路分压的规律(分压与电阻成正比)判断电压表的示数变化。(2)若是并联电路,根据并联电路中各支路两端电压相等,通过电压表的位置判断,一般情况下,此时电压表示数不变;再根据各支路工作互不影响,判断电流表的示数是否变化,最后再判断如何变化。(3)若是通过开关改变电路,需分别分析开关断开时和开关闭合时电路的连接情况,以及各个电表分别测什么,再对比电表示数的变化。
二 典型例题
下面例举两种典型例题以供参考。
1.滑动变阻器的滑片P的位置的变化引起电路中电学物理量的变化
第一,串联电路中滑动变阻器的滑片P的位置的变化引起的变化。
例1:如图1,是典型的伏安法测电阻的实验电路图,当滑片P向右移动时,请你判断电流表和电压表的变化。
分析:(先确定电路,再看电阻的变化,再根据欧姆定律判断电流的变化,最后根据欧姆定律的变形公式判断电压的变化。)此电路是串联电路,电流表测的是总电流,电压表测的是R1两端的电压。当滑动变阻器的滑片向右移动时,滑动变阻器的电阻增大,电路的总电阻增大,从而使电路中的总电流减小。因此,电流表的读数减小。根据欧姆定律U1=I总R1,R1两端的电压减小,因此,电压表的读数减小。
针对练习:
[练习一]在如图2所示电路中,当闭合开关后,滑动变阻器的滑动片P向右移动时( )。
A.电流表示数变大,灯变暗;
B.电流表示数变小,灯变亮;
C.电压表示数不变,灯变亮;
D.电压表示数不变,灯变暗。
[练]在如图3所示电路中,当闭合开关后,滑动变阻器的滑动片P向右移动时( )。
A.电压表示数变大,灯变暗;
B.电压表示数变小,灯变亮;
C.电流表示数变小,灯变亮;
D.电流表示数不变,灯变暗。
第二,并联电路中滑动变阻器的滑片P的位置的变化引起的变化。
例2:如图4,当滑片P向右移动时,A1表、A2表和V表将如何变化。
分析:(先确定电路,然后看准每个电表分别测的电压和电流值,再根据欧姆定律判断变化,欧姆定律无法判断的再用电路的电流、电压、和电阻的关系判断。)此电路是并联电路,电压表测的是电源电压,电流表A1测的是支路上通过R1的电流,电流表A2测的是总电流。当滑动变阻器的滑片向右移动时,滑动变阻器的电阻增大,导致并联电路的总电阻增大,因此电路中的总电流减小,电流表A2的读数减小。由于定值电阻R1的阻值和它两端的电压保持不变,根据欧姆定律通过R1的电流不变,因此,电流表A1的读数不变。由于电压表测的是电源电压,所以电压表的读数也不变。
针对练习:
[练习三]如图5,当滑片P向右移动时,A1表、A2表和V表将如何变化?
[练习四]如图6所示的电路中,电源电压保持不变,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向右移动时,电流表A1的示数如何变化?电压表V与电流表A示数的乘积将如何变化?
2.开关的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化
例3:在如图7所示的电路中,开关K由断开到闭合时,电流表的示数将 ,电压表的示数将 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
分析:(先画出开关断开和闭合时的等效电路,然后再根据欧姆定律判断。)
如图8所示,开关断开时电阻R1和R2构成串联电路,电流表测的是总电流,电压表测得是R1两端的电压。开关
闭合时,整个电路只有一个电阻R1,电流表测的是总电流,电压表测的是R1两端的电压,也是电源电压。
如图9所示,当开关由断开到闭合时电路中的总电阻减小,所以电路中的总电流增大,电流表的读数增大。由于串联电路是分压电路,所以电压表的读数增大。
针对练习:
[练习五]在图10中,灯泡L1和灯泡L2是 联连接的。当开关K由闭合到断开时,电压表的示数将 ;电流表的示数将 (选填“增大”、“不变”或“减小”)。
[练习六]如图11所示,电源电压不变,R1、R2为定值电阻,开关S1、S2都闭合时,电流表A与电压表V1、V2均有示数。当开关S2由闭合到断开时,下列说法正确的是( )。
A.电压表V1示数不变;
在《电工基础》教学中渗透“习题意识”,是指根据教学大纲的要求,按知识的系统性、规律性,有目的、有意识地结合教材内容,适当编制习题让学生去解答,克服做题的盲目性、随意性,使教学趋向量化和定向化。同时,在《电工基础》教学中渗透“习题意识”,也能有效增强学生的主动性,激发学生学习兴趣。
笔者多年来一直担任计算机对口单招班《电工基础》课程教学和高三复习教学任务,在教学过程中经过总结和提炼,认为在《电工基础》课程中渗透“习题意识”应切实从下列三个方面去做。
一、讲清基本概念和基本定律的同时,注意渗透“习题意识”
对于基本概念,一般都应使学生理解它的含义,了解概念之间的区别和联系。如在讲授“电压和电位”的概念时,教师要引导学生理解两者之间的关系,理解电压的“绝对性”,即电路中两点之间的电压与所选择的参考点无关;理解电位的“相对性”,即电路中某点的电位取决于所选择的参考点,参考点改变,该点的电位也随之改变。在讲清这些概念的同时,教师应及时设计一些习题让学生思考,以加深对知识的理解。例如,讨论某电路中A、B两点之间的电压(分别选择A点和B点作为参考点),验证A、B两点之间电压的“绝对性”;讨论该电路中A、B两点的电位(分别选择A点和B点作为参考点),验证A、B两点电位的“相对性”。
对于基本定律,在讲解时教师应注意通过实例、实验和分析推理过程引出,应使学生掌握基本定律的表达式(包括文字表达和数字表达式)和适用范围。如在讲授“部分电路欧姆定律”时,笔者要求学生理解该定律的文字表达:“通过电阻的电流与加在它两端的电压成正比”;掌握该定律的数学表达式I=U/R。在理解和运用该定律时学生要注意以下几点:①R、U、I必须属于同一段电路;②不可把三个量间的因果关系与数量上的联系混为一谈:从电流形成条件的角度来分析,导体两端存在的电压是因,而导体中形成电流是果。欧姆定律揭示了由导体两端电压决定导体中电流的规律性。U、I之间的这种联系是因果关系。在运用欧姆定律来解决具体问题时,已知三个量中的任意两个量,即可求出第三个量。这仅仅是利用了三个量之间数量上的联系。③运用欧姆定律计算电阻时,即R=U/I。这仅仅意味着利用加在电阻两端的电压和流过电阻的电流来量度电阻的大小,而绝不意味着电阻是由电压和电流的大小决定。无论加在电阻R两端的电压取何值,电压U和相应的电流I的比值总是不变的。这时,教师可以通过设计一些判断题和选择题,通过习题来巩固该定律,辨析相关的表述。
因此,教师在传授电工基础知识时,要探索处理问题的方法,理清研究的思路,注意培养学生的分析能力、推理能力和想象能力。在这一环节中,教师应按知识重点、学生的知识水平及知识的“转化”规律,编选一些有利于巩固知识、掌握知识的基本练习题。这些习题,尽可能包括计算题、问答题(所学知识定向说明和解释电现象的题目)、选择题(目的性较强的题目)、证明题、思考讨论题和引申题等。
二、选好习题,上好习题课,通过例题渗透“习题意识”
题目的选择直接影响习题课的质量。教师必须精心选题,习题的选编要有利于学生加深对概念和知识的理解,以及对解题方法的掌握,通过例题的讲解和作业题的练习,达到明确概念、掌握方法、启迪思维、培养能力的目的。因此,在选择电工基础习题时,教师要注意目的性、典型性、延伸性、针对性和综合性。习题教学是将知识转化成能力的过程,在习题教学中教师应尽可能采用“多变、多析、多问、多解”的导向法。“多变”就是对一道题改变叙述方式、增减或隐蔽条件,增设“干扰量”或“比较量”,进行纵变、横变、纵横变,让学生在分析、比较和判断中拓宽思路。“多析”,就是让学生对一道题从不同角度入手进行分析,培养学生的逻辑思维能力。“多问”,就是对一道题从不同角度提问,使原题“开花”形成程序题,这样做既可以拓宽思路,又可以使学生把知识学活。“多解”,就是对同一题从不同角度启发、诱导,让学生用多种方法去解答。这样做不但可以发展学生思维,而且可以让学生沟通新旧知识的联系。可见,在习题教学中通过“四多”导向有助于激发学生求知欲望,发展学生的创造性思维。同时,教师应通过讲例题渗透“习题意识”,让学生注重习题的变通性,强化对问题的多维思考,以便充分发挥例题的示范、开发、导向等功能。
三、搞好复习,以“考”代“练”,强化“习题意识”
复习是电工基础教学中不可缺少的环节,复习的本身就渗透着提高。复习的重点应放在系统地掌握教材内容的内在联系上,掌握分析问题的方法和解决问题的方法上。教师努力从如下三方面去做,才能实现复习所要达到的目标。
1.在概念和规律的复习中,教师要向学生介绍知识结构,注重挖掘知识的内在联系,搞清知识的来龙去脉,务必使学生把所学知识系统化、条理化、立体化。
2.教师应结合各知识点编选习题,对典型题深入剖解,解题强调“四多”,即“多变、多析、多问、多解”,使学生通过解典型题,达到触类旁通的学习效果。
3.教师要搞好训练,精选题目,以“考”代“练”,单元过关。“练”是关键,“考”是手段。为此,教师要注重理解能力的考查,进行鉴定性测试、形式性测试和总结性测试,在形成性测试后,及时进行反馈、矫正、补缺、提高。同时,教师要瞄准对口高考试题的题型和考查方向,强化规定时间内的仿真适应性做题训练,从而提高学生做题效率,强化“习题意识”。
从上述几个方面可见,在电工基础教学中巧妙渗透“习题意识”是符合教学规律的,它与搞“题海战术”截然不同。渗透“习题意识”跟传授知识和培养能力是有机的结合,它贯穿在教学的全过程中。这个过程是一个以“用”促“学”,学用结合的过程。在教学过程中巧妙设计习题(或题组),能给学生提供一个运用所学知识解决实际问题的“实习”场所,有效地调动和发挥学生的主观能动性,提高“转化”效率。值得注意的是不能以习题代课本,因为习题在很大程度上只能体现知识的点,体现不了知识的面,但习题有导向作用,所以教师对习题的选编要紧紧围绕掌握知识、发展智能这两个基本点,使习题有实际意义。
在过去的教学过程中,按照教材提供的素材和呈现知识的顺序进行施教.在实际教学中,学生就会出现以下的现象:(1)容易混淆电功和电热这两个物理概念.因为教材中,就是从电功公式推导出焦耳定律.很容易让学生认为求电热就用电功来计算,再遇到非纯电阻电路不能清晰的区分开,要费力抹掉前面的那些“深刻印象”,重新认识问题,这样的反复往往使学生感到比掌握新知识还要困难.(2)闭合电路欧姆定律各公式的适用范围含糊不清.根据教材的设计,从纯电阻电路推导出了公式I=ER+r或E=IR+Ir,再把公式推导成E=U外+U内.这种从特殊到一般的推导顺序违背了学生的认知规律,学生不能理解E=U外+U内适用于一切电路.
2 适当调整教材中概念和规律的设计
在施教恒定电流的过程中,以电动势、电功两个概念和焦耳定律为基础,贯彻能量转化与守恒定律思想的讲授顺序,学生反映知识的系统是清晰的,掌握起来比较方便.
这样的教学设计一方面从理论分析的角度使学生对概念和规律有了更深刻的理解;另一方面使学生体会到,许多概念和规律都靠逻辑关系联系着,物理学是一个自洽的体系.
2.1 电动势概念的建立
从非静电力做功的角度引入电动势的概念,教学设计上要有层次,努力使学生经历一个理性的、逻辑的科学思维过程,并将其思维上的台阶搭建合理.
设计的几个台阶:①电源能维持电荷逆势而上,一定存在着“非静电力”;②非静电力一定要克服静电力做功,静电力做负功,所以电能在增加.从能量转化的角度看,电源是把其他形式能转化为电能的装置,非静电力做功的物理意义就是量度了产生多少电能.③把相同的正电荷从负极经电源内部移到正极,非静电力在不同的电源中做功不一样,即不同的电源非静电力做功的本领是不同的,引入电动势来表达电源的这种特性.
可以看出,以这样方法引入电动势,的确要比直接给出一个名词费些时间,但这是值得,因为这里体现了物理学的基本思想之一,通过做功研究能量变化的思想,用比值定义物理量的思想.不仅如此,这样的学习还有助于建立闭合电路中电荷运动的图景.
2.2 焦耳定律的教学
教材中,根据功和能的关系,从电能的转化引入电功的概念,然后根据静电力做功知识和电流与电荷量的关系得到了电功的公式W=UIt.此处要强调电功的物理意义,功是能量转化的量度,电流做了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能,即电功量度了电路中电能的减少,这是电路中能量转化与守恒的关键.
焦耳定律的教学,我们要归还焦耳定律的本来面貌,以物理学史的方式进行教学,更科学更合理.学生知道焦耳定律是一条实验规律,电流的热效应Q=I2Rt,反映了电流流经电阻就产生Q=I2Rt电热.通过电动机电路,讨论消耗的电能与产生电热的关系,这样学生对电功和电热的关系就一目了然.
2.3 闭合电路欧姆定律的教学
教材的基本思路:电源所产生的电能即非静电力做功等于内外电路产生的电热.即
EIt=I2Rt+I2rt,
可推导出
E=IR+Ir
或
一、伏安法测电阻的原理
用电压表测出待测电阻两端的电压U,用电流表测出通过待测电阻的电流I,利用部分电路欧姆定律可以算出待测电阻的阻值Rx,即Rx=U/I,这就是待测电阻的测量值。
二、伏安法测电阻的系统误差分析
1.电流表外接法
在这种电路中,电压表的示数是加在待测电阻Rx两端的真实电压,但由于电压表内阻分流的影响,电流表的示数比通过电阻的真实电流大,按这种电路测出的电阻值实质上是电压表内阻和待测电阻Rx并联后的总阻值,所以Rx测量值比真实值小。设电压表的示数为U,电流表的示数为I,通过电阻的电流为IR,通过电压表的电流为IV,则I=IR+IV,所以R真=>R测=测量值比真实值偏小。这里的系统误差来源于电压表的分流作用,分流越小,误差越小,相对误差δ=
=。所以该电路适合测量小电阻,即当满足条件Rx
2.电流表内接法
在这种电路中,电流表的示数是通过待测电阻Rx的真实电流,但由于电流表内阻分压的影响,电压表的示数比加在待测电阻Rx两端的电压大,所以按这种电路测出的待测电阻的阻值比真实值偏大。设电流表的示数为I,电压表的示数为U,加在待测电阻Rx两端的电压为UR,加在电流表两端的电压为UA,则U=UR+UA,所以R真=>R测=测量值比真实值偏大。这里的系统误差来源于电流表的分压,分压越小,误差越小,相对误差δ=
=。所以该电路适合测量大电阻,即当满足条件Rx>>RA时,采用电流表内接法测量系统误差小。为了帮助学生理解和记忆电流表两种连接方式的系统误差特点,我在课堂教学中和同教研组的老师们共同总结了如下规律:“大内偏大;小外偏小。”即:电阻值大的电阻采用电流表内接法测量,测量值比真实值偏大;电阻值小的电阻采用电流表外接法测量,测量值比真实值偏小。
三、伏安法测电阻电流表连接方式的选择方法
1.比较法。若已知待测电阻的大约值Rx,电流表的内阻RA和电压表的内阻RV可以分别计算出电流表外接法的相对误差和电流表内接法的相对误差两个比值,然后进行比较。
(1)若
(2)若>,则选用电流表内接法,系统误差小;
(3)若=,则电流表两种接法都可以。
2.算术根法。若已知待测电阻的大约值Rx,电流表的内阻RA和电压表的内阻RV可以分别计算出Rx和两个比值,然后进行比较。
(1)若Rx
1.电源仅起搬运电荷的作用,其本身不能创造电荷;电源是将其他形式的能量转化为电能的装置。
2.图l示意了非静电力使正电荷在电源内部由负极移至正极。
我们知道,在外电路中正电荷在恒定电场的作用下由电源正极移向电源负极,静电力做正功。作为电源只是将由外电路到达电源负极的正电荷及时运送到电源正极;电源内部的电场力对移动的正电荷是做负功的,因此,需要存在非静电力,且需要非静电力做正功。电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。
3.不同的电源,非静电力做功的本领不相同,物理学中用电动势来表明电源的这种特性。
对电源电动势E存在以下两种理解。
(1)电势的“跃升”:以一节电池为例,电池内部的正极和负极附近分别存在化学反应层。反应层中的非静电力(化学作用)把正电荷从电势低处移至电势高处,在这两个地方,沿电流方向电势产生“跃升”。图2深刻、直观地表现出了闭合电路中的电势变化(图中D、C分别表示电池溶液中与两电极靠近的位置)。外电路中的电流由高电势流向低电势(沿图示电流方向由A到B),内电路中的电流由低电势流向高电势(沿图示电流方向由B到A)。
进一步来理解“电势的变化”。如图3所示,探针A与正极板靠得很近(对应图2中的DA),探针B与负极板靠得很近(对应图2中的BC),将这两处升高的总电势取为E,它等于内、外路电势降落(分别为电压表V'、V的示数U内、U外)之和,即E=U内+U外。从电源内部有电流、电压,能体会到电源内部是有电阻的。
(2)非静电力做功:①非静电力做功W非电是非电能转化为电能的量度。若电荷量q通过电源,电源内部电势的“跃升”(即电源电动势)取为E电源.则有W非电=qE电源。②根据能量守恒定律可知,非静电力做的功应该等于内、外电路中电能转化为其他形式能的总和,即W非电一E外+E内。③静电力做正功,电荷的电势能减少,电能转化为其他形式的能:这里非静电力做正功,电荷的电势能增加,其他形式的能转化为电能。
电源电动势E的数值:①由W非电=qE电源可得,电源电动势,即电源的电动势在数值上等于单位正电荷经电源内部从负极板移动到正极板非静电力所做的功。对于确定电源,电源电动势E为比值定义式。②由U内分别为外、内电路电阻上的电压,则,可以得出E=U外+U内,即③U外又称为路端电压U路,故外电路断开时,I=0,Ir=0,则开路路端电压等于电源电动势;当电源内阻可以忽略不计时,r=0,Ir=0.则路端电压等于电源电动势。④电源电动势取决于电源本身的构造,与外电路的变化无关。
侧,将电动势为3.0V的电源接入电路中,测得电源两极间的电压为2.4V,当电路中有6C的电荷通过时,求:
(1)有多少其他形式的能转化为电能?
(2)外电路中有多少电能转化为其他形式的能?
(3)内电路中有多少电能转化为其他形式的能?
解析:(1)Eq=3×6J=18J。
点评:Eq为其他形式的能转化为电能的数值,U外q、U内q分别为外电路、内电路中电能转化为其他形式能的数值。
二、电流
1.恒定电场:导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动,但有的流走了,另外的又来补充,所以电荷的分布是稳定的,稳定分布的电荷所产生的电场是稳定的电场,称为恒定电场。
在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等,在恒定电场中同样适用(如匀强电场中场强,恒定电场中场强,均表示单位长度内的电势变化)。
有同学问:静电平衡的导体内部场强处处为零,为什么流有电流的导线内部的场强却不为零?
释疑:其实,原因就在于静电平衡的导体内不存在电荷的定向移动,而流有电流的导线内却存在电荷的定向移动,不是静电平衡的导体了。
2.电流方向的规定:正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。导体中可以自由移动的电荷为自由电子,定向移动的自由电子(载流子)的移动方向与电流的方向相反。
电流虽有方向,但是标量,不是矢量。如图4所示,干路电流I与两支路电流I1、I2间的大小关系是I=,这一关系不会因a值的变化而改变,也就是说I1、I2与I不满足平行四边形定则(满足平行四边形定则的物理量才为矢量)。
3.电流的定义式,其中g为时间t内通过导体横截面的电荷量。
4.电流的微观表达式:如图5所示,设导体中单位体积内的载流子数为n,载流子的电荷量为q,载流子的定向移动速率为v,则,
(l)单位体积内的载流子数n取决于导体的材质。
(2)若单位长度内的载流子数为N,则电流的微观表达式为I=Nqv。
例2(2015年安徽卷)一根长为L,横截面积为S的金属棒,其材料的电阻率为ρ,棒内单位体积内的自由电子数为n,电子的质量为m,电荷量为e。在棒两端加上恒定的电压时,棒内产生电流,自由电子定向移动的平均速率为v,则金属棒内的电场强度大小为()。
解析:如图6所示,金属棒内的场强大小答案为C。
点评:ρnev字面上与电压U无关,实际上,v是与U有关的,故ρnev也就与电压U有关了。
例3 某电解液中,若2s内各有1×1019个二价正离子和2×1019个一价负离子以相反方向通过某截面,那么通过这个截面的电流是()。
A.O
B.0.8A
C.1.6A
D.3.2A
解析:负离子的定向移动可以等效为等量正电荷沿负离子移动的相反方向运动。因此,I=答案为D。
点评:正、负载流子做定向移动时都能形成电流,只要注意负离子定向移动与等量正电荷定向移动形成电流的方向相反即可。
三、用欧姆定律分析电路动态问题
欧姆定律:在同一电路中,导体中的电流与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比,即。
例4 在如图7所示的电路中,闭合开关S,当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时,四个理想电表的示数都发生变化,电表A、V1、V2、V3的示数分别用I、U1、U2和U3表示,电表示数变化量的大小(绝对值)分别用I、U、U2和U3表示,下列比值错误的是()。
解析:分析“电路连接方式”,可以认为电流I从电源正极流出,经电流表A、R1、R2、开关S回到电源负极。
因为U1为定值电阻R1上的电压,定值电阻R1,所以选项A正确。当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时,可变电阻R2接人电路的阻值变大(回路总电路R总变大,电流I变小,U1变小,U2变大,U3变大)。由可知,变大。取Ur为电源内阻电压改变量的大小,由闭合电路欧姆定律可知,初态,末态,对等式两边取改变量后,得,即,则,因此,可见不变.选项B错误.c正确。因为U3为上的电压,又有,可知变大。由闭合电路欧姆定律,得,即,因此见选项D正确。答案为B。
点评:电阻的定义式,表示某一状态下的电阻等于其上电压与电流的比值。对于定值电阻R,有u=RI,即R能等于;但对于变化的电阻R变,有,不满足“”,不满足“”,即变化的电阻不恒等于其上电压变化量与电流变化量的比值。在闭合电路中,对于变化电阻部分的,不是恒等于R变,而是等于回路中除变化电阻以外的所有定值电阻的总和,电源的内阻r等于“路端电压变化量与通过电源电流变化量I的比值”,即
跟踪训练
1.在导体中有电流通过时,下列说法中正确的是()。
A.电子定向移动速率很小
B.电子定向移动速率是电场传导的速率
C.电子定向移动速率是电子热运动速率
D.在金属导体中,自由电子只不过是在速率很大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动
2.半径为R的橡胶圆环均匀带正电,总电荷量为Q。现使橡胶圆环绕垂直圆环平面且通过圆心的轴以角速度叫匀速转动,则由圆环产生的等效电流应有()。
A.若ω不变而使电荷量变为原来的2倍,则电流也将变为原来的2倍
B.若电荷量Q不变而使角速度变为原来的2倍,则电流也将变为原来的2倍
C.若Q、ω均不变,将橡胶网环的横截面积变小,并使圆环半径变大,电流也将变大
D.若Q、ω均不变,将橡胶圆环的横截面积变小,并使圆环半径变大,电流也将变小
3.如图8所示,电压表由灵敏表G与电阻R串联而成,某同学在使用中发现此块电压表的读数总比真实值偏小一点儿,要想使电压表读数准确可采取的措施是()。
A.在电阻R上并联一个比其小得多的电阻
B.在电阻R上并联一个比其大得多的电阻
C.在电阻R上串联一个比其小得多的电阻
D.在电阻R上串联一个比其大得多的电阻
4.如图9所示,直线“是电源的路端电压随输出电流变化的图像,曲线b是一个小灯泡两端电压与电流的关系图像。如果把该小灯泡与电源连接,此时电源效率为0.4,则下列说法正确的是()。
A.小灯泡工作时的电阻大小为4Ω
B.电源电动势为9V