欧姆定律
学习目标要求
1.掌握欧姆定律的内容及公式。2.能应用欧姆定律公式进行简单的计算。
3.理解串、并联电路的等效电阻。4.会计算简单串、并联电路中的电流、电压和电阻。
基础知识
1、电流跟电压、电阻的关系:
在电阻一定的情况下,导体中的电流跟这段导体两端的电压成 _________。
在电压不变的情况下,导体中的电流跟导体的电阻成 __________。
2、欧姆定律:____________________________________。用公式表示I=________.
式中:I——电流——安培(A)U——电压——伏特(V)R——电阻——欧姆(Ω)
3、串联电路的特点
(1)串联电路电流的特点:_________________表达式__________________因此,在对串联电路的分析和计算中,抓住通过各段导体的电流相等这个条件,在不同导体间架起一座桥梁,是解题的一条捷径。(2)串联电路中电压特点:_______________________,即______________。因此,导体串联具有分压作用。
(3)串联导体的总电阻_____________________即____________________。如果用个阻值均为的导体串联,则总电阻。
4、并联电路的特点
(1)并联电路电压的特点:由于在并联电路中,各支路两端分别相接且又分别接入电路中相同的两点之间,所以各支路两端的电压都__________即_________________。因此,在电路的分析和计算中,抓住各并联导体两端的电压相同这个条件,在不同导体间架起一座桥梁,是解题的一条捷径。
(2)由于各支路两端的电压都相等,根据公式,可得到,在并联电路中,电阻大的导体,通过它的电流小,电流的分配与导体的电阻成反比,因此,导体并联具有分流作用。并联电路的总电流等于____________即____________________。
(3)导体并联,相当于增大了导体的横截面积,因此,并联导体的总电阻小于任何一个并联导体的电阻,总电阻的倒数等于各并联导体电阻的倒数之和,即____________。如果用个阻值均为的导体并联,则
总电阻。
5、应用欧姆定律应注意的问题:
(1)同一性:中,、、必须是同一段电路的或同一个导体的,同一个用电器的,或是
整个电路的电流、电压或电阻,即要一一对应。
(2)同时性:即使是同一段电路,由于开关的闭合、断开、滑动变阻器滑片的左、右移动,都将引起电路中各部分电流及总电流和电压的变化,因此,必须保证中三个量是同一时间的值。切不可混淆电路结构变化前后的、、的对应关系。
(3)单位统一:欧姆定律公式中的、、的单位必须分别统一使用国际单位制安、伏、欧。
典例分析:
例1.如图1所示电路,电源电压为20伏特且保持不变,已知:电阻;当开关闭合,断开时,电阻和两端的电压为和;当开关闭合,断开时,电阻、、两端的电压分别为、、,已知:,。
求:(1)当开关闭合,断开时,电阻两端的电压为多少伏特;
(2)电阻与之比。
例2.如图3所示电路,电源电压保持不变,调节滑动变阻器的滑片,使滑动变阻器连入电路的阻值为
为5Ω时,电路中电压表的示数为10V,设此时电路中的电流为。然后再调节滑动变阻器的滑片,使变阻器连入电路的阻值为15Ω时,电压表示数为5V,此时设电路中的电流强度为。
求:(1)两次电路的电流强度之比;(2)电源电压是多少。(3)定值电阻的阻值是多少?
课堂练习:
1、如图4所示电路,电源电压不变,已知电阻的阻值为30,当滑动变阻器的滑
片位于变阻器的中点时,电路中电压表的示数为7.2V。当滑动变阻器连入电路的
电阻时,电路中电压表的示数为。当滑动变阻器的滑片位于变阻器的
端时,电路中电压表的示数为。已知。
求:(1)滑动变阻器的最大阻值;
(2)电源电压。
2、如图5所示电路,电源电压保持不变,已知电阻R1的电阻值为12Ω,(R2>R1),
滑动变阻器的最大阻值R ab为14Ω。当开关S断开,滑动变阻器的滑片P位于变
阻器的中点c时,电路中电流表的示数为0.6A。当开关S闭合,滑动变阻器的
滑片P位于变阻器的a端时,电路中电流表的示数为2.5A。求:电路中定值电
阻R2的阻值是多少。
3、如图所示电路,电源电压U保持不变,电源电压为12V,定值电阻R1的阻值为
4Ω,滑动变阻器的最大阻值为8Ω,当滑动变阻器的滑片P从a端向b端滑动的过
程中,电流表的示数变化范围是多少?电压表V的示数变化范围是多少?
4、将电阻R1、R2、R3组成并联电路,电源电压不变,已知干路中的电流强度是电阻R1支路中电流强度的5倍,电阻R2支路中的电流强度是电阻R1支路中电流强度的2.5倍,电阻R3的电阻值为10Ω。求:电阻R1和R2的电阻值。
5、一个小灯泡正常发光时两端电压为24V,通过的电流为1A。若将它接在电压为36V的电源上时,要使灯泡正常发光,应该怎么办?
作业:
1.如图所示电路,电源电压保持不变,电阻R0的阻值为20Ω,滑动变阻器R ac=
R ab;当滑动变阻器的滑片P在变阻器的c点时,电路中电流表的示数为I1。当
滑动变阻器的滑片P位于变阻器的b端时,电路中电流表的示数为I2。已知:I1:
I2=5:2,求:滑动变阻器的最大阻值R ab是多少?
2.定值电阻R1、R2、R3,它们的电阻之比为:R1:R2:R3=2:3:5,将这三个电阻组成串联电路,接在电压恒定的电源上时,电阻R2两端的电压U2=6V。求:(1)电阻R1和电阻R3两端的电压各是多少。(2)若将这三个电阻并联后接在另外一个电压不变的电源上时,测得通过电阻R2的电流强度为0.3A,那么通过电阻R1和R3的电流各是多少。
3、科技小组的同学们设计了一个多档位的电热器模型,电路实物
连接示意图如图所示,电路中电源两端电压保持不变,滑动变阻
器的最大阻值为R3。将滑动变阻器的滑片P置于中点M,且只闭
合开关S1时,电压表V1的示数为U,电流表的示数I1为0.8A;
将滑动变阻器的滑片P置于B端,断开开关S1,闭合开关S2时,
电压表V1的示数为U,电流表的示数为I2,R2两端的电压为9V。
⑴求电流表的示数I2;
⑵将滑动变阻器的滑片P置于A端,闭合开关S1和开关S2,电压
表V2的示数为3U,求此时R1的电流。
4.由电阻R1、R2、R3三个电阻组成串联电路,已知电路两端的总电压是电阻R1两端电压的7倍,电阻R2两端电压是电阻R1两端电压的2倍,电阻R3=8Ω,求电阻R1和电阻R2的电阻值。
5.电源电压保持不变,将两只电阻R1和R2串联在电路中,如果将电阻R1=60Ω的电阻短路,则此时电路中的电流增大为原来的4倍,求电阻R2的阻值是多少。
6.有一个看不清楚的电阻(大约几Ω),为了测出它的阻值,设计了如图所示电路,电源电压不变。已知电路中定值电阻的阻值为12Ω,滑动变阻器的最大阻值是10Ω。当开关闭合,断开,滑动变阻器的滑片在端时,电路中电流表的示数为0.5A。当开关和都闭合,滑动变阻器的滑片在变阻器的端时,电路中电流表的示数为2A。
例1、求:(1)当开关闭合,断开时,电阻两端的电压为多少伏特;(2)电阻与之比。
解析:该题分为两种状态,第一次电路,当开关闭合,断开时,电阻和串联,设此时电路中的电流为,电阻两端的电压……①
当开关断开,闭合时,电压、、串联,此时电路中的电流设为,电阻两端的电压为……②。将①式和②式相比,便可以求出两次电路的电流之比,
因为已知:,即,约去得。
又已知,……③,……④
③式与④式相比:,,得
这样就把题目中的第二问求出,电阻。下面只要将电阻和的关系找出,或电阻和
的关系找出,就可以根据第二次电路的电阻关系分压,继而可以求出电阻两端的电压。利用两次电路的电流比和电源电压不变的关系列出两个方程。已知:,,
第一次电路,当开关闭合,断开时,电路中电流……⑤
第二次电路,当开关断开,闭合时,电路中电流:……⑥将⑤式和⑥式相比:,,整理得:。
对于第二次电路:,所以,
因为电源电压V,所以电阻两端电压。
答:(1)当闭合开关,断开时,电阻两端的电压;(2)电阻和的比为。例2、解析:此题分为两次电路,第一次电路设电压表的示数为,则,……①第二次电路,设电压表示数为,,……②
将①式和②式相比:,约去电阻得,,
利用电源电压相等的关系列方程,可以求出电阻的电阻值。
第一次电路的电流:……③,第二次电路的电流:……④
将③式与④式相比,
代入数据得,,解得
在第一次电路中,因为,,电阻比为:,所以电阻两端的电压与变阻器两端的电压比,又,故此,电源电压。
答:(1)两次电路的电流比;(2)电阻的阻值为5;(3)电源电压为20V。
答案:
1、(1)U1=4V U3=10V(2)I1=0.45A I3 = 0.18A
2、R2的阻值为2Ω;滑动变阻器的最大阻值为6Ω。
3、电阻R1的阻值为2Ω,电阻R2的阻值为4Ω。
4、R1的阻值为15Ω,电阻R2的阻值为6Ω。
5、R2=20Ω。
答案解析:
1、解析:(1)设电阻R1两端电压为U1,电阻R3两端电压为U3,因为电阻R1和R2的比为2:3,又已知电阻R2两端电压为U2=6V,根据串联电路电压分配的特点:, 可得: ,U1=4V。又因为电
阻R2:R3=3:5,,,U3=10V。
(2)若将三个电阻组成并联电路,设通过R1的电流为I1,通过R2的
电流为I2,通过R3的电流为I3,又已知I2=0.3A,根据并联电路中电流分配
的特点:,代入数据:,I1=0.45A;又已知:R2:R3=3:5,,,I3=0.18A。
答:(1)电阻R1两端电压为U1=4V,电阻R3两端电压U3=10V。(2)通过电阻R1的电流I1为0.45A;通过电阻R3中的电流I3为0.18A。
2、解析:当滑动变阻器的滑片P在b端时,电路中电压表的示数为最小值U1=4V;当滑动变阻器的滑片P 在a端时,电路中电压表的示数为最大值U1'=8V。
当滑片P在a端时,滑动变阻器没有连入电路中,此时它两端的电压为零,可根据滑动变阻器的滑片在a 端时,电阻R1和R2串联求出电阻R2的阻值:因为此时电阻R1两端电压U1'=8V,电源电压U=12V,根据:U=U1+U2,
得:U2=U-U1=12V-8V=4V,又已知电阻R1=4Ω,根据串联电路电压分配的特点,即:= ,代入数据:
,解得R2=2Ω。
当滑动变阻器的滑片P在b端时,电阻R1、R2和滑动变阻器R3串联,此时电阻R1两端的电压为4V,电源电压U=12V保持不变,电阻R2=2Ω,可以根据分压公式先求出此时电阻R2两端的电压:
= ,代入数据:,
解得:U2'=2V。根据:U=U1+U2+U3,解得U3=U-U1-U2=12V-4V-2V=6V,然后再根据分压公式求出电阻R3
的阻值,= ,代入数据:,解得R3=6Ω。
答:定值电阻R2的阻值为2Ω;滑动变阻器的最大阻值为6Ω。
3、解析:此题可先画出电路图,在图上标出已知和未知量的符号,根据串联电路的特点,各电阻两端电压与电阻成正比的关系,利用正比分压公式便可以求出电阻R1和R2的阻值,解法如下:先利用电阻R3=8Ω与电
阻R2列出方程:,,,,R2=4Ω,因为:U1:U2=1:2,R2=4Ω,所以R1:R2=1:2,R1=2Ω。
答:电阻R1的阻值为2Ω,电阻R2的阻值为4Ω。
4、解析:解题方法为:先画出三个电阻的并联电路,并且在图中标出已知量和未知量的符号,这样在解题
时更清楚、更方便。利用并联电路的特点,各支路中的电流强度与电阻成反比,利用反比分流的公式:,便可求出R1和R2的电阻值。解法如下:先利用电阻R3=10Ω与电阻R2列方程可解出电阻R2的电阻值:
,,,,,R2=6Ω。又因为I2=2.5I1,
I1:I2=2:5,所以R1:R2=5:2,因为R2=6Ω,所以R1=15Ω。
答:电阻R1的阻值为15Ω,电阻R2的阻值为6Ω。
5、解析:该题分为两种状态,第一次电路是电阻R1和R2串联,设此时电路中的电流为I,已知:R1=60Ω,第二次电路将电阻R1短路,电路中只有电阻R2,设此时电路中的电流为I'。
又已知I'=4I,即I:I'=1:4。根据这两种状态分别列出方程,可求出电阻R2;
I= ——①,
I'= ——②
将①式和②式相比得:,60Ω+R2=4R2,解得R2=20Ω。
答:电阻R2=20Ω。
解:滑片P置于变阻器的中点M,且只闭合开关S1时,等效电路如图甲所示;
将滑片P置于变阻器的B端,且只闭合开关S2时,等效电路如图乙所示;
将滑片P置于变阻器的A端,且开关S1、S2都闭合时,等效电路如图丙所示。
(1)由图甲、图乙得:
=×=
由I1=0.8A 得I2=0.3A
(2)由图乙得:
由图乙、图丙得:U2=3U-U=U
由得:R3=R2=10Ω
U总=I2(R2+R3)=0.3A×(30W+10W)=12V
U总=3U=12VU=4V
由图甲得:U1=U总-U=3U-U=2U=8VR1==10Ω