初中物理 第十五章 探究电路

第十五探究电路第一节电阻和变阻器1.电阻类比法（这句话充分阐述了什么是类比）：水流在水管中流动时会受到阻力，同样，电荷在导体中定向移动形成电流时也会受到阻力，物理学中用电阻来表示导体对电流的阻碍作用。

（1）定义：导体对电流的阻碍作用叫电阻。

对电阻的理解：从“阻碍作用”和“性质”两个角度去分析。

①导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。

②导体的电阻是导体本身的一种性质，是由导体自身情况决定的，不管这个导体是否接入电路，是否有电流通过，也不管它两端的电压是否存在，导体对电流的阻碍作用（即电阻）总是存在的。

无电流通过时，这种阻碍作用仅仅是没有表现出来而已。

（2）符号与单位：国际通用符号是R；国际单位是Ω，常用单位有千欧KΩ、兆欧MΩ，换算关系是1MΩ=103, KΩ，1KΩ=103Ω；电路中的符号是导体阻值干燥皮肤潮湿皮肤60W的白炽灯600W的电熨斗实验室常用的铜导线104-105Ω小于103Ω约807Ω约80.7Ω很小，忽略不计2.影响电阻大小的因素（1）实验探究，影响电阻大小的因素提出问题：电阻的大小与那些因素有关。

猜想与假设：可能与导体的材料、长度、横截面积有关。

实验器材：电源、滑动变阻器、装有不同规格电阻丝的演示版、电流表、开关。

说明：导体的电阻大小与多个因素有关，设计实验方案时，要采用控制变量法。

设计实验与制定计划①如图，将长度相同、横截面积相同的镍铬合金丝AB和锰铜合金丝CD分别接入电路中，闭合开关，观察量程电流表的示数，并比较两次电流值。

采用长度、横截面积相同而材料不同的合金丝，目的是控制长度、横截面积因素可能对电阻大小的影响，只探究导体电阻大小与导体材料的关系。

②如图，改用横截面积相同、而长度不同的两条镍铬合金丝，分别将它们接入电路，观察电流表的示数。

采用长度不同，横截面积和材料相同的合金丝，目的是控制导体材料、横截面积因素可能对电阻大小的影响，只探究导体电阻大小与长度的关系。

③如图，在改用长度相同、而横截面积不同的两条镍铬合金丝，分别接入电路，观察电流表示数。

采用横截面积不同，程度和材料相同的合金丝，目的是控制长度、材料因素可能对电阻大小的影响，只探究导体电阻大小与横截面积的关系。

电阻大小不同，对电流的阻碍作用也不同。

电流越小，表明该导体的电阻越大，这里通过电流表示数大小来判断电阻的大小，运用了转换法。

控制变量法：在使用控制变量法时，首先要明确研究对象是哪个物理量，其次是明确研究对象可能与那些因素有关，然后研究这个物理量（研究对象）跟某一因素的单一关系时，要是其他可能因素保持不变，最后把各个单一关系综合起来考虑。

实验记录实验序号电阻丝电流/A1 镍铬合金丝0.24 锰铜合金丝0.482 镍铬合金丝（长）0.24 镍铬合金丝（短）0.483 镍铬合金丝（细）0.24 镍铬合金丝（粗）0.48交流论证：①分析实验1，长度和横截面积都相同的镍铬合金丝和锰铜合金丝，通过镍铬合金丝的电流小，说明镍铬合金丝的电阻大。

②分析实验2，材料和横截面积都相同的镍铬合金丝，长度不同，通过长导线的电流小，说明长导线的电阻大。

③分析实验3，材料和长度都相同的镍铬合金丝，横截面积不同，通过细导线的电流小，说明细导线的电阻大。

探究归纳：导体的电阻大小与导体的材料、长度、横截面积有关。

它们的关系是:长度和横截面积相同时，导体的材料不同电阻不同；材料和横截面积相同时，导体的长度越长，电阻越大；材料和长度相同时，导体的横截面积越小，电阻越大。

（1）实验探究，导体的电阻与温度的关系提出问题：电阻的大小与导体的温度有什么关系？设计实验：如图所示电路，闭合开关，用酒精灯给细钨丝加热，随着细钨丝温度的升高，电流表的示数变小，灯泡变暗。

归纳总结：导体电阻的大小与导体的温度有关。

说明：对大多数导体而言，电阻值随温度的升高而增大。

一般金属导体温度升高几摄氏度或几十摄氏度，电阻值的变化不超过百分之几，通常可以忽略温度对电阻的影响，在初中阶段如果不加说明，温度对电阻的影响不考虑。

3.滑动变阻器（1）问题探究：生活、学习中我们经常用台灯，如果感觉台灯发出的光太亮时，我们可以调节台灯旋钮使灯光变暗，为什么调节旋钮可以使灯光变暗呢？探究分析：要实现这一场景，必须设法使电路中的电阻能够连续改变。

导体的电阻与导体的长度、横截面积、材料以及温度有关，要想改变导体的材料、横截面积、温度不方便，因此只能改变导体的长度。

但是，直接改变接入电路中的电阻，利用这一原理制成的能改变电阻的元件叫做滑动变阻器。

（2）原理：靠改变连接电路中的电阻丝的长度来改变接入电路中电阻的大小。

（3）构造：主要部件是电阻丝绕成的线圈，与滑片接触处线圈表面涂有的绝缘漆已被刮去；滑片套在金属杆上，可自由滑动；金属杆的电阻很小，相当于一根导线。

（4）作用：调节滑动变阻器的滑片P，可以逐渐改变电路中的电阻，从而逐渐改变电路中的电流和部分电路两端的电压，另外还可以起到保护电路的作用（防止电路元件被烧坏）。

（5）构造：示意图和符号注意:①滑变铭牌的物理意义：如一个滑变上标有“50Ω，1.5A”的字样，它表示的是滑变接入电路中的最大阻值是50Ω，允许通过的最大电流是1.5A。

②滑变要与被控电路串联。

③将滑变接入电路时应选择采用“一上一下”两个接线柱的接法，不能同时接上面两个接线柱（R=0），也不能同时使用下面两个接线柱（R=为定值，即最大阻值），否则，起不到改变电路中阻值的作用。

④为了保护电路，在连接好电路闭合开关前将滑变P置于最大阻值处。

（6）滑动变阻器的接法①接入电路中的电阻丝是AP，结论是滑片P向右移动，连入电路中的电阻丝边长，滑变连入电路中的电阻变大；滑片P向左移动，连入电路中的电阻丝变短，滑变连入电路中的电阻变小。

②连入电路中的电阻丝是BP，结论是滑片P向右移动，连入电路中的电阻丝边短，滑变连入电路中的电阻变小；滑片P向左移动，连入电路中的电阻丝变长，滑变连入电路中的电阻变大。

③错误接法：没有电阻丝连入电路，结论是相当于一根导线连入电路，不能改变电路中的电阻④错误接法：电阻丝全部接入电路，结论是不能改变电路的电阻，相当于定值电阻。

（7）判断滑动变阻器连入电路的电阻值变化的步骤①确定滑变与电路的接法。

②根据电流通过滑变的情况，判断滑变的那段电阻丝连入电路。

③根据滑片P位置的变化，判断通有电流的电阻丝长度的变化。

④由滑变电阻丝接入电路的长度变化判断其接入电路中的电阻大小的变化。

4.电阻箱（1）旋钮式电阻箱①电阻箱是一种能读出连入电路阻值的变阻器，在电路中用符号表示。

②结构：如图，箱面上有两个接线柱、四个旋盘。

③使用方法：使用时，把两个接线柱接入电路，调节四个旋盘就能得到0--9999Ω的任意整数阻值。

④读数方法：分别计算出四个旋盘上小三角指示的示数与面板上对应倍数的乘积，将得到的四个乘积相加，就是电阻箱接入电路中的阻值。

如图所示的电阻箱连入电路的阻值为： R=0×1000Ω+6×100Ω+2×10Ω+4×1Ω=624Ω（2）滑变与电阻箱的异同滑变与变阻箱接入电路后，都能改变电路中的总电阻，控制电路中电流的大小。

不同点相同点用法能否读数滑变接“一上一下”两个接线柱，滑动滑片不能读数都能改变电阻；都有规定的最大阻值和允许通过的最大电流值；都串联在被控电路中变阻箱调节旋盘可直接读出接入电路中的电阻值第二节科学探究：欧姆定律1.电流的大小与那些因素有关实验探究：电流的大小与那些因素有关提出问题：电路中的电流有大有小，电流的大小与那些因素有关呢？猜想与假设：①电压是电流产生的原因，那么升高电压，电流是否也跟着增大？②电阻对电流有阻碍作用，增大导体的电阻，通过导体的电流是否会减小？设计实验与制定计划：由于电流可能受电压、电阻等多种因素的影响，所以应当采用“控制变量法”，研究电流的大小分别与电压和电阻的关系。

A.研究电流跟电压的关系时，保持电路中的电阻不变（使用同一段导体），通过调节滑变接入电路中的阻值大小来改变电阻两端的电压，研究通过电阻的电流随它两端电压变化的关系。

B.研究电流跟电阻的关系时，通过调节滑变使电阻两端的电压不变，分别换用不同阻值的电阻接入电路，研究电流与电阻的关系。

C.设计如图所示电路图实验器材：电源一个，电压表一个，电流表一个，滑变一个，阻值分别为5Ω、10Ω、20Ω的定值电阻各一个，开关一个，导线若干。

实验开始前需要注意及了解的几点？①电流表作用是观测导体中的电流，电压表作用是测量电阻两端电压，滑变作用是调节电阻两端的电压。

5Ω、10Ω、20Ω的定值电阻作用是研究电流的大小与电阻的关系时，不仅要改变导体的电阻大小，还需要知道电阻的阻值，选用5Ω、10Ω、20Ω的定值电阻换接改变电阻。

②在测量过程中，开关闭合时间不宜过长，以减小电阻发热影响电阻大小而给实验带来误差。

③为了防止偶然性巧合发生，测量次数尽量多一些，至少要测三组，以使实验结论更具有普遍性。

④若选用学生电源，用滑变调节电阻两端的电压时，尽量使电阻两端电压成整数倍增大，以减小读数带来的误差。

此时滑变的作用是改变电阻两端的电压。

当换接定值电阻后，滑变的作用是保持电阻两端的电压。

实验过程：A.按照电路图将实验器材连接好。

B.保持电阻不变，如接入定值电阻R=5Ω，探究电流随定值电阻两端电压变化关系时，通过调节滑变，使定值电阻R两端的电压成整数倍变化，如电压分别为2V、4V、6V，观察电流表，读出不同电压下电流表的示数，填表一中。

实验序号电阻R/Ω电压U/V 电流I/A15Ω2 0.42 4 0.83 6 1.2表一保持电阻不变时，研究电流随电压的变化C.保持电阻R两端的电压不变，如U=5V，用换接的方法改变电阻的阻值，如将5Ω的电阻先后换接为10Ω、20Ω的电阻，观察电流表，读出不同电阻时电流表的示数，填表二中。

实验序号电压U/V 电阻R/Ω电流I/A15V 5 12 10 0.53 20 0.25根据表一和表二的数据可以分别汇出，电阻不变时电流随电压变化的图像和电压不变时电流随电阻变化的图像，分别如下：分析与论证：（1）分析图像甲和表一中的实验数据，可以看出，在导体的电阻一定时，电压与电流的比值是一个定值，即导体中的电流跟导体两端的电压成正比，加在它两端的电压越大，通过该导体的电流越大。

（2）分析图像乙和表二中的实验数据，可以看出，在导体两端的电压一定时，电流与电阻的乘积是一个定值，即导体中的电流跟导体的电阻成反比，导体电阻越小，通过该导体的电流越大。

得出结论：保持电阻一定时，电流和电压成正比关系；保持电压不变时，电流跟电阻成反比关系。

在理解电流跟电压、电阻的关系时应注意的三个问题？①导体中的电流和导体两端的电压都是针对同一段导体而言的，用电压表和电流表测量的是同一段导体两端的电压和通过它的电流。