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文檔簡介
17.1電流與電壓和電阻的關系(導學案)【學習目標】1.通過實驗探究電流跟電壓、電阻的關系,讓學生經歷科學探究的全過程。2.進一步熟悉探究實驗中常用的一種方法—控制變量法。3.會觀察、收集、分析實驗中的數據并嘗試采用圖象法分析實驗數據。4.能說出電流與電壓、電阻間的正比、反比關系?!緦W習重點】通過實驗探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系?!緦W習難點】1.運用控制變量的方法來設計和完成實驗既是重點也是難點。2.利用圖象進行線性數據分析?!咀灾黝A習】閱讀教材,完成以下問題:1.探究導體中的電流跟導體兩端電壓的關系(1)猜想:由于電壓是形成電流的原因,說明電流的大小與電壓有關。(2)探究方法:控制變量法。為了研究電阻中的電流跟電壓的關系,我們應控制電阻一定,通過在電路中串聯一個滑動變阻器來調節(jié)導體兩端的電壓。(3)結論:電阻一定時,導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比。2.探究通過導體的電流與導體電阻的關系(1)猜想:導體電阻對電流有阻礙作用,所以通過導體的電流的大小與電阻有關。(2)探究方法:控制變量法。為了研究通過導體的電流跟電阻的關系,我們應控制導體兩端的電壓一定,通過換用不同的導體來改變電阻.(3)結論:電壓一定時,通過導體的電流跟導體的電阻成反比.【合作探究】探究一、電阻一定時,導體中的電流跟電壓的關系【提出問題】電阻一定時,電流與電壓存在怎樣的關系?【猜想與假設】因為電壓是形成電流的原因。若電阻一定,可能電壓越大,電流越大?!驹O計實驗】實驗中,應該控制哪些物理量不變,哪些量改變?畫出電路圖,寫出用到的實驗器材。(1)運用控制變量法,控制電阻的阻值不變。并用電流表測出電路中的電流,用電壓表測出定值電阻兩端的電壓,通過調節(jié)滑動變阻器改變電阻兩端的電壓。(2)實驗電路圖如圖所示。(3)實驗器材:電源、定值電阻、滑動變阻器、電鍵、電流表、電壓表、導線等?!具M行實驗】(1)按電路圖把一個10Ω的定值電阻連接電路。(2)閉合開關前,檢查電路中各元件的連接是否正確,將滑動變阻器的滑片調到阻值最大處。(3)調節(jié)滑動變阻器使電阻兩端的電壓分別為1V、2V、3V、4V、5V、6V,讀出此時相應的電流值記入下表中。電阻電阻R10Ω電壓U/V1.02.03.04.05.06.0電流I/A【分析論證】(1)分析實驗數據發(fā)現電流與電壓有關,電流隨電壓的增大而增大,并且成正比。(2)在坐標系中根據各電流值和對應的電壓值描點,畫出IU圖像。分析圖像可得出:通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比。(3)實驗結論:在電阻一定時,通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比?!驹u估與交流】(1)滑動變阻器的作用:保護電路、改變定值電阻兩端的電壓.(2)表格錯誤數據的分析:分析比較各組數據電壓與電流的比值是否相同,不同的一組數據為錯誤數據。(3)提示:①結論中的電流、電壓、電阻是針對同一導體而言的。②明確電流與電壓存在的因果關系,電壓是導體中產生電流的原因,而不是導體中有了電流才在導體兩端產生電壓,所以不能說電阻一定時,電壓與電流成正比。③在歸納結論時,不能漏掉前提條件“電阻一定”?!纠}1】在探究電阻一定時,電流與電壓關系的實驗中,某同學連接的電路如圖所示,電源電壓保持3V不變,閉合開關,調節(jié)滑動變阻器,得到的實驗數據如下表;下列說法正確的是(
)實驗序號實驗序號12345電壓U/V0.60.91.21.51.8電流I/A0.150.220.300.380.45A.多次實驗的目的是為了減小誤差B.第4次實驗數據是錯誤的C.由該實驗可得出:在電阻一定時,通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比D.由該實驗可得出:在電阻一定時,導體兩端的電壓與通過導體的電流成正比【答案】C【詳解】A.探究電流與電壓關系時,多次實驗的目的是為了得到普遍規(guī)律,故A錯誤;B.由第4次的實驗數據可得,電壓與電流的比值U4/I4=1.5V/0.38A=3.94ΩU1/I1=0.6V/0.15A=4Ω實驗時存在誤差,導致第4次實驗數據偏小,但是正確,故B錯誤;CD.由該實驗可得出:電阻一定時,通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比。因為電壓與電流無關,所以不能講:電阻一定時,導體兩端的電壓與通過導體的電流成正比。故選C?!纠}2】已知通過導體的電流與導體兩端的電壓和導體的電阻有關。某同學探究“通過導體的電流與導體兩端電壓的關系”。(1)連接的部分電路如圖1,還應該_____;A.將燈泡并聯在電流表兩端B.將燈泡并聯在電壓表兩端C.將定值電阻并聯在電流表兩端D.將定值電阻并聯在電壓表兩端(2)閉合開關前,應將滑動變阻器的滑片移動到_____端(選填“A”或“B”);(3)記錄的實驗數據如下表:實驗次數123456電阻R/Ω5電壓U/V0.51.01.52.02.53.0電流I/A0.100.200.300.400.500.60在方格紙上畫出電流I與電壓U的關系圖像;______(4)分析圖2得出的探究結論是:_____?!敬鸢浮浚?)D;(2)B;(3)導體電阻一定時,通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比;(4)見圖。【詳解】(1)探究“通過導體的電流與導體兩端電壓的關系”,需要保持電阻不變,改變電阻兩端的電壓,因此應選用定值電阻與電壓表并聯,故ABC不符合題意,D符合題意。故選D。(2)為了保護電路,閉合開關前,應將滑動變阻器的滑片移到最大阻值處,由圖知,滑片左側電阻絲接入電路,所以滑片應移到阻值最大的B端。(3)根據表格中數據描點連線,如圖所示:(4)因為繪制出的I﹣U圖像為過原點的直線,所以可得結論:導體電阻一定時,通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比。探究二、電壓一定時,電流與電阻的關系【提出問題】電壓一定時,電流與電阻存在怎樣的關系?【猜想與假設】因為電阻對電流有阻礙作用,所以若電壓一定,可能電阻越大,電流越小?!驹O計實驗】要研究電流與電阻的關系,必須改變接入電路的阻值R,所以要更換不同的電阻R接入電路。實驗中要控制電阻兩端的電壓不變,所以需要在電路中串聯滑動變速器,通過調節(jié)滑動變速器,保持電阻R兩端的電壓不變,電路圖如圖所示?!緦嶒炂鞑摹侩娫?、不同阻值的定值電阻多個、滑動變阻器、開關、電流表、電壓表、導線等。【進行實驗】(1)按電路圖連接電路。(2)閉合開關前,檢查電路中各元件的連接是否正確,將滑動變阻器的滑片調到阻值最大處。(3)把阻值為5Ω的定值電阻接入電路,閉合開關,調節(jié)滑動變阻器,使電壓表示數為3V保持不變,讀出電流表的示數,記錄在下面的表格中。(4)把阻值為5Ω的定值電阻分別更換為10Ω、15Ω、25Ω的定值電阻,調節(jié)滑動變阻器,使電壓表示數保持3V不變,讀出電流表的示數,記錄在下面的表格中。電壓電壓U/V2電阻R/Ω5101525電流I/A0.150.220.300.38【分析論證】(1)分析實驗數據發(fā)現:電流與電阻有關,電流隨電阻的增大而減小,且電流與電阻的乘積為一定值,說明電流與電阻并且成反比。(2)在坐標系中畫出IR圖像。分析圖像可得出:通過導體的電流與導體的電阻成反比。反比“電壓一導體中的電流與導體的電阻成反比”也可以說成“電壓一定時,導體中的電流與導體電阻的倒數(2)更換阻值大的定值電阻后,電壓表示數不能調節(jié)到所需要的值的原因是電源電壓過大或滑動變阻器的最大阻值過?。桓鼡Q阻值較小的定值電阻后,電流變大,若實驗無法進行,原因是電流表所選的量程過小。(3)如果用干電池做實驗,可以通過改變串聯干電池的節(jié)數來改變定值電阻兩端的電壓(圖甲);如果用學生電源做實驗,可以通過轉動旋鈕來改變定值電阻兩端的電壓(圖乙);如果用滑動變阻器,可以將滑動變阻器串聯在電路中起分壓作用,改變定值電阻兩端的電壓。(4)注意:對實驗結論兩種錯誤的語言描述:①“導體中的電流跟導體的電阻成反比”。——漏掉了結論的前提條件(在電壓一定時)。②“電壓一定時,導體的電阻與導體中的電流成反比”?!e了結論的因果關系(因為電阻是導體本身的性質,跟電壓和電流都沒關系)?!纠}3】小明在探究通過導體的電流跟電阻的關系實驗中,如圖甲所示,【答案】C.【解析】①實驗中應控制導體兩端的電壓不變,換用不同的導體,所以①正確。②由圖像知,導體兩端的電壓UR=IR=0.1A×20Ω=2V;②錯誤。③導體的電阻是導體的一種性質,與電壓、電流無關,故③錯誤。④分析圖像可得:每次實驗中,電流與電阻的乘積相等,即在電壓一定時,導體中的電流與電阻成反比;④正確。所以選C.【例題4】小舟和小嘉兩位同學分別探究“電流和電阻的關系”。小舟探究過程如下:【實驗步驟】Ⅰ.根據設計的方案將阻值為5Ω的電阻接入電路,閉合開關,調節(jié)滑動變阻器的滑片,觀察并記錄相關數據;Ⅱ.換用阻值為10Ω、20Ω的電阻,重復上述過程。請你用筆畫線代替導線,將電壓表接入圖甲電路中;______。【得出結論】小舟對記錄的數據進行處理,并繪制成圖乙,據此得出的結論是__________;【交流反思】小嘉用和小舟同樣的器材進行實驗卻無法得出正確結論,其記錄的數據如表所示,請你幫他分析原因:_________。【答案】電壓一定時,通過導體的電流與電阻成反比;沒有控制電阻兩端的電壓不變?!驹斀狻刻骄侩娏骱碗娮璧年P系,應將電壓表并聯電阻的兩端,因為電源電壓是3V,所以電壓表選擇小量程,如下圖所示:由圖乙可知,電流與電阻的乘積U=IR=5Ω×0.4A=10Ω×0.2A=2V故可以得出結論是:電壓一定時,通過導體的電流與電阻成反比。由表中數據可知5Ω×0.3A≠10Ω×0.2A≠20Ω×0.12A而探究電流和電阻的關系時,采用控制變量法,應控制電阻兩端的電壓不變,所以小嘉用和小舟同樣的器材進行實驗卻無法得出正確結論的原因是沒有控制電阻兩端的電壓不變?!揪v點撥】1.導體中的電流與導體兩端的電壓成正比,其前提條件是電阻一定;不能反過來說電壓跟電流成正比,因為電壓是電源提供的,它的大小與導體中通過的電流無關。2.導體中的電流與導體的電阻成反比,其前提條件是電壓一定;不能反過來說電阻跟電流成反比,因為電阻是導體本身的一種性質,它的大小由導體本身來決定,與導體中通過的電流無關?!練w納整理】第1節(jié)電流與電壓和電阻的關系【課堂練習】1.在“探究電流與電壓的關系”實驗中,用定值電阻進行實驗,得出了電流與電壓的關系()AA BC D【答案】B.【解析】用定值電阻進行實驗,電阻不變,所以電流隨電壓成正比,所以電流隨電壓變化關系圖像為過原點的直線。故選B。2.在“探究電流與電阻的關系”的實驗中如圖,下列說法正確的是()A.導體中的電流與導體的電阻成正比B.實驗中應控制電阻兩端電壓不變C.記錄多組數據是為了求平均值,減小誤差D.實驗只需用到一個10Ω的電阻【答案】B?!窘馕觥緼.在電壓不變時,導體中的電流與導體的電阻成反比,故A錯誤;B.根據單一變量原則,探究電流與電阻的關系時應控制電阻兩端電壓不變,故B正確;C.記錄多組數據是為了尋找普遍規(guī)律,故C錯誤;D.為了尋找普遍規(guī)律,實驗中需要更換不同阻值的電阻,故D錯誤。所以選B.3.小剛用圖所示電路探究“通過導體的電流跟電阻的關系”。實驗過程中,當把電阻R由5Ω更換為10Ω后,為了探究上述問題,他應采取的操作是()A.保持變阻器滑片不動 B.將變阻器滑片適當向左移動C.將變阻器滑片適當向右移動 D.適當增加電池的節(jié)數【答案】B。【解析】ABC.探究“導體的電流跟電阻的關系”,需保持導體兩端的電壓不變。當把電阻由5Ω更換為10Ω后,電阻變大,則電壓表的示數變大,此時應該增大變阻器的電阻減小電阻R兩端的電壓,使電壓表的示數保持不變。則滑片需向左移動增大滑動變阻器接入電路中的電阻。故B符合題意,AC不符合題意;D.增加電池節(jié)數時,R和變阻器的兩端電壓都會變大,故D不符題意。所以選B.4.張華同學在探究通過導體的電流與其兩端電壓的關系時,將記錄的實驗數據通過整理作出了如圖所示的圖像,根據圖像,下列說法錯誤的是()A.通過導體a的電流與其兩端的電壓成正比B.導體a的電阻大于導體b的電阻C.當在導體b的兩端加上1V的電壓時,通過導體b的電流為0.1AD.將a、b兩導體串聯后接到電壓為3V的電源上時,a導體兩端的電壓小于3V【答案】B.【解析】A.由圖像可知,通過a、b兩電阻的電流與各自兩端的電壓成正比例函數,即通過導體ab的電流與兩端的電壓成正比,故A正確,不符合題意;B.分析圖像,在電壓相同時,通過a的電流大于b的電流,故導體a的電阻小于導體b的電阻,故B不正確,符合題意;C.當導體b兩端的電壓2V時,通過的電流為0.2A;因為通過同一導體的電流與兩端的電壓成正比,所以當在導體b的兩端加上1V的電壓時,通過導體b的電流為0.1A;故C正確,不符題意;D.將a、b兩導體串聯后接到電壓為3V的電源上時,a導體兩端的電壓小于電源電壓3V,故D正確,不符合題意。所以選B.5.小華用圖示電路探究“電流跟電阻的關系”,他按正確的操作方法進行了多次實驗,記錄了多組數據,如果電源電壓保持不變,對他的實驗數據進行分析,下列物理量中發(fā)生改變的是()A.定值電阻兩端的電壓 B.滑動變阻器兩端的電壓C.電壓表與電流表示數之比 D.定值電阻與滑動變阻器兩端電壓之比【答案】C?!窘馕觥緼.探究“電流跟電阻的關系”,要控制定值電阻兩端的電壓不變,故A不符合題意;B.由串聯電路電壓的規(guī)律,定值電阻兩端的電壓不變,所以滑動變阻器兩端的電壓也不變,故B不符合題意;D.因為定值電阻兩端的電壓和滑動變阻器兩端的電壓均不變,因此定值電阻與滑動變阻器兩端電壓之比也不變,故D不符合題意;C.圖中電壓表測定值電阻的電壓,電流表測電路的電流,由歐姆定律,電壓表與電流表示數之比即定值電阻大小,因實驗中要換用不同的定值電阻,所以這個比值發(fā)生變化,故C符合題意。故選C。6.在“探究通過導體的電流與電阻的關系”實驗中:(1)小明連接的電路如圖甲所示,請用筆畫線代替導線把電路連接完整______;(2)根據表格中記錄的三組數據,發(fā)現電阻越大則電流越小,要判斷電流與電阻是否成反比,在不畫坐標圖像的前提下,應該如何對數據進行處理:______。實驗序號實驗序號R/ΩI/A①50.40②100.20③200.10【答案】見右圖.【解析】(1)如圖甲,滑動變阻器電阻絲的右端已接入電路,再把金屬桿的左端或右端與開關的右側接線柱連接即可,如圖所示:(2)計算出每次實驗中電流和電阻的乘積,如果三次乘積相同,說明電流與電阻成反比。7.為了做“探究電流與電壓的關系”的實驗,小明使用電壓恒為3V的電源、開關、導線若干、定值電阻R1、電流表,電壓表和滑動變阻器連接了圖甲所示的電路:(1)閉合開關后,小明調節(jié)滑片使電壓表示數為0.5V,記錄電流表讀數,再將滑片向著靠近_____端的方向移動,使電壓表示數為1.0V,繼續(xù)記錄電流表讀數;(選填“A”或“B”)(2)完成實驗并整理器材后,小明將所得數據描點連線畫出如圖乙所示的R1的I﹣U圖像,并根據圖像得出結論:_______;(3)為了得到更具有普遍性的結論,小白利用小明的實驗器材,僅將R1更換為不同阻值的定值電阻R2,重新連接電路并進行相同操作,畫出的IU圖像卻如圖丙所示,小明幫助小白進行分析,確認是電路連接錯誤,該錯誤為:_____________;(4)小明還認為,即使不重新進行實驗,利用小白的現有數據,也能畫出R2的IU圖像。請你在圖乙中畫出R2的IU圖,并通過圖像分析,R2_____R1(選填“>”、“<”或“=”)?!敬鸢福?)A;(2)在電阻一定時,通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比;(3)電壓表并聯在滑動變阻器的兩端了;(4)<?!驹斀狻浚?)閉合開關后,小明調節(jié)滑片使電壓表示數為0.5V,記錄電流表讀數,要使電壓表的示數為1.0V,即增大定值電阻兩端的電壓,由串聯電路電壓的規(guī)律知滑動變阻器兩端的電壓需要減小,由串聯電路的分壓作用知滑動變阻器的電阻需減小,即將滑片向著靠近A端的方向移動,使電壓表示數為1.0V,繼續(xù)記錄電流表讀數。(2)由圖已知,同一電阻的IU圖像是一條過原點的傾斜向上的圖像,在電阻一定時,通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比。(3)由圖丙知隨著電流的增大,電壓表的示數減小,說明電壓表并聯在滑動變阻器的兩端了。(4)由圖丙知當電壓表的示數為0.50V時,電路中的電流為0.50A,此時R2兩端的電壓為U1=3V0.5V=2.5V;依次類推:電路中的電流為0.40A,R2兩端的電壓為U2=3V1.0V=2.0V電路中的電流為0.30A,R2兩端的電壓為U3=3V1.5V=1.5V電路中的電流為0.20A,R2兩端的電壓為U4=3V2.0V=1.0V電路中的電流為0.10A,R2兩端的電壓為U4=3V2.5V=0.5V根據定值電阻R2兩端的電壓與電流的數據畫出圖像,見圖:由圖像知,R2小于R1.8.小桃在做“探究電流與電阻的關系”實驗時,連接實物電路如圖,電源電壓為3V。(1)連接實物電路前,開關應_________;電路接通前,滑動變阻器的滑片P應置于滑動變阻器的______端(填“A”或“B”);電路中滑動變阻器起到了保護電路元件安全和_______的作用;(2)閉合開關后無論怎樣移動滑動受用器的滑片P,發(fā)現電流表示數幾乎為零,電壓表示數約為3V,小桃猜想這可能是由電路中的元件________(填元件的字母代號)發(fā)生________故障引起的;(3)故障排除后,小桃得到的實驗數據如表所示,這些數據中有一組
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