運(yùn)用歐姆定律要做到“對(duì)應(yīng)”。就是說(shuō),只有對(duì)于同一導(dǎo)體(或同一段電路)、同一過程上的電流、電壓和電阻,才能代入歐姆定律的公式。為了做到“對(duì)應(yīng)”,常常采取加腳碼的方法,對(duì)于同一個(gè)導(dǎo)體(或同一段電路)上的各物理量運(yùn)用同一個(gè)腳碼,例如某導(dǎo)體的電阻用R1表示,它的電流、電壓分別用I1、U1表示,電阻R2的電流、電壓分別用I2、U2表示,在書寫歐姆定律的公式時(shí),也要做到“對(duì)號(hào)入座”,即I1=U1/R1,I2=U2/R2等。同理,對(duì)于同一個(gè)過程也要用角標(biāo)將它們加以區(qū)分開來(lái)。
一、兩表的變化
例1 如圖1中電源電壓保持不變,R2為定值電阻。開關(guān)S閉合后,以下說(shuō)法正確的是( )。
A. 滑片P向右移動(dòng),表A示數(shù)變小,表V示數(shù)變小
B. 滑片P向右移動(dòng),表A示數(shù)變大,表V示數(shù)變大
C. 滑片P向左移動(dòng),表A示數(shù)變小,表V示數(shù)變大
D. 滑片P向左移動(dòng),表A示數(shù)變大,表V示數(shù)變小
解析:滑片P向右移動(dòng)時(shí),滑動(dòng)變阻器R1的阻值變大,電路中的總電阻變大,電源電壓不變,根據(jù)公式I=■可知,電路中的電流變小,R2的阻值不變,由U2=I2R2可知這時(shí)R2兩端的電壓變小。則電流表、電壓表的示數(shù)均變小。同理,若滑片P向左移動(dòng),電流表、電壓表的示數(shù)均變大。故正確選項(xiàng)為A。
答案:A
點(diǎn)撥:本題考查了同學(xué)們對(duì)電路電阻發(fā)生變化時(shí),相應(yīng)電表示數(shù)變化對(duì)應(yīng)關(guān)系的掌握程度,并能熟練運(yùn)用歐姆定律解決問題。這一考點(diǎn)是中考考查頻率最高的考點(diǎn)之一。電路中電表的示數(shù)變化問題主要有兩種類型:一類是由于開關(guān)的斷開或閉合,引起電路中各物理量的變化;另一類是由于變阻器滑片的移動(dòng),引起電路中各物理量的變化。這類問題的解題思路應(yīng)先認(rèn)清電路的連接形式,然后分清電流表和電壓表在測(cè)誰(shuí)的電流和電壓,再根據(jù)電路總電阻的變化,運(yùn)用歐姆定律和串、并聯(lián)電路的特點(diǎn),來(lái)分析電流表和電壓表示數(shù)的變化。
二、開關(guān)與電路變化
例2 如圖2 所示電路,電源電壓恒定不變,R1、R2為兩個(gè)定值電阻,其阻值不隨溫度變化。當(dāng)閉合開關(guān)S1,斷開開關(guān)S2、S3時(shí),電流表的示數(shù)為3A;當(dāng)閉合開關(guān)S1和S2,斷開開關(guān)S3時(shí),電流表的示數(shù)為5A;當(dāng)閉合開關(guān)S3,斷開S1、S2時(shí),電路的總電阻為R3,則R1與R3之比為( ?搖)。
A. 5∶2?搖 B. 2∶5
C. 5∶3 D. 3∶5
解析:當(dāng)閉合開關(guān)S1,斷開開關(guān)S2、S3時(shí),只有電阻R1接在電源的兩端,電流為3A,則R1=■;閉合開關(guān)S1和S2,斷開開關(guān)S3時(shí),R1與R3并聯(lián),故通過R2的電流I2=I-I1=5A-3A=2A,R2=■=■。當(dāng)閉合開關(guān)S3,斷開S1、S2時(shí),R1與R2串聯(lián),R3=R1+R2=■+■=■。所以R1 ∶ R3=■ ∶ ■=2 ∶ 5。
答案:B
點(diǎn)撥:開關(guān)在電路中的作用,除使整個(gè)電路接通或斷開外,還可以改變電路結(jié)構(gòu)和使部分電路形成短路。本題的三個(gè)開關(guān)處在不同狀態(tài)時(shí),形成了三個(gè)不同的電路:①只有R1接在電路中;②R1與R2并聯(lián)接在電路中;③R1與R2串聯(lián)接在電路中。只有根據(jù)題意,認(rèn)清電路結(jié)構(gòu),才能運(yùn)用串、并聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律解題。
三、實(shí)驗(yàn)探究
例3 要測(cè)出一個(gè)未知電阻Rx的阻值。現(xiàn)有量程適當(dāng)?shù)碾妷罕?、電流表各一只,已知阻值為R0的電阻一只,以及電源、若干開關(guān)和導(dǎo)線。請(qǐng)根據(jù)以下要求設(shè)計(jì)兩種測(cè)量Rx阻值的方法。要求:
(1)電流表、電壓表、已知阻值的電阻R0三個(gè)器材,每次只能選用兩個(gè);
(2)測(cè)量器材在一種方法中可以使用兩次(即可以測(cè)出電路中兩個(gè)不同部分的值);
(3)將實(shí)驗(yàn)電路圖、測(cè)量的物理量及RX的表達(dá)式分別填入下表。
解析:要測(cè)出Rx的阻值,由公式Rx=■知,必須設(shè)法直接或間接測(cè)出Ux、Ix。
方法一:電路如圖3所示,閉合開關(guān)S,測(cè)出Rx兩端電壓Ux和通過Ix的電流Ix,則Rx=■。
方法二:電路如圖4所示,閉合開關(guān)S,用電壓表分別測(cè)出RX兩端電壓Ux和R0兩端電壓U0,則Rx=■R0。
點(diǎn)撥:這是一道測(cè)未知電阻的電路設(shè)計(jì)題,此題解法較多,要求同學(xué)們根據(jù)歐姆定律及串、并聯(lián)電路的特點(diǎn),進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。這類考題考查的知識(shí)面大,層次也深,不但實(shí)驗(yàn)的基本項(xiàng)目要考查,而且還要考慮器材的規(guī)格和性能以及在實(shí)驗(yàn)中起的主要作用,有實(shí)驗(yàn)電路圖或?qū)嵨飯D的連接、電路故障的判斷等,實(shí)驗(yàn)中往往同時(shí)使用電學(xué)的三大儀器——電流表、電壓表和滑動(dòng)變阻器。因此是近幾年各地中考的熱點(diǎn),考查的重中之重,出題形式也靈活多樣。
四、綜合應(yīng)用
例4 小雯設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量物體重力的“托盤秤”,如圖5所示是原理示意圖,其中的托盤用來(lái)放置被測(cè)物體,OBA是可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的杠桿,R1是壓力傳感器(其電阻值會(huì)隨所受壓力大小而變化,變化關(guān)系如下表),R0為定值電阻,為顯示重力大小的儀表(實(shí)質(zhì)是一個(gè)量程為0~3 V的電壓表)。已知OB ∶ OA=1 ∶ 2,R0=100 Ω,電源電壓恒為3 V(忽略托盤、杠桿及壓桿的重力)。
(1)托盤上沒放物體時(shí),壓力傳感器R1的電阻值是?搖?搖 ?搖?搖Ω。
(2)當(dāng)托盤上放被測(cè)物體時(shí),電壓表的示數(shù)如圖6所示,則此時(shí)壓力傳感器R1上的電壓是多少?
(3)第(2)題中被測(cè)物體的重力是多少?
解析:(1)由表中壓力與電阻的關(guān)系可知,當(dāng)托盤上沒放物體,即壓力為0時(shí),R1的電阻值是300 Ω。
(2)由圖可知,R0和R1串聯(lián),電壓表顯示加在R0兩端的電壓U0,根據(jù)串聯(lián)電路的電壓關(guān)系知,加在R1兩端的電壓為:U1=U-U0=3 V-2 V=1 V。
(3)根據(jù)串聯(lián)電路的電流規(guī)律及歐姆定律,I1=I0=U0/R0=2 V/100 Ω=0?郾02 A,R1=U1/I1=1V/0?郾02 A=50 Ω
查表得:F=250 N
由杠桿平衡條件可知GlOB=FlOA
∴G=■=■=500 N
答案:(1)300(2)1 V(3)500 N
點(diǎn)撥:本題通過外部條件的改變引起了電阻阻值的變化,所以解答此類問題的關(guān)鍵是正確判斷電路中電阻的變化,利用歐姆定律分析電路中電流或電壓如何隨電阻而變化。