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很多孩子公式背得很熟:I=U/R,变形也会:U=IR,R=U/I。
原因不是公式没背,而是没有真正理解:
今天这篇文章,把欧姆定律涉及的概念、逻辑、模型、题型、易错点和例题一次讲清楚。
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01|先记住:欧姆定律研究的是哪三个物理量?
欧姆定律涉及三个核心物理量:
【电流】
符号:I
单位:安培,简称安,符号A。
表示电流强弱。
【电压】
符号:U
单位:伏特,简称伏,符号V。
电压是形成电流的原因。
【电阻】
符号:R
单位:欧姆,简称欧,符号Ω。
电阻表示导体对电流阻碍作用的大小。
欧姆定律内容:
【导体中的电流,跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。】
公式:
I=U/R
变形公式:
U=IR
R=U/I
单位必须统一:
I用A,U用V,R用Ω。
如果题目给的是mA,要先换算:
1A=1000mA。
如果给的是kV,要先换算:
1kV=1000V。
如果给的是kΩ,要先换算:
1kΩ=1000Ω。
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02|底层逻辑:R=U/I是计算式,不是决定式
这是欧姆定律最大的易错点。
很多学生看到R=U/I,就说:
“电压越大,电阻越大。”
“电流越大,电阻越小。”
这是错的。
电阻R是导体本身的一种性质,由导体的材料、长度、横截面积和温度决定。对同一个定值电阻来说,只要温度变化不大,电阻可以认为不变。
R=U/I只是告诉我们:
可以用导体两端的电压除以通过它的电流,来计算出电阻大小。
但不能说电阻与电压成正比、与电流成反比。
正确表述是:
【在电阻一定时,导体中的电流与导体两端的电压成正比。】
【在电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比。】
注意两个“一定”:
研究I与U关系时,控制R不变;
研究I与R关系时,控制U不变。
这就是控制变量法。
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03|欧姆定律的使用条件:同一段导体、同一时刻
欧姆定律不能乱套。使用时要抓住:
【同一段导体】
【同一时刻】
【同一状态】
也就是说,I、U、R必须对应同一个电阻、同一时刻的电压和电流。
比如串联电路中,R1的电流、电压、电阻要用R1自己的数据;R2要用R2自己的数据。不能把R1的电压除以R2的电流去求电阻。
动态电路中,滑动变阻器滑片移动后,电流和电压都变了,不能拿变化前的电流和变化后的电压代入同一个R=U/I。
一句话:
【欧姆定律三量必须“配套”。】
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04|串联电路模型:电流相等,电压分配
串联电路特点:
I=I1=I2
U=U1+U2
R=R1+R2
欧姆定律结合串联:
U1=I×R1
U2=I×R2
串联分压规律:
U1/U2=R1/R2
也就是说,串联电路中,电阻越大,分到的电压越大。
解题步骤:
第一步:判断电路是串联还是并联;
第二步:明确电表测谁;
第三步:找已知量和未知量;
第四步:用串联电流相等、电压相加、电阻相加列式;
第五步:代入I=U/R计算。
常见模型:两个电阻串联,已知总电压和两个电阻,求电流和各电阻两端电压。
方法:
先求总电阻R=R1+R2;
再求总电流I=U/R;
最后求U1=I×R1,U2=I×R2。
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05|并联电路模型:电压相等,电流分配
并联电路特点:
U=U1=U2
I=I1+I2
1/R=1/R1+1/R2
两个电阻并联时,总电阻也可以写成:
R=R1×R2/(R1+R2)
并联分流规律:
I1/I2=R2/R1
也就是说,并联电路中,电阻越大,分到的电流越小。
解题步骤:
第一步:判断并联关系;
第二步:明确各支路电压相等;
第三步:分别求各支路电流I1=U/R1,I2=U/R2;
第四步:干路电流I=I1+I2;
第五步:需要总电阻时用R=U/I或并联公式。
常见模型:两个电阻并联,已知电源电压和两个电阻,求干路电流。
方法:
先求I1=U/R1,I2=U/R2;
再求I=I1+I2。
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06|动态电路模型:滑片一动,示数怎么变?
动态电路是中考高频题,也是易错题。
解题口诀:
【先看连接,再看变化;
总阻先判,总流后算;
定值电阻电压跟着电流走;
变阻器电压用总电压减。】
具体步骤:
第一步:判断电路连接方式,是串联还是并联;
第二步:判断滑动变阻器接入电路的电阻变大还是变小;
第三步:判断总电阻变大还是变小;
第四步:根据I=U/R判断总电流变大还是变小;
第五步:判断定值电阻两端电压U=IR如何变化;
第六步:根据串联电压关系判断滑动变阻器两端电压如何变化。
串联动态电路常见结论:
滑动变阻器电阻变大:
总电阻变大;
总电流变小;
定值电阻两端电压变小;
滑动变阻器两端电压变大。
滑动变阻器电阻变小:
总电阻变小;
总电流变大;
定值电阻两端电压变大;
滑动变阻器两端电压变小。
注意:并联电路中,各支路电压等于电源电压。
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07|伏安法测电阻:实验模型和易错点
伏安法测电阻原理:
R=U/I
用电压表测待测电阻两端电压U,用电流表测通过它的电流I,算出R。
实验器材:
电源、开关、待测电阻、滑动变阻器、电压表、电流表、导线。
滑动变阻器的作用:
1. 保护电路;
2. 改变待测电阻两端电压和通过的电流,便于多次测量。
1. 按电路图连接实物,开关断开;
2. 滑动变阻器滑片调到阻值最大处;
3. 闭合开关,调节滑片,读出多组U、I;
4. 每次用R=U/I算出电阻;
5. 求平均值减小误差。
1. 连接电路时开关必须断开;
2. 滑动变阻器要“一上一下”接入;
3. 闭合开关前滑片调至阻值最大处;
4. 电压表并联在待测电阻两端;
5. 电流表串联在电路中;
6. 电表正负接线柱不能接反;
7. 多次测量求平均值是为了减小误差,不是因为电阻随电压电流变化。
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08|图像题模型:U-I图像和I-U图像怎么读?
欧姆定律图像题常见两种:
【U-I图像】
横轴是电流I,纵轴是电压U。
对于定值电阻,图像是一条过原点的直线。
直线斜率表示电阻R。
因为U=IR,斜率k=U/I=R。
【I-U图像】
横轴是电压U,纵轴是电流I。
对于定值电阻,图像也是一条过原点的直线。
直线斜率表示电阻的倒数1/R。
因为I=U/R,斜率k=I/U=1/R。
图像题方法:
一看坐标轴代表什么;
二看直线是否过原点;
三看斜率表示R还是1/R;
四看同一电压下比较电流,或同一电流下比较电压;
五结合串联、并联规律判断。
易错点:
不要把U-I图像和I-U图像混淆;
不要看到直线就说电阻变化;
定值电阻的U-I图像是直线,说明电阻一定。
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09|常见题型与解题方法
【题型1】简单计算题
已知U和R,求I:I=U/R。
已知I和R,求U:U=IR。
已知U和I,求R:R=U/I。
注意单位换算。
【题型2】串联计算题
先求总电阻R=R1+R2;
再求电流I=U/R;
再求各电阻电压U1=IR1,U2=IR2。
检查:U1+U2是否等于总电压。
【题型3】并联计算题
各支路电压相等;
分别求I1=U/R1,I2=U/R2;
干路电流I=I1+I2。
检查:干路电流是否等于各支路电流之和。
【题型4】动态电路题
按“连接方式—电阻变化—总电阻—总电流—定值电阻电压—变阻器电压”的顺序判断。
【题型5】实验题
伏安法测电阻,注意电表接法、滑动变阻器作用、多次测量求平均值。
【题型6】图像题
先看坐标轴,再看斜率,最后结合串并联规律。
【题型7】故障判断题
电流表有示数、电压表无示数,可能是与电压表并联的元件短路;
电流表无示数、电压表有示数,可能是与电压表并联的元件断路。
判断时结合电路连接和电表位置分析。
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10|易错点清单,建议学生背下来
2. 不能说“电压越大电阻越大”“电流越大电阻越小”。
3. 欧姆定律三量必须对应同一段导体、同一时刻。
4. 串联电路电流处处相等,电压按电阻分配。
5. 并联电路电压处处相等,电流按电阻反比分配。
6. 滑动变阻器电阻变大,串联总电阻变大,总电流变小。
7. 并联电路中,电源电压不变时,一条支路变化不影响另一条支路电流。
8. 伏安法测电阻多次测量求平均值是减小误差。
9. U-I图像斜率是R,I-U图像斜率是1/R。
10. 计算前先统一单位:A、V、Ω配套使用。
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11|例题精讲
【例1】一个定值电阻R=10Ω,两端电压U=5V,求通过它的电流I。
解:
根据I=U/R
I=5V/10Ω=0.5A
答:通过电阻的电流是0.5A。
【例2】两个电阻R1=10Ω,R2=20Ω串联,电源电压U=6V。求电路电流和R1两端电压。
解:
串联总电阻R=R1+R2=10Ω+20Ω=30Ω
电流I=U/R=6V/30Ω=0.2A
R1两端电压U1=I×R1=0.2A×10Ω=2V
答:电流为0.2A,R1两端电压为2V。
【例3】两个电阻R1=10Ω,R2=20Ω并联,电源电压U=6V。求各支路电流和干路电流。
解:
并联电压相等,U1=U2=6V
I1=U/R1=6V/10Ω=0.6A
I2=U/R2=6V/20Ω=0.3A
干路电流I=I1+I2=0.6A+0.3A=0.9A
答:I1为0.6A,I2为0.3A,干路电流为0.9A。
【例4】某定值电阻的U-I图像是一条过原点的直线,当U=4V时,I=0.2A。求电阻R。
解:
R=U/I=4V/0.2A=20Ω
答:电阻为20Ω。
【例5】串联电路中,滑动变阻器滑片向右移动,接入电阻变大。判断电流表和定值电阻两端电压表示数变化。
解:
滑动变阻器电阻变大,总电阻变大;
电源电压不变,总电流变小,电流表示数变小;
定值电阻阻值不变,电流变小,所以定值电阻两端电压变小;
滑动变阻器两端电压变大。
答:电流表示数变小,定值电阻两端电压表示数变小。
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12|课堂小结:一句话记住欧姆定律
【I=U/R是计算式,R=U/I不是决定式;三量要配套,串联分压,并联分流,动态电路先看总电阻。】
再送一个口诀:
欧姆定律三量配,
同一导体同一时;
电阻本身定性质,
不是电压电流定;
串联电流处处等,
电压按照电阻分;
并联电压处处等,
电流按照反比分;
滑片一动看总阻,
总流一变全跟进;
伏安法测R=U/I,
多次测量求平均。
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【文末】
欧姆定律真正难的不是背公式,而是理解“三量配套”和动态电路分析。
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下期再见。
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