走进欧姆定律问题大观园

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  运用欧姆定律要做到“对应”。就是说,只有对于同一导体(或同一段电路)、同一过程上的电流、电压和电阻,才能代入欧姆定律的公式。为了做到“对应”,常常采取加脚码的方法,对于同一个导体(或同一段电路)上的各物理量运用同一个脚码,例如某导体的电阻用R1表示,它的电流、电压分别用I1、U1表示,电阻R2的电流、电压分别用I2、U2表示,在书写欧姆定律的公式时,也要做到“对号入座”,即I1=U1/R1,I2=U2/R2等。同理,对于同一个过程也要用角标将它们加以区分开来。
  一、两表的变化
  例1 如图1中电源电压保持不变,R2为定值电阻。开关S闭合后,以下说法正确的是( )。
  A. 滑片P向右移动,表A示数变小,表V示数变小
  B. 滑片P向右移动,表A示数变大,表V示数变大
  C. 滑片P向左移动,表A示数变小,表V示数变大
  D. 滑片P向左移动,表A示数变大,表V示数变小
  解析:滑片P向右移动时,滑动变阻器R1的阻值变大,电路中的总电阻变大,电源电压不变,根据公式I=■可知,电路中的电流变小,R2的阻值不变,由U2=I2R2可知这时R2两端的电压变小。则电流表、电压表的示数均变小。同理,若滑片P向左移动,电流表、电压表的示数均变大。故正确选项为A。
  答案:A
  点拨:本题考查了同学们对电路电阻发生变化时,相应电表示数变化对应关系的掌握程度,并能熟练运用欧姆定律解决问题。这一考点是中考考查频率最高的考点之一。电路中电表的示数变化问题主要有两种类型:一类是由于开关的断开或闭合,引起电路中各物理量的变化;另一类是由于变阻器滑片的移动,引起电路中各物理量的变化。这类问题的解题思路应先认清电路的连接形式,然后分清电流表和电压表在测谁的电流和电压,再根据电路总电阻的变化,运用欧姆定律和串、并联电路的特点,来分析电流表和电压表示数的变化。
  二、开关与电路变化
  例2 如图2 所示电路,电源电压恒定不变,R1、R2为两个定值电阻,其阻值不随温度变化。当闭合开关S1,断开开关S2、S3时,电流表的示数为3A;当闭合开关S1和S2,断开开关S3时,电流表的示数为5A;当闭合开关S3,断开S1、S2时,电路的总电阻为R3,则R1与R3之比为( ?摇)。
  A. 5∶2?摇 B. 2∶5
  C. 5∶3 D. 3∶5
  解析:当闭合开关S1,断开开关S2、S3时,只有电阻R1接在电源的两端,电流为3A,则R1=■;闭合开关S1和S2,断开开关S3时,R1与R3并联,故通过R2的电流I2=I-I1=5A-3A=2A,R2=■=■。当闭合开关S3,断开S1、S2时,R1与R2串联,R3=R1+R2=■+■=■。所以R1 ∶ R3=■ ∶ ■=2 ∶ 5。
  答案:B
  点拨:开关在电路中的作用,除使整个电路接通或断开外,还可以改变电路结构和使部分电路形成短路。本题的三个开关处在不同状态时,形成了三个不同的电路:①只有R1接在电路中;②R1与R2并联接在电路中;③R1与R2串联接在电路中。只有根据题意,认清电路结构,才能运用串、并联电路的规律和欧姆定律解题。
  三、实验探究
  例3 要测出一个未知电阻Rx的阻值。现有量程适当的电压表、电流表各一只,已知阻值为R0的电阻一只,以及电源、若干开关和导线。请根据以下要求设计两种测量Rx阻值的方法。要求:
  (1)电流表、电压表、已知阻值的电阻R0三个器材,每次只能选用两个;
  (2)测量器材在一种方法中可以使用两次(即可以测出电路中两个不同部分的值);
  (3)将实验电路图、测量的物理量及RX的表达式分别填入下表。
  解析:要测出Rx的阻值,由公式Rx=■知,必须设法直接或间接测出Ux、Ix。
  方法一:电路如图3所示,闭合开关S,测出Rx两端电压Ux和通过Ix的电流Ix,则Rx=■。
  方法二:电路如图4所示,闭合开关S,用电压表分别测出RX两端电压Ux和R0两端电压U0,则Rx=■R0。
  点拨:这是一道测未知电阻的电路设计题,此题解法较多,要求同学们根据欧姆定律及串、并联电路的特点,进行电路设计。这类考题考查的知识面大,层次也深,不但实验的基本项目要考查,而且还要考虑器材的规格和性能以及在实验中起的主要作用,有实验电路图或实物图的连接、电路故障的判断等,实验中往往同时使用电学的三大仪器——电流表、电压表和滑动变阻器。因此是近几年各地中考的热点,考查的重中之重,出题形式也灵活多样。
  四、综合应用
  例4 小雯设计了一个测量物体重力的“托盘秤”,如图5所示是原理示意图,其中的托盘用来放置被测物体,OBA是可绕O点转动的杠杆,R1是压力传感器(其电阻值会随所受压力大小而变化,变化关系如下表),R0为定值电阻,为显示重力大小的仪表(实质是一个量程为0~3 V的电压表)。已知OB ∶ OA=1 ∶ 2,R0=100 Ω,电源电压恒为3 V(忽略托盘、杠杆及压杆的重力)。
  (1)托盘上没放物体时,压力传感器R1的电阻值是?摇?摇 ?摇?摇Ω。
  (2)当托盘上放被测物体时,电压表的示数如图6所示,则此时压力传感器R1上的电压是多少?
  (3)第(2)题中被测物体的重力是多少?
  解析:(1)由表中压力与电阻的关系可知,当托盘上没放物体,即压力为0时,R1的电阻值是300 Ω。
  (2)由图可知,R0和R1串联,电压表显示加在R0两端的电压U0,根据串联电路的电压关系知,加在R1两端的电压为:U1=U-U0=3 V-2 V=1 V。
  (3)根据串联电路的电流规律及欧姆定律,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
  由杠杆平衡条件可知GlOB=FlOA
  ∴G=■=■=500 N
  答案:(1)300(2)1 V(3)500 N
  点拨:本题通过外部条件的改变引起了电阻阻值的变化,所以解答此类问题的关键是正确判断电路中电阻的变化,利用欧姆定律分析电路中电流或电压如何随电阻而变化。
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