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(1)牛顿第一定律。采用边讲、边讨论、边实验的教法,回顾“运动和力”的历史。消除学生对力的作用效果的错误认识;培养学生科学研究的一种方法——理想实验加外推法。教学时应明确:牛顿第一定律所描述的是一种理想化的状态,不能简单地按字面意义用实验直接加以验证。但大量客观事实证实了它的正确性。第一定律确定了力的涵义,引入了惯性的概念,是研究整个力学的出发点,不能把它当做第二定律的特例;惯性不是状态量,也不是过程量,更不是一种力。惯性是物体的属性,不因物体的运动状态和运动过程而改变。在应用牛顿第一定律解决实际问题时,应使学生理解和使用常用的措词:“物体因惯性要保持原来的运动状态,所以……”教师还应该明确,牛顿第一定律相对于惯性系才成立。地球不是精确的惯性系,但当我们在一段较短的时间内研究力学问题时,常常可以把地球看成近似程度相当好的惯性系。
(2)牛顿第二定律。在第一定律的基础上,从物体在外力作用下,它的加速度跟外力与本身的质量存在什么关系引入课题。然后用控制变量的实验方法归纳出物体在单个力作用下的牛顿第二定律。再用推理分析法把结论推广为一般的表达:物体的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教学时还应请注意:公式F=Kma中,比例系数K不是在任何情况下都等于1;a随F改变存在着瞬时关系;牛顿第二定律与第一定律、第三定律的关系,以及与运动学、动量、功和能等知识的联系。教师应明确牛顿定律的适用范围。
(3)万有引力定律。教学时应注意:①要充分利用牛顿总结万有引力定律的过程,卡文迪许测定万有引力恒量的实验,海王星、冥王星的发现等物理学史料,对学生进行科学方法的教育。②要强调万有引力跟质点间的距离的平方成反比(平方反比定律),减少学生在解题中漏平方的错误。③明确是万有引力基本的、简单的表式,只适用于计算质点的万有引力。万有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也发现了它的局限性。
(4)机械能守恒定律。这个定律一般不用实验总结出来,因为实验误差太大。实验可作为验证。一般是根据功能原理,在外力和非保守内力都不做功或所做的总功为零的条件下推导出来。高中教材是用实例总结出来再加以推广。若不同形式的机械能之间不发生相互转化,就没有守恒问题。机械能守恒定律表式中各项都是状态量,用它来解决问题时,就可以不涉及状态变化的复杂过程(过程量被消去),使问题大大地简化。要特别注意定律的适用条件(只有系统内部的重力和弹力做功)。这个定律不适用的问题,可以利用动能定理或功能原理解决。
(5)动量守恒定律。历史上,牛顿第二定律是以F=dP/dt的形式提出来的。所以有人认为动量守恒定律不能从牛顿运动定律推导出来,主张从实验直接总结。但是实验要用到气垫导轨和闪光照相,就目前中学的实验条件来说,多数难以做到。即使做得到,要在课堂里准确完成实验并总结出规律也非易事。故一般教材还是从牛顿运动定律导出,再安排一节“动量和牛顿运动定律”。这样既符合教学规律,也不违反科学规律。
(6)欧姆定律。中学物理课本中欧姆定律是通过实验得出的。公式为I=U/R或U=IR。教学时应注意:①“电流强度跟电压成正比”是对同一导体而言;“电流强度跟电阻成反比”是对不同导体说的。②I、U、R是同一电路的3个参量。③闭合电路的欧姆定律的教学难点和关键是电动势的概念,并用实验得到电源电动势等于内、外电压之和。然后用欧姆定律导出I=ε/(R+r)(也可以用能量转化和守恒定律推导)。④闭合电路的欧姆定律公式可变换成多种形式,要明确它们的物理意义。⑤教师应明确,普通物理学中的欧姆定律公式多数是R=U/I或I=(1/R)U,式中R是比例恒量。若R不是恒量,导体就不服从欧姆定律。但不论导体服从欧姆定律与否,R=U/I这个关系式都可以作为导体电阻的一般定义。中学物理课本不把 R=U/R列入欧姆定律公式,是为了避免学生把欧姆定律公式跟电阻的定义式混淆。这样处理似乎欠妥。
一、电学计算题教学
【例1】 把电源(电压一定)、开关、两个未知阻值的定值电阻R1和R2、滑动变阻器R、一个电流表和两个电压表、导线连成了如图1所示的电路。闭合开关后,调节滑动变阻器R的滑片P,发现V1、V2、A表的示数都在改变,把电流表A的示数和对应的电压表V1、V2的示数记在下表中。(设电阻不随温度变化而改变)
(1)根据表格中的数据求出定值电阻R2的阻值。
(2)求出电源电压U和定值电阻R1的阻值。
(3)求整个电路消耗的最大电功率。
解:(1)从表格数据可知I=0.2A时,R2两端的电压U2=0.8V,由I=UR 得R2=U2I=0.8V0.2A=4Ω 。(2)设电源电压为U,由表中数据知,当电路电流I=0.2A时,R2和滑动变阻器R两端总电压U2=2.8V。根据串联电路的电压规律和欧姆定律有:U=0.2R1+2.8;
当电路电流I2=0.3A时,R2和滑动变阻器R两端总电压为U3=2.7V,根据上面推导有:U=0.3R1+2.7,联解得U=3V,R1=1Ω。
(3)当滑动变阻器接入电路的阻值为零时,电路消耗的功率最大则有:I最大=UR1+R2=3V1Ω+4Ω=0.6A ,
P最大=UI最大=3V×0.6A=1.8W。
这道物理计算题主要考查学生审读电路图的能力和运用串联电路的特点,欧姆定律等的知识,学生就要对串联电路及其特点、欧姆定律有确切的理解,因此在教学中教师就要引导学生从串联电路及特点、欧姆定律入手考虑。解答这道题首先要知道电路是串联电路,再根据串联电路的特点,当然也要求学生理解好欧姆定律,才能准确地解答出答案。若学生对这些知识没有掌握好,电路连接方式判断错误或者欧姆定律的运用错误,就会导致本题的大失分。
二、力学计算题教学
在初中物理的力学中,浮力计算既是重点又是难点,很多学生对这类题束手无策,其主要原因是学生不熟悉掌握浮力的求法及其受力分析能力差,教师在讲解浮力计算题时应加强解题方法的指导。
图2
【例2】 如图2甲所示,把边长为0.1m的正方体木块放入水中,静止时有2/5的体积露出水面,然后在其上表面放一块底面积为2.0×10-3m2的小柱体,如图2乙所示,静止时方木块刚好能全部浸入水中。(g=10N/kg)求:
(1)甲图中木块受到的浮力。(2)木块的密度。
(3)小柱体放在木块上面时对木块上面的压强。
解:(1)甲图中木块漂浮在水中,木块受到的浮力
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.1)3×35 =6N。
(2)甲图中木块漂浮在水中,F浮=G木,ρ水g×35 V木=ρ木gV木,ρ木=35 ×10×103kg/m3=0.6×103kg/m3。
(3)方法一:小柱体放在木块上面时,F浮1=G柱+G木,
G柱=F浮1-G木=ρ水gV木-G木=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.1)3m3-6N=4N,
小柱体放在木块上面时对木块的压强为:
p=FS =G柱S =4N2.0×10-3m2 =2×103Pa。
方法二:小柱体放在木块上面时对木块的压力等于小柱体的重力,从图甲到图乙增加的浮力就等于小柱体的重力,即:
G木=F浮2=ρ水gV排2=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.1)3m3×25 =4N,
小柱体放在木块上面时对木块的压强为:
1 改变复习“套路”,激发学生学习兴趣
爱因斯坦有句名言:“兴趣是最好的教师.”兴趣是创造的源泉.在物理教学的复习环节中,更应注重激发学生的兴趣.对已经学过的知识,教师再用一般的做法,如:罗列章节知识点、出示知识结构图,然后重复结构图中的知识点,会使学生感到老套,自然学习积极性不高;若教师能够认识到这一点,改变复习的套路,如:把知识结构图、框架图由教师的板书改为学生的板书或口述,然后请其他的学生进行补充,最后由教师补充总结.这种形式,一改教师“一言堂”的教学模式,既提高了学生复习知识的兴趣,又培养了学生的知识概括能力、语言表达能力,还激发了他们的创造热情.
2 注重联系实际,合理的设疑,培养学生发散性思维
学起源于思,思源于疑,学生有了疑问才会进一步思考问题,才能有所发现,有所创新.爱因斯坦说过“提出一个问题,往往比解决一个问题更重要.”教师在知识点的总结工作过程中,对一些要求达到“理解”及“掌握”层次的知识点,可以通过设疑来提醒学生注意,学生通过对问题的思考,解答加深对知识点的理解.例如: “对于蒸发的致冷作用”这一知识点教师可以提出:“你能证明或说明蒸发的致冷作用吗?”学生听到问题,自然会联想到日常生活中的实例去说明,如:“ 夏天教室洒水可以降温”;“人发烧后可以用酒精擦身起到降温作用”等事例.教师可以继续引导,问“你们采取的是用实例说明的方法,谁又能设计出简单的实验证明呢?”,学生自然会联想到温度计,从而可以设计出在温度计液泡上沾上酒体,观察到酒精在蒸发的过程中温度计示数下降,来证明蒸发具有致冷作用.教师在此处设疑,把原先由教师介绍物理现象,学生由被动接受的方式,改为学生主动思考,自己去应用知识点联系实际,充分调动了学生的积极性,体现了学生学习的主体性.再如,对于理解电度表铭牌上“220V5A 1200 r/kW·h”的含义,教师可以提出“讨论一下生产厂家给出这些值的目的是什么?”通过学生讨论,会得出“可以表示出电压电流的最大值”;“可以知道允许同时使用的用电器的总功率”;“可以测出用电器的功率”等结论.这一疑问的设置,通过学生的讨论,让学生自己突破“利用电能表测小灯泡功率”的教学难点.总之,在教学过程中,“设疑”要始终不忘学生是主体,教师起主导作用,教师应当指引而不束缚、诱导而不替代,让学生动手动脑、动中求疑、疑中求解、解中求学,合理地激疑、设疑,能够激发学生的学习兴趣,并可以使学生思维发散,学以致用,使复习收到事半功倍的效果.
3 精心设计题型,以开放性习题为载体培养学生创造性思维
由于初中学生的思维形式为集中思维占主导地位,往往容易形成思维定势,并受之消极影响.使他们的思维形式陷入固定模式,造成思维的惰性和呆板性,抑制了他们创造的热情,尤其在复习课中,这一现状表现尤为突出.针对这一情况,我在复习课中经常设计和引用一些条件不断变化、结论不断变化的开放性习题,.通过一题多变、一题对问、一题多论的方式引导学生主动克服思维障碍,打破思维定势,培养思维的流畅性,变通性、灵活性及广阔性.
3.1 设计残缺性题目,以条件开放培养学生思维的流畅性及变通性
例1 如图1所示题目:已知:R1与R2串联,U总=10 V,I总=1 A,求R1=?
题目给出后,教师留给学生思考时间,要求解出此题,得出是错题的结论,此时教师提出问题“那么要想解出此题,应怎么办?”学生自然想到加入一个条件,教师继续问:“加入什么条件?”通过学生思考讨论,得出了以下几种方法:
第一种:给出R1两端的电压值,根据欧姆定律求出R1
第二种:给出R2两端的电压值,根据串联电路电压关系式结合欧姆定律求出R1
第三种:给出R2的阻值,根据串联电路电阻关系式结合欧姆定律求出R1
第四种:给出R1的功率,利用电功率的计算公式求出R1
第五种:给出R1,R2的比例式,结合欧姆定律求出R1
第六种:给出R1,R2的电压的比例式,结合欧姆定律求出R1
第七种:给出R1,R2的电功率的比例式,利用串联电路中电功率与电阻的关系结合欧姆定律求出R1
由此题使得欧姆定律与串联电路特点相结合的综合性题目得到训练,突破复习难点,并以此提高学生解题兴趣,较好地促进了学生思维的流畅性和变通性.
3.2 设计结论开放性习题,培养学生发散性思维的多端性及广阔性
例2 如图2所示,给电路通电1秒钟,利用初中物理所学的电学知识,能够求出哪些物理量(要求:写出计算公式,计算过程)
例3 一边长为a ,质量为m的正方体实心木块放在水平桌面上,根据已知条件,你能推算出哪些与木块有关的物理量?并将你推算的物理量及计算式以表格的形式填写下来.
评析 此类题型的设计,不是就题论题 的解决问题,而是从知识点出发,启发和诱导学生从一个问题联想到与其相关联的大量的知识,从中找出要解决问题 的内在知识,使学生对所学的物理知识起到“牵一机而动全局”的作用.这种题型的设计,既全面复习了基础知识,又培养了学生思维的灵活性和多端性.
3.3 设计创造性思维的题目,培养学生思维的独创性
由于本节是在学习了电流和电路、电压和电阻知识之后,并且内容是定量地探究电压、电流、电阻的关系.所以直切主题,启发学生通过对三者的概念理解初步得出电流与电压、电流与电阻的定性关系.
2强化电路设计、突出难点,合理利用课堂生成
笔者认为实验电路图的设计是本节课的难点之一,打破以往过分重视实验过程,轻设计的观念.学生只有清楚地理解实验设计的原理及目的,才会在接下来的实验中得心应手.引导设计实验,这个环节的设计体现了教师主导、学生主体的双主教学模式.在设计电流与电压的关系的电路时,学生很容易想到的是用电压表、电流表来测量电压和电流.用电器的选择学生会提出用小灯泡、定值电阻;而如何改变用电器两端电压将成为学生思维的障碍,学生会提出更换电池节数、串联定值电阻分压等方案.由于前面变阻器的学习学生通过把变阻器串联在电路中移动滑片观察灯泡的亮度变化这一直观实验现象,清楚了变阻器可以改变电路中的电流及保护电路的作用.而对滑动变阻器可以改变用电器两端电压这一性质理解模糊,所以帮助学生理解滑动变阻器可以改变用电器两端电压成为此次实验设计的难点.教师可以通过连接实物电路图,移动滑动变阻器滑片观察电压表示数来实现教学.强调探究三个物理量之间的关系,要控制变量.正如叶澜教授所说:“课堂应是向未知方向挺进的旅程,随时都有可能发现意外的通道和美丽的图景,而不是一切都遵循固定线路而设有激情的形成”,课堂上会产生一些意料之外的有价值的资源,所以教师不应抓住预设教案不放,要及时调整预设,关注并有效利用生成资源.所以在电路原理图设计部分,是教师与学生思维碰撞的最佳时期,教师应充分把握学生思维的盲点,及时调整方案.
3合理设计实验,巧妙处理数据
课标对《欧姆定律》这一节有三个要求:(1)通过实验,探究电流与电压,电流与电阻的定量关系,分析归纳得到欧姆定律;(2)理解欧姆定律,能运用欧姆定律分析解决简单的电路问题;(3)通过计算,学会解答电学计算题的一般方法,培养学生逻辑思维能力,培养学生解答电学问题的良好习惯.显然,这节课教学内容比较紧张,需要教师在有限的时间内高效完成教学任务.为了完成第一个课标要求教师要设计两次实验才能完成,这种方法受课堂时间限制可能完不成教学任务.实验设计完毕,再提出连接实物图有哪些注意事项,学生可以通过思考对前面所学内容进行回顾,给学生更多的思考空间,课堂关注让不同层次的学生有收获.这样可以从学生中发现问题,及时修正教学,便于抓住教学的契机.在物理教学过程中学生行为上的探究和思想上的探究都要有.教师可以合理设计实验,在实验报告单记录数据设计两项规定,一项是规定动作,要求每组都测1V、2V、3V电压下通过定值电阻的电流;另外再附加一项,在量程范围内学生可以自由选择几组电压值进行测量.在学生分组实验时,每三组发放同一个阻值的电阻,发三个不同的电阻。启发学生通过数据发现当电压是1V、2V、3V时电流有什么变化?通过表格不难看出成正比关系.每一横行成正比关系,每一纵列为何差别很大?循序渐进地引出是由于电阻不同引起的.同学们的数据是否说明同样的问题呢?为了将每组数据尽量汇集到一起说明问题,要求学生将剩余数据以描点的形式描在坐标纸上,以电压为横轴电流为纵轴,强调不需要连线,因为学生手里的是单独的数据.坐标纸的设计是将透明胶片放在坐标纸上,相同阻值的三组发放相同颜色的描点笔.教师只收集胶片,最后将所有的胶片叠放在一起展示给学生,会发现阻值相同的三组同学的数据大致在同一直线上.由此得出结论,电阻一定时,电流与电压成正比.提出研究电流与电阻关系可不可以仍然用这个电路图呢?因为在设计电路图时学生清楚滑动变阻器是可以改变电压的,引导学生更换不同电阻通过滑动变阻器实现电阻两端电压一定,教师在前面演示.回归前面表格通过记录的数据能否找到在相同的电压条件下,电阻变化时电流有什么变化?观察表格中一纵列很容易得出,电压一定时,电阻越大电流越小.通过引导学生把数据依次画在坐标纸上,以电阻为横坐标电流为纵坐标,很明显看出是反比例函数.所以得出结论:电压一定时,电流与电阻成反比.物理规律教学,规律表达要严谨,所以最后不仅要给出欧姆定律内容的文字表述还要有公式表述,强调公式表述中I、U、R是针对同一导体同一时刻而言.
4总结
关键词:中考;复习;训练;方法
中图分类号:G633.7
物理与其他科目相比,具有以下特点:
① 知识点多、知识面广。
②物理概念、物理规律需要理解。
③物理实验的方法及操作需要掌握。
④会应用物理知识分析和解决生活、生产实际问题等。
针对物理学科的这些特点,怎样确定复习方向、方法,进行高效复习呢?下面就以下几个方面谈谈我在近几年初三物理复习中的实践和思考,以达到抛砖引玉之目的。
一、 重视基本概念和规律的复习-----紧扣课本,夯实基础
我们知道中考试卷是按《考试说明》来命题的,试卷中易、中、难的试题比例为6:3:1。从近几年的中考题来看,能力的考核与基础知识是紧密联系的,因为基础知识的强化是提高能力的前提,有了扎实的基础知识,才能以不变应万变,。因此我们要把主要精力用于深入理解基本物理概念和规律方面,突破重点,形成有机的知识结构,提高分析解决问题的基本能力。
二、重视科学探究及其过程与方法的复习---专题复习,优化网络
物理知识点间存在着“纵”与“横”的相互联系,某一知识点可能是为另一知识点引桥铺路,而另一知识点又往往是前一知识点的深化与延伸。在第一轮复习掌握基础知识和基本概念的基础上,第二轮复习时应打破章节的限制,完善并梳理初中物理知识结构,找出知识点之间的内在联系,要使前后知识联系起来,系统巩固知识,形成一个由知识点到知识面、最后到知识网络的综合体,使复习具有系统性。
三、重视开放性问题的训练------关注热点及社会
年年中考年年变,但万变不离其“重”,初中物理中的一些主干知识仍然是每年中考的重点,因此我们在第二轮复习中要以《考试说明》中圈定的知识点为着眼点,围绕考点,突出“重点”。
通过对某些特殊知识点的深挖细究,达到对某一类知识或某一专题的融合、深化。例如电学中的滑动变阻器,是“探究欧姆定律”、“测定小灯泡的电阻”、“测定小灯泡的电功率”、“探究影响电磁铁磁性强弱的因素”等实验中不可缺少的重要仪器。让同学们可以总结滑动变阻器在每个实验中的用途,深化对电学实验的理解。例如所有实验中,滑动变阻器的共同作用是:保护电路;通过改变自身电阻而改变电路中的电流。
而由于每个实验的不同,使滑动变阻器分别具有不同的作用:
探究欧姆定律中电流与电压的关系——为了保证两端的电压不变。
探究欧姆定律中电流与电阻的关系——改变定值电阻两端电压,从而达到多次实验探究规律的作用。
测定小灯泡的电阻——改变小灯泡两端电压,达到多次测试取平均值以减小误差的目的。
测定小灯泡的电功率——改变小灯泡两端的电压,从而比较小灯泡亮度与电功率的关系。
探究影响电磁铁磁性强弱的因素——改变电路中的电流,研究电磁铁磁性强弱与电流的关系,还可以控制电流相等,研究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系。
例题:如图所示,灯泡L和电阻R2的阻值分别为R1=10欧姆和R2=5欧姆,滑动变阻器最大阻值为20欧姆,电源电压为6V,求当S1,S2,S都闭合滑片P在a时R1、R2消耗的电功率。
一变:求当S1,S闭合,S2断开,把滑片移到某一位置,使滑动变阻器连入电路的电阻为其最大值的1/4时,灯泡恰能正常发光,求灯泡L的额定功率?
二变:求当S1,S2,S均闭合,滑片移到中点时,电压表和电流表的读数分别是多少,通过灯泡和电阻R2的电流之比是多少?
三变:当S2,S闭合,S1断开,滑片P在b点时,R2消耗的电功率是多少?
四变:当S2,S闭合,S1断开,滑片P从a端滑至b端的过程中,电压表和电流表示数变化的范围分别是多少?
五变:当S1,S闭合,S2断开,滑片P从a端向b端滑动时()
A、电灯L变暗,电压表示数增大B、电灯L变暗,电压表示数减小
C、电灯L变亮,电压表示数增大D、电灯L变亮,电压表示数减小
四、综合考练提高应试能力-----仿真模拟,体验中考
经过前面两个阶段的系统复习,学生不论是知识技能上,还是解题能力上都有一定程度的提高,进行恰当的适应性训练或模拟训练来提高学生的解题速度和正确率是非常必要的,但是要掌握一个度和量。
这一轮复习的时间不长,是演习模拟、查漏补缺的阶段,是整个复习过程中不可缺少的最后一环。这一阶段的复习主要是为增强同学们考试的自信心、熟悉中考的氛围和时间、调整中考前的心态。在这一轮复习期间,可以将第一、第二轮复习中做过的易错题进行归纳、梳理,建立错题档案集,研究学生的错题,寻找学生思维或知识的漏洞,进行有目的性的训练,达到“知彼知己,百战不殆”的目的。
第一就是要选题(在第二轮专题复习时就应该这样做),每年的中考我们都有一条深刻的教训,就是我们的学生在基础方面丢分丢的相当厉害,特别是一些优秀学生,难题他们都做上来了,但是基础的部分丢了。我觉得这是非常遗憾的事情。
第二就是要抓错误题,就像我前面所讲的把学生容易出错的问题总结出来,也可以让学生自己做这方面的事情,准备一个错误记录本,把错误集中起来,叫做积累错误,整理错误,最后达到改正错误的目的,这样错误就变成了资源,考试的时候就可以不重犯错误。
第三就是要教会学生反思,有一位学者总结出一个公式叫“1+100”大于“100+1”,什么意思?就是说同样的题做一百遍不见得有提高,而你把你的每一道题做一个认真的分析,倒是可以提高很大的成绩,所以我觉得,要学生学会反思,就是每一道题做对了,学生是怎样找到切口的,怎样答的?答案怎样形成的?学生要反思;做错了的题更要反思,为什么做错了?为什么切口找不到?是审题问题还是计算问题?
总而言之,我们应当在新的课程理念的指导下,认认真真的对待复习工作,复习方法是多样的,任务是繁重的,需要各个学校初三的老师团结协作、相互分工、步调一致的努力,用集体的智慧排除困难,稳步推进,努力使复习工作取得更大的成效,借此机会,也预祝老师们身体健康,工作愉快,让我们共同努力,在今年的中考中取得优异成绩!
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既然都是用“伏安法”测量,故在实验器材的选取上必存在着相同的地方,如均要用到电压表(电压单位为“伏”)、电流表(电流单位为“安”),简称“伏安”.用“伏安法”可测定许多物理量.现从以下几个方面逐一分析.
1 实验原理的类比
①用“伏安法”测定值电阻:根据欧姆定律的变形公式:“R=UI” 测出待测电阻两端的电压和通过的电流,就可以求出导体的电阻.
②用“伏安法”探究欧姆定律:“I=UR”,保持定值电阻两端的电压不变,换用不同阻值的电阻,当接入电路中的电阻发生改变时,探究电流与电阻的关系;通过移动滑动变阻器滑片的位置,改变定值电阻两端的电压,观察电流表读数的变化,探究电流与电压的关系.
③用“伏安法”测小灯泡在不同电压下的电阻:根据欧姆定律的变形公式:“R=UI” ,测出灯泡在不同电压下工作时两端的电压和通过的电流,就可以求出灯泡在不同电压下的电阻.
④用“伏安法”测小灯泡在不同电压下的电功率:根据公式:“P=UI”测出灯泡在不同发光情况下两端的电压和通过的电流,就可以求出灯泡在不同电压下的电功率.
2 实验电路设计,类比并迁移知识点
下图分别为测定值电阻的阻值、测小灯泡的电阻、和测小灯泡的电功率实验的电路图.
比较图1和图2相似及不同之处,可以发现:图2仅仅是比图1多一个滑动变阻器,请问:这一较小的改动对测定值电阻的阻值究竟有什么好处?显然图1只能测到一组数据,而图2由于滑动变阻器的介入,通过移动滑片能测多组数据,而多次测量取平均值能减少误差,这一概念的引入就非常自然化了.在探究欧姆定律电流与电阻关系时,要用到“控制变量法”的基本思想,当换用不同阻值的电阻接入电路时,通过移动滑动变阻器的滑片,应确保电阻两端的电压保持不变时,这样探究才有意义.而图3与图2比较,仅仅是将定值电阻替换为小灯泡,但需要指出的是:后者与前者的实验原理不同,是因为所测量的物理量不同.图2只能测定值电阻在不同电压下的电阻值,随着定值电阻两端电压的改变,电路中的电流也作相应的变化,由测出的电压与电流的比值关系可以看出:其比值几乎为一定值(变化不大),即“R=U1I1=U2I2=U3I3…”.从而引出电阻是加在导体两端的电压与通过的电流的比值来描述的,它是由导体本身因素所决定的所谓 “属性”的物理量.而图3既能测小灯泡在不同电压下的灯丝电阻,又能测小灯泡在不同电压下的电功率.在测小灯泡灯丝电阻时,由于金属导体的电阻虽是导体本身的一种“属性”,除与导体的长度、材料、横截面积有关外,还与温度有关.因电流的热效应会引起灯丝温度的变化,故:“R=UI”比值并不是定值!这一点应十分关注.
3 实验操作及应该注意的事项
(1)在上述图2、图3电路中,除应合理地选择电表的量程外,还应注意:当滑片向右移动时接入电路的电阻变小,故因电路中总电阻变小的原因而会导致电路中电流变大.最终均会导致定值电阻、小灯泡两端的电压升高,并引起电阻和灯泡温度的升高,故“定值电阻和小灯泡两端的电压不宜太高”.否则会由于温度的影响而导致所测电阻的阻值有较大的误差,同样也会由于小灯泡两端的实际电压超过额定电压值较大时,会导致小灯泡炸掉而引起电路断路!另外,在探究电流与电阻的关系时,除应保持电阻两端的电压不宜过高外,还要确保定值电阻两端的电压为定值应作为前提,譬如:当将阻值较小的电阻从电路中拆下而换用阻值较大的电阻时,变阻器的滑片应向阻值较大的方向(如图2中的左方)移动.
(2)在测小灯泡电功率时应注意:
a.在闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应移至阻值最大位置.
b.在测量小灯泡的电功率时,应先调节滑动变阻器使小灯泡两端的实际电压分别小于、等于或略大于额定电压,然后测出电路中对应的电流大小,根据公式“P=UI”算出小灯泡的额定功率.
4 根据实验设计表格记录数据,描点绘图并作分析
表一是根据图2的装置,用“伏安法”测量定值电阻所记录的3组数据及由此数据描绘出的“U—I”图像.
由实验数据及描绘出的“U—I”图像可知:①随着定值电阻两端电压的逐渐增大,通过它的电流也相应的增大.②但电压与电流的比值为一定值.这通常是求电阻的一种方法.
因该图像类似于数学中的正比例函数(“y=kx”,即:k=yx ),由“R=UI”可知:U与I的比值为一定值,该比值即为导体的“电阻”.由此便可说明:导体的电阻与导体两端的电压和通过导体电流的大小无关,电阻是导体本身的一种物理“属性”.这样通过“类比”并将此“迁移”必产生共鸣的效果!
表2仍是根据图5的实验装置,用“伏安法”“探究电流与电阻关系”所记录的3组数据及由此实验数据所描绘出的“R—I”图像.
由实验数据及描绘出的“R—I”图像可知:保持导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比;结合用“伏安法”测量定值电阻的实验,我们还可以得到:“保持电阻一定时通过导体的电流与导体两端的电压成正比”.综合这两点,欧姆定律的得出便顺理成章了.
相关链接一 小刚用如图6所示电路探究“一段电路中电流跟电阻的关系”,在此实验过程中,当A、B两点间的电阻由5 Ω更换为10 Ω后,为了探究上述问题,他应该采取的唯一操作是
A.保持变阻器滑片不动
B.将变阻器滑片适当向左移动
C.将变阻器滑片适当向右移动
D.适当增加电池的节数
分析 因电源电压一定,当将5 Ω的电阻更换为10 Ω的电阻后,电压表的示数必增大,为此便不能保持电阻两端的电压为原来的数值,故应将滑片向右移动,方能减小电路中电流,从而使电阻两端的电压与原来一样.所以本题应选C.
表3是根据图3的实验装置,用“伏安法”测量额定电压为“2.5 V”的小灯泡的灯丝电阻所记录的3组数据及由此数据描绘出的“U—I”图像.
相关链接二 观察表3和图7的图像,同样是用“伏安法”测量电阻,为什么小灯泡的灯丝电阻却不是一“定值”呢?
究其原因是因为金属导体(钨丝)的电阻还与温度有关,温度越高电阻越大,由此可见:电流的增加并不是成正比例增加的.所以我们绝不能用多次测量取平均值来作为小灯泡的电阻值.
表4仍是根据图3的实验装置,用“伏安法”测量小灯泡电功率所记录的3组数据.
在测小灯泡在不同电压下的电功率时,我们发现:灯泡的亮度(由实际电功率决定)随其两端的电压的变化而改变.从而得出:
①当小灯泡U实>U额时,P实>P额;
②当小灯泡U实=U额时,P实=P额;
1.电路的组成
电路就是用导线把电源、用电器、开关等元件连接起来组成的电流路径.
(1)电源是把其他形式的能转化为电能的装置,电源的作用是持续提供电压.
常见的电源有直流电源和交流电源,最常用的直流电源是电池,当直流电源对用电器供电时,电源外部的电流从电源的正极通过用电器流向负极,电源内部的电流从电源的负极流向正极,电源内、外部的电流形成闭合回路.
(2)用电器的作用是利用电能进行工作,工作时把电能转化为其他形式的能.
(3)导线的作用是输送电能(传输电流).
(4)开关的作用是控制电流的通、断.
2.电路的状态
(1)通路:处处相通的电路叫做通路.
(2)断路(开路):在某处断开的电路叫做断路(开路).
(3)短路(全短路、部分短路):
导线不经过用电器直接跟电源两极连接的电路,叫做全短路.发生全短路时,电路中的元件会被烧坏,这是不允许的.
电路中有多个用电器时,把其中一个或部分用电器的两端用一根导线直接接通,这时该用电器不工作,这种情况叫做部分短路.部分短路是允许的,有时还是必要的.
3.电流、电压和电阻
(1)电流
电流是表示电流强弱的物理量.电流用字母I表示.在国际单位制中,电流的基本单位是安培,简称安,符号为A.此外,还有毫安(mA)、微安(μA).1A=103mA,1mA=103μA.
(2)电压
电源的作用是维持正、负极间有一定的电压,电压是使导体中形成电流的原因.电压用字母U表示.电路中要获得持续电流的充要条件是:①要有电源;②电路为通路.在国际单位制中,电压的基本单位是伏特,简称伏,符号为V.此外,还有兆伏(MV)、千伏(kV)、毫伏(mV)、微伏(μV).1MV=103kV,1kV=103V,1V=103mV,1mV=103μV.
(3)电阻
电阻是表示导体对电流阻碍作用大小的物理量.电阻用字母R表示.在国际单位制中,电阻的基本单位是欧姆,简称欧,符号为Ω,此外,还有兆欧(MΩ)、千欧(kΩ).1MΩ
=103kΩ,1kΩ=103Ω.
导体的电阻是导体本身的一种性质,它的大小跟导体的材料、长度、横截面积、温度等有关.多数金属的电阻随温度的升高而增大.
4.欧姆定律
(1)实验:研究电流与电压及电阻的关系
A.研究电流与电压关系时,应保持电阻不变,通过移动滑动变阻器的滑片改变电阻中的电流和电阻两端的电压.
结论:当导体电阻一定时,导体中的电流与其两端电压成正比.
B.研究电流与电阻关系时,应换不同阻值的电阻,通过移动滑动变阻器的滑片,保证每次电阻两端的电压不变.
结论:当导体两端电压一定时,导体中的电流与电阻成反比.
(2)内容
一段导体中的电流,跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比.这个规律叫做欧姆定律.
(3)公式 I=■
说明:
A.该定律只适用于纯电阻性电路(即电能全部转化为内能的电路).
B.该公式中的三个物理量必须对应着同一状态下的同一段电路.
C.由变形得到的公式R=■,提供了测量和计算电阻大小的一种方法,并不表示R是由U、I决定的.
5.伏安法测电阻
(1)实验原理:欧姆定律的变形公式R=■.
(2)实验器材:直流电源、电流表、电压表、开关、阻值未知的定值电阻、滑动变阻器和导线等.
(3)实验电路图(如图1):
(4)实验步骤:连接电路图,多次移动滑动变阻器的滑片,读出电流表和电压表的示数并记录于表格中;将每一组数据代入公式,计算出电阻值,然后再对多次实验的计算结果求平均值.
6.重点电路元件的应用
7.电路连接的基本方式及其特点
二、考点扫描
考点1.电路
例1 小灯泡的结构如图1,图2的4个图中连接后能让完好的2.5V的灯泡发光的是( ).
解析 这道题是课本后面两道习题的综合变形.A图的接法会使电流不经过小灯泡而直接从电源的正极流向负极造成短路;B图没有导线,灯泡断路;C图连接正确,是通路,小灯泡能够发光;D图实质跟A图是一样的.
答案 C
考点2.电路连接的基本方式
例2 如图3所示,汽车在转向前,司机会拨动方向盘旁边的横杆,汽车同侧的前后两个转向灯就会同时闪亮、同时熄灭,这两个转向灯在电路中的连接方式为 ;
司机所拨动的这根横杆就相当于电路中的
.
解析 这道题考查电路连接的两种基本方式的特点,有的同学看到“两个转向灯同时闪亮、同时熄灭”立刻想到的是电路是串联的,因为串联电路的特点是开关控制所有的用电器,用电器会同时工作或者同时不工作,但却没有考虑到并联电路只要开关在干路上,开关也可以控制这个电路,也能实现上述效果,这跟我们平时经常提起的路灯的连接方式相同.这道题为何是并联而不是串联?因为两个转向灯之间不能互相影响,例如一个坏了,不会影响另一个的工作.
答案 并联 开关
考点3.电阻;变阻器
例3 如图4所示电路,导线a的一端固定连接在铅笔芯上,当导线b的一端在铅笔芯上左右移动时,灯泡亮暗会发生变化这个实验说明铅笔芯是 (选填“导体”或“绝缘体”),还能说明导体的电阻与 有关.受此启发,人们制造了一种可以改变电阻的元件,叫做 .
解析 灯泡能亮说明铅笔芯可以导电,铅笔芯是导体.移动导线b的位置灯泡亮度发生变化说明铅笔芯的电阻随它的长度的改变而改变,此处考查同学们对影响导体电阻大小的因素的掌握程度,并且涉及到了滑动变阻器的原理,就是利用改变接入电路的导体的长度而改变电路中的电阻.
答案 导体 导体长度 滑动变阻器
考点4.电表的读数方法;串并联电路的电流电压规律;欧姆定律的应用.
例4 在如图5甲所示的电路中,当闭合开关后,两个电流表指针偏转均为图乙所示,则电阻R1和R2中的电流分别为( ).
A.1.2A,0.24A
B.0.24A,0.96A
C.0.96A,0.24A
D.0.24A,1.2A
解析 (1)辨别电路的连接方式,由于电流表的内阻很小,我们在分析电路时可以将其看成一根导线,这样可以分析出R1和R2是并联的.
(2)看各个电流表分别测谁的电流,就看电流表串联在哪条支路或者干路上,由图中可知A1在干路上测干路电流,A2在R2的支路上,测R2的电流.
(3)根据并联电路电流特点“干路电流等于各支路电流之和”可知,A1的示数应该大于A2的示数,而题中的两个电流表指针所指的位置相同,那只能是它们所选的量程不同,A1是大量程,示数为1.2A,A2是小量程,示数为0.24A,则R2的电流是0.24A,R1的电流是1.2A-0.24A=0.96A.
答案 C
例5 如图6甲所示的电路中,电灯L1的电阻为10Ω,开关闭合后,V1、V2的示数分别如图6乙所示,则V1的示数为 V,
L2两端的电压为 V,通过L1的电流为 A.
解析 (1)由于电压表的内阻很大,我们在分析电路时可以将它所在处看成断路,直接拆除,这样可以分析出L1和L2是串联.
(2)看各个电压表分别测哪个部分电路的电压,就看电压表与哪个部分电路并联,由图中可知V1测L1和L2的总电压,也是电源电压,V2测L2两端的电压.
(3)根据串联电路电压特点电路两端总电压等于各部分电路两端电压之和可知,V1的示数应该大于V2的示数,而题中的V1的指针偏转程度没有V2的大,那只能是V1是大量程而V2是小量程,V1示数为5.5V,V2示数为2.5V,则L2的电压是2.5V,L1的电压是5.5V-2.5V=3V.
(4)利用欧姆定律I=U/R计算出L1电流.
答案 5.5V 2.5V 0.3A
三、实验探究
例6 小明同学想比较金属材料甲和金属材料乙哪个更容易导电.现有金属材料甲和金属材料乙制成的各种不同规格的金属丝,规格如下表所示:
请你帮助小明同学完成下面的实验方案.
(1)请画出实验电路图(用“ ”表示金属丝).
(2)根据实验电路,实验器材除金属丝、干电池、开关、导线外,还必须选用什么器材?
(3)为达到实验目的,写出实验应选取的金属丝(只需填字母代号).
(4)通过实验,你是如何判断哪种金属材料更容易导电的?
解析 电路图可以用最简单的电路将电源、金属材料、开关用导线串联起来,测量金属材料乙时就取下甲换上乙,如果采用图7的连接方法就不需要再连接电路,可以通过开关控制.选用电流表是为了显示电流的大小,从而知道金属材料对电流阻碍作用的大小,即可知导电性能的好坏.在材料的选择时要注意采用控制变量法选择材料不同而其他因素要相同的两根金属.
答案 (1)如图7所示;
(2)电流表;
(3)A、C;
(4)只闭合SA,读出电流表的示数IA;只闭合SC,读出电流表的示数IC;将IA和IC的电流大小进行比较,电流大的导电性能好.
例7 如图8所示,在“探究串联电路中电压的规律”时,小雨同学用电压表测出AB、BC、AC两端的电压分别为UAB=3V,UBC=3V,UAC=6V,在表格中记录数据后,下一步应该做的是( ).
A.整理器材,分析数据,得出结论
B.对换L1和L2的位置,再测出一组电压值
C.改变电源电压,再测出几组电压值
D.换用不同规格的小灯泡,再测出几组电压值
解析 这个实验的目的是为了获得一般性的规律,因此要多次实验才能避免偶然性.A选项实验次数少,不能仅以一次数据得出结论;B选项对调灯泡的位置并不能改变两个灯泡的电压,同时实验次数也过少;C选项改变电源电压并不能改变两个灯泡的分压比例;而D选项换不同规格的灯泡可以获得多组一般数据,便于得到规律.
答案 D.
例8 在探究“电压一定时,电流与电阻关系”的实验中,电路如图9所示.先在A、B间接入5Ω的定值电阻R,移动滑片P,使电压表示数为2V,读出电流表示数.接着取下5Ω的电阻换上10Ω定值电阻,不进行其他操作就闭合开关.此时电压表示数及应进行的操作是( ).
A.电压表示数大于2V,应将滑片P向左滑
B.电压表示数大于2V,应将滑片P向右滑
C.电压表示数小于2V,应将滑片P向左滑
D.电压表示数小于2V,应将滑片P向右滑
解析 探究电流跟电阻的关系时,要保持电阻两端的电压不变,去改变电阻,但当电阻增大时,它两端的电压也随之变化,为保证结论的准确性,要通过调节滑片使电阻两端的电压减小为原来的值,根据串联电路的分压关系去调节即可.当A、B两点间的电阻由5Ω更换为10Ω后,AB间的电压将增大,该实验要控制AB间的电压不变,所以下一步的操作是:向右滑动滑片,使滑动变阻器连入的电阻变大(分压变大),使AB间的电压减小,直到电压表的示数为2V为止.
答案 B.
例9 用“伏安法”测电阻,小华实验时的电路如图10甲所示.
(1)请用笔画线代替导线,将实物电路连接完整.
(2)正确连接电路后.闭合开关前滑片P应置于滑动变阻器的 端(选填“左”或“右”).
(3)测量时,当电压表的示数为2.4V时,电流表的示数如图10乙所示,根据实验数据可得Rx= Ω.
(4)如果身边只有一只电流表或电压表,利用一已知阻值为R0的定值电阻、开关、导线、电源等器材也可以测出未知电阻Rx.请设计测量Rx阻值的其他方法(只要求画出实验电路图并写出Rx的结果表达式).
解析 (1)本题考查的是滑动变阻器的连接方法,滑动变阻器要串联在电路中,并且接线柱选择一上一下.
(2)为了保护电路,开关闭合前要使滑动变阻器接入电路的阻值最大.
(3)读电流表的示数先看清量程,再认清分度值,然后读数.在电路中电流表测Rx的电流,电压表测Rx两端的电压,根据欧姆定律的变形公式R=U/I可得到电阻值的大小.
(4)这一小问集合了很多知识点,需要同学们有很强的综合能力.可以将电路串联(图12),分别用电压表测R0和Rx的电压,利用欧姆定律计算出Rx的阻值,也可以将电路并联(图13),分别用电流表测R0和Rx的电流,利用欧姆定律计算出Rx的阻值.
答案 (1)图11
(2)左 (3)4.8
(4)方法一:
方法二:
四、故障分析
说明:分析电路故障问题,可以观察电流表和电压表的示数情况.
在串联电路中如果发生了断路,电路中没有电流,电流表的示数就为0,此时将电压表接在完好的那部分电路两端相当于接在电源的同一极,则电压表的示数为0,而将电压表接在断路的那部分电路的两端相当于接在电源的两极,则电压表有示数,测的是电源电压.
在串联电路中如果是部分短路,电路中有电流,电流表的示数就不为0,发生短路的元件就相当于一根电阻为0的导线,根据U=IR可知其两端电压为0,此时将电压表接在短路的那部分电路两端,则电压表示数为0,而将电压表接在完好的元件两端,则有示数.
例9 如图14所示电路,开关闭合时观察到:L1和L2两灯均不亮,电流表无示数,电压表有示数,其原因可能是( ).
A.L1断路 B.L2断路
C.电流表断路 D.电流表短路
解析 图中是两个灯泡串联,因为电流表无示数,可知电路中发生了断路,再根据电压表有示数,可以确定是L1发生了断路,选A.
答案 A
例10 小明同学按照图15所示的电路“研究串联电路中电流、电压的特点”,当开关闭合时,灯L1亮,灯L2不亮,电流表和电压表均有示数.则故障的原因可能是( ).
A.L1断路 B.L1短路
C.L2断路 D.L2短路
解析 这是个串联电路,因为电流表有示数可以确定电路一定没有断路,灯不亮是因为其发生了短路,推得L2发生了短路,选D.
答案 D
例11 如图16,电源电压不变,两只电表均完好,开关S闭合后,发现只有一只电表的指针发生偏转,若电路中只有一个灯泡出现了故障,则可能是( ).
A.电压表指针发生偏转,灯光L1短路
B.电压表指针发生偏转,灯泡L1断路
C.电流表指针发生偏转,灯泡L2短路
D.电流表指针发生偏转,灯泡L2断路
解析 可以采用假设的方法分析答案的可能性.如果是电压表有示数,则电流表的示数为0,可知电路中发生了断路,而电压表有示数,说明电压表连接的两点之间发生了断路,即L1断路;如果是电流表有示数,则电路中不会是断路,只能是部分短路,根据电压表的示数为0,可知L1短路.
答案 B
例12 在如图17所示的电路中,电源电压保持不变.闭合开关S,电路正常工作,过了一会儿.灯L熄灭,两个电表中只有一个电表的示数变小,则下列判断中正确的是( ).
A.灯L断路 B.灯L短路
C.电阻R断路 D.电阻R短路
解析 L与R串联,电流表测电流,电压表测R的电压.L熄灭有3种可能,分别是L断路、R断路、L短路.
(1)如果是L断路,则电流表示数变小为0,电压表示数也变小为0,不合题意,舍弃;
(2)如果是R断路,则电流表示数变小为0,电压表则测电源电压,示数增大,符合题意,选项C正确;
(3)如果是L短路,那么电路中电阻减小,电流就增大,电流表示数变大,电路中只剩下R一个电阻,其两端的电压等于电源电压,电压表的示数增大,不符题意,舍弃.
答案 C
五、典型例题
例13 下列对如图18所示电路的分析,错误的是( ).
A.当断开S1、S2,闭合S3时,R1与R2为串联
B.当断开S3,闭合S1、S2时,R1与R2为并联
C.当断开S1,闭合S2、S3时,R1与R2为串联
D.只要同时闭合S1、S3,就会出现短路现象
解析 识别电路的连接方式,有下列几种方法:
(1)定义法,此法使用于简单的电路.
(2)电流法,就是沿着电流的方向看电路中的电流是不是始终是一条路径,如果是则是串联,如果大于一条则是并联.此法是我们常用的方法.
(3)拆除法,就是拆除任何一个用电器,看其他的用电器有没有电流,如果没有则是串联,有则是并联.此法适用用暗箱电路.
(4)节点法,无论导线有多长,只要中间没有电源或用电器,导线两端点均可以看做为同一个点.此法可以简化导线较多,看起来比较繁琐的电路.
本题比较适用的方法是电流法,沿着电流的方向,看电路的连接方式.当断开S1、S2,闭合S3时,R1与R2为串联,则A选项正确;当断开S3,闭合S1、S2时,R1与R2为并联,B选项正确;当断开S1,闭合S2、S3时,电流在流过R1之后分成两条路,一条路上是闭合的开关(相当于一根导线),另一条路上是R2,则R2被短路,电路中只有一个电阻R1,C选项错误;如果同时闭合S1和S3,电流将从电流正极直接经过S1和S3这条路回到电源的负极,造成全短路,这是决不允许的,D选项正确.
答案 C
例14 图19中的电路图和实物图相对应的是( ).
解析 沿着电流的方向,发现在电流流经L1之前分路,一条支路上是L1,另一条之路上是S2和L2,然后电流汇合,再流经S1回到电源的负极,折换成电路图时,L1在支路上,S2和L2在另一条支路上,S1在干路上.
答案 D
例15 从欧姆定律可以导出公式R
=■,下列说法中正确的是( ).
A.当电压U增大为原来的2倍时,电阻R也增大为原来的2倍
B.当电流I增大为原来的2倍时,电阻R减小为原来的1/2
C.通过导体的电流若为零,电阻也为零
D.即使导体两端的电压为零,电阻也不为零
解析 导体电阻可由导体两端的电压值与流过导体的电流值的比值求得,但是导体电阻是导体本身的一种性质,与流过的电流和两端的电压无关.
答案 D
例16 如图20所示的电路中,电源电压恒定,R1为定值电阻,闭合开关S,滑动变阻器R2的滑片P由b端移到a端的过程中,下列说法中正确的是( ).
A.电压表和电流表的示数都变大
B.电压表和电流表的示数都变小
C.电压表示数变大,电流表示数变小
D.电压表示数变小,电流表示数变大
解析 分析电路,R1和R2串联,电流表测电路中的电流,电压表测R1两端的电压,当滑片有b端向a端移动时,R2的阻值变小,电路中的总电阻变小,所以电流变大,则电流表示数变大,R1的阻值不变,电流变大,根据U=IR可知其两端电压是变大的,则电压表示数也是变大的.
答案 A
例17 甲、乙两只定值电阻,甲标有“10Ω 1A”,乙标有“15Ω 0.6A”,把它们串联起来,电路中允许通过的最大电流为
A,两端允许加上的最高电压是 V.把它们并联起来,电路中允许通过的最大电流为 A,两端允许加上的最高电压是 V.
解析 两电阻串联,则两电阻的电流相等,所以电流不能超过任一电阻的额定电流,可确定电流值为0.6A,由欧姆定律求出允许加的最大电压.两电阻并联,则两电阻两端的电压相等,所加电压不能超过任一电阻的额定电压,则由欧姆定律求出两电阻的电压,即可知允许加上的最高电压;由最高电压可求得电路中允许通过的最大电流.
具体计算过程:
(1)串联:
先确定I=0.6A;
由欧姆定律得:
U总=IR总=(10Ω+15Ω)×0.6A=15V.
(2)并联:
由欧姆定律得:
U甲=I甲R甲=10Ω×1A=10V;
U乙=I乙R乙=0.6A×15Ω=9V.
故电路两端所加电压U最大不得超过9V.
此时通过甲的电流
I1=■=■=0.9A;
通过乙的电流I2=■=■=0.6A.
所以电流中允许通过的最大电流
I=I1+I2=0.9A+0.6A=1.5A.
答案 0.6 15 1.5 9
六、仿真测试
1.LED灯是种新型的高效节能光源,它的核心元件是发光二极管.二极管由下列哪种材料制成( ).
A.陶瓷材料 B.金属材料
C.半导体材料 D.超导材料
2.下列关于导体的说法中,正确的是( ).
A.一根金属丝被均匀拉长后,它的电阻将变大
B.导体中没有电流通过时,导体就没有电阻
C.保险丝都是用半导体材料制成的
D.粗导线的电阻一定比细导线的电阻大
3.为了比较电阻R1和R2的大小,4位同学分别设计了图1所示的电路,其中不可行的是( ).
4.小刚同学用图2所示的电路研究电流跟电阻的关系.在实验过程中,当A、B两点间电阻由8Ω更换为6Ω后,他下一步的操作是( ).
A.记录电流表和电压表的示数
B.将变阻器滑片向左移动
C.将变阻器滑片向右移动
D.增加电池数
5.如图3所示电路,电源电压不变,滑动变阻器上标有“2A 20Ω”字样.以下四个图像中,能正确表示当开关S闭合后,通过小灯泡L的电流I与滑动变阻器连入电路的电阻R的关系的是( ).
6.如图4所示的电路,电源电压不变,当开关S1、S2都闭合,电流表的示数为0.5A,电压表的示数12V;断开电路后,将电压表、电流表的位置互换,S1断开、S2闭合,电流表的0.3A.则( ).
A.R1=16Ω B.R1=40Ω
C.R2=16Ω D.R2=24Ω
7.一节干电池的电压为 V.家庭电路中,电冰箱与电视机是 的(选填“串联”或“并联”),家中电灯工作时将 能转化为光能.
8.大量实验证明:人体安全电压不能高于36V,当通过人体的电流接近30mA时就会有生命危险.据此可以推断,人体是
(选填“导体”或“绝缘体”),人体电阻约
Ω.
9.图5中,电阻箱的读数是 Ω.
10.如图6所示,虚线框内有两个阻值分别为5Ω、10Ω的电阻,小明同学想了解其连接方式,于是用3V的电源、电流表和开关进行了检测,闭合开关后,测得电流表的读数为0.2A.则这两个电阻的连接方式是 ,若要增大电流表的读数,可以采取的措施有 .
11.如图7所示电路中,当闭合开关后,滑动变阻器的滑动片P向右移动时:电压表示数 ,电流表A1示数 ,电流表A2示数 .(选填“变大”“变小”或“不变”)
12.探究电流与电压、电阻的关系.
【提出问题】通过导体的电流与导体两端电压及导体电阻的大小有什么关系?
【猜想】①导体的电阻一定时,通过导体的电流与其两端电压成正比.
②导体的电阻一定时,通过导体的电流与其两端电压的平方成正比.
③导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比.
【实验器材】电源(电压恒为4.5V),电流表、电压表各一只,开关一个,3个定值电阻(5Ω、10Ω、15Ω),2只滑动变阻器(20Ω 2A、50Ω 1A),导线若干.
【实验过程】
(1)小明按图8正确连接电路后,闭合开关,发现电流表有示数,电压表指针超过量程.小明操作中的错误是
.
(2)小明改正错误后继续实验,通过改变定值电阻R两端的电压,测得电流、电压的值如表一.分析数据可得出结论
.
表一
(3)小红在探究猜想③时,先将5Ω的电阻连入电路中,闭合开关,移动滑片,使与电阻并联的电压表的示数为1.5V,并记下电流值;再分别改接10Ω、15Ω的电阻,重复上述实验,得到了表二中的实验数据.分析数据得出,猜想③是正确的.实验中,小红多次移动变阻器滑片的目的是
.
表二
(4)小华在探究猜想③时,重新设计了电路,保持电压表的示数为3V,得到了与表二相同的数据,也完成了实验探究.小华与小红的实验相比不同之处是:
.
(5)小红实验时选择的变阻器规格是
.
13.小华想利用电流表和阻值已知的电阻R0测量电阻Rx的电阻值.他选择了满足实验要求的电源、电流表,并连接了部分实验电路,如图9所示.
(1)请你添加两根导线帮助小华完成实验电路的连接.
(2)当开关S1闭合、S2断开时,电流表的示数为I1,当开关S1、S2均闭合时,电流表的示数为I2,请用I1、I2和R0表示Rx . Rx= .
14.小华同学用下列器材做“测量小灯泡正常发光时的电阻”实验,已知小灯泡的额定电压为2V.
(1)请你用笔画线代替导线,在图10甲中完成该实验的电路连接.
(2)开关闭合前,应将滑动变阻器滑片P置于 端.
(3)开关闭合后,小华发现,无论怎样移动滑片P,灯泡总是不亮且电压表、电流表均无示数.如果电路中只有一处故障,则不可能是 造成的.(答一种情况即可)
(4)故障排除后,小华将实验数据在坐标上描点连线成如图乙所示,则小灯泡正常发光时,灯丝的电阻为 Ω.
15.如图11所示电路,电源电压为12V,R1=10Ω,滑动变阻器最大阻值为100Ω,电压表量程为0~3V,电流表量程为0~0.6A,为了不烧坏电表,变阻器阻值变化范围为多大?
16.如图12所示的电路,电源电压6V且保持不变,灯L1的电阻为15Ω.
(1)开关S1、S2都闭合时,电流表的示数为1A,求灯L2的电阻;
(2)开关S1、S2都断开时,电流表的示数为0.3A,求灯L3的电阻.
仿真测试参考答案
1.C 2.A 3.D 4.B 5.D 6.C
7.1.5 并联 电 8.导体 1200
9.4635 10.串联 将两个电阻并联
11.不变 变大 变大
12.(1)没将滑片移到阻值最大的一端
(2)导体的电阻一定时,通过导体的电流与其两端电压成正比.
(3)调节电阻两端电压使其保持为1.5V不变.
(4)小华是将电压表并在了滑动变阻器两端,而小红是并在电阻两端.
(5)50Ω 1A
13.(1)如图
(2)Rx=■R0
14.(1)如图
(2)A (3)灯断路或灯短路 (4)4
人民教育出版社2014年3月出版的义务教育教科书数学在六年级上册第51页以“你知道吗?”的形式介绍了“黄金比”(图1),为了使小学一线教师在教学时能够更好地进行这一内容的教学,以下将对“黄金分割”从起源到发展及生活中的应用进行整理和介绍。
1.“黄金分割”的定义
把一条线段分割为两部分,使较大部分与全长的比值等于较小部分与较大部分的比值,则这个比值即为黄金分割,这个比值是=0.6180339……通常用希腊字母?准表示这个值。中世纪德国数学家、天文学家开普勒在《宇宙之秘》中写道:“‘毕达哥拉斯定理’(勾股定理)和‘中末比’是几何中的双宝,前者好比黄金,后者堪称珠玉。”[1]他用黄金形容勾股定理,用珠玉形容中末比,后来逐渐演变成用黄金形容中末比。
2.“黄金分割”的起源
2500多年前,古希腊的著名数学学派――毕达哥拉斯学派以正五边形的五条对角线构成的五角星形作为自己学派的标志。正五边形的五条对角线交点以一种特殊的方式分割对角线:每条对角线都被交点分成两条不相等的线段,使该对角线的整体与较长部分之比等于较长部分与较短部分之比,这就是所谓的“黄金分割”。我们并不知道毕达哥拉斯学派是用什么方法求解黄金分割的,“黄金分割”这个名称也不是来自该学派[2]。最早在书中正式使用“黄金分割”这个名称的是德国数学家欧姆(1792-1872以欧姆定律闻名的G?S欧姆之弟),在1835年出版的第二版《纯粹初等数学》一书中,他首次使用了这一名称。到19世纪之后,这一名称才逐渐通行起来,成为现在人们所熟知的名称[3]。古希腊数学家欧多克索斯(公元前4世纪)从比例论的角度对这一问题加以研究和推广,并把这种分线段的方法叫做分线段成“中末比”[4]。公元前300年前后,欧几里得撰写《几何原本》时记载下了欧多克索斯的研究成果,这也是最早论述有关“黄金分割”的著作[5]。在该书第四卷记述了用黄金分割作正五边形、正十边形的问题。
3.斐波那契数列与“黄金分割”
4.“黄金分割”的应用
古希腊以来的美学家有一条公认的美学定律:符合黄金分割的平面图形或几何体是最美的。古希腊雅典的帕特农神殿就是按黄金分割建造的,其大理石柱廊高恰好占整个神殿高度的0.618。古埃及修建的胡夫金字塔,其高与底部正方形边长之比为0.62。埃菲尔建造巴黎大铁塔在比例上应用的也是黄金分割法[9]。法国巴黎圣母院的正面高度和宽度比例是8:5,每一扇窗户的长宽比也是如此,这个比值接近于黄金分割比[10]。美籍华人建筑大师贝聿铭根据斐波那契螺旋溶古代建筑艺术与现代最新技术于一体设计的华盛顿国家艺术馆,该馆的每一个房间一年四季太阳都能照射到[4]。
美丽的女神维纳斯的雕像其下半身长与全身长的比值约为0.618[5]。健美身段的比例中有许多黄金分割比:头部以眼睛为界的上下比例,全身以肚脐为界的上下比例,肚脐以上部分以肩部为界的上下比例,手臂以肘部为界的上下比例等[11]。著名画家达?芬奇的油画《蒙娜丽莎》就完美地体现了黄金分割在艺术上的应用,蒙娜丽莎的头和两肩在整幅画面的位置完美地体现了黄金分割,使得这幅油画看起来那么和谐和完美,使它成为一幅传世名作。报幕员报幕的时候应站在舞台宽度的0.618位置最佳[5]。