第 12 章 第 2 节 电流与电压、电阻的关系
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欧
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定
律
电流与电压、电阻的关系
在如图 12–2–1 所示的实验中,若电源由两节干电池变为一节干电池,导体两端的电压发生改变,电流也随之改变,说明通过导体的电流与导体两端的电压有关;改变导体的电阻,电流也会随之改变,说明通过导体的电流与导体的电阻也有关。电流与电压、电阻究竟存在怎样的关系呢?
如何探究电流与电压、电阻的关系?
探究电流与电压、电阻的关系
提出问题
电流与电压、电流与电阻分别有什么定量关系呢?提出猜想并说明猜想的依据。
电流与电压、电阻都有关系,因此可采用_______分别探究电流与电压、电流与电阻的关系。
第
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节
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流
与
电
压
、
电
阻
的
关
系
实验一 探究电流与电压的关系
对于阻值一定的导体,探究通过导体的电流随两端电压变化的情况。
搜集证据
器材
阻值一定的导体、电源、电流表(或电流传感器)、电压表(或电压传感器)、开关及导线。
方案
为了探究电流 I 随电压 U 变化的定量关系,需要改变导体两端的电压,测得多组电压值和电流值。分组讨论实验方案,可以补充实验器材,并在虚线框中画出实验电路图。
需要补充的器材:_______________。
连接电路,进行实验。
记录
将导体的电阻、测得的电流和电压记录在表12–2–1中。
| 实验序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| 电压 U/V | |||||
| 电流 I/A |
作出解释
分析
①分析表 12–2–1 中数据,同一导体,如果导体两端的电压不断增大,通过导体的电流如何变化?
②进一步找出通过同一导体的电流与导体两端电压的定量关系。分析处
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理数据可以采用计算或作图两种方法。若采用作图法可以电压 U 为横轴、电流 I 为纵轴建立平面坐标系(图 12–2–2),画出 I–U 图像进行分析。
结论
由上述实验可得,同一导体,通过导体的电流与导体两端的电压_____。
实验二 探究电流与电阻的关系
在___________的条件下,探究通过导体的电流随电阻的变化情况。
搜集证据
器材
现有以下实验器材可供选择:
阻值不同的导体若干、滑动变阻器、电源、电流表(或电流传感器)、电压表(或电压传感器)、开关及导线。
方案
当更换不同阻值的导体时,导体两端的电压是否发生改变?如何保持不同阻值的导体两端电压不变?与实验一相比,实验二的电路图有何变化?
设计实验方案并完成实验。
记录
设计数据记录表,并将实验数据记录在表中。
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流
与
电
压
、
电
阻
的
关
系
作出解释
分析
①分析数据,当电压一定时,如果接入电路的电阻不断增大,通过导体的电流如何变化?
②通过计算找出电压一定时,电流与导体电阻的关系。
结论
由上述实验可得,____________________________________。
交流反思
还能通过什么数据处理方法,找出电流与导体电阻的关系?
通过大量实验探究,可以得出:
通过导体的电流 I 与导体两端的电压 U 成正比,与导体的电阻 R 成反比。这一规律叫做欧姆定律(Ohm’s law),可表示为
\[I = \frac{U}{R}\]
在探索欧姆定律的过程中,欧姆(G. S. Ohm,1789—1854)发现了长度和横截面积比值相同的两根同种金属导体,它们的导电能力是一样的。在此基础上,欧姆又自制了扭力天平来测量金属导体中的电流,用温差电池对金属导体供电。经过长期艰苦的工作,欧姆终于在 1826 年发表了他的研究成果。可是成果发布后,却一直得不到当时学界的认可。
随着时间的推移,越来越多的物理学家认识到欧姆的发现具有极其重要的意义。欧姆定律为电路设计和分析提供了重要的理论基础,在电工、电子技术等领域得到广泛应用。
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并非所有元件的 I–U 图像都是一条过原点的倾斜直线。如图 12–2–3 所示,某热敏电阻的 I–U 图像是一条曲线。像热敏电阻这种电流与电压不成正比的元件统称为非线性元件。
某热敏电阻的 I–U 图像
示例 · 一个阻值为 10 Ω 的导体,接在电压为 9 V 的电源两端。若电源电压不变,求通过该导体的电流。
解:已知导体的电阻 R = 10 Ω,其两端电压 U = 9 V。
根据欧姆定律,通过该导体的电流
I = \(\dfrac{U}{R}\) = \(\dfrac{{9\;{\rm{V}}}}{{10\;\Omega }}\) = 0.9 A
对于电路中的某一导体,只要知道了电流、电压、电阻这三个物理量中的任意两个,就可以根据欧姆定律算出第三个量。
欧姆定律作为电学的基本定律之一,是研究电路问题的重要基础。
电阻与电流、电压有什么关系?
欧姆定律的公式可以变形为 R = \(\dfrac{U}{I}\),但不能据此认为电阻与电压成正比,与电流成反比。这是因为改变导体两端电压时,通过它的电流也随之改变,而电压与电流的比值不变,即导体的电阻不变。电阻是导体的一种物理性质,一般情况下,电阻不随导体两端电压和通过导体的电流变化而变化。
如果导体的温度或某些外界物理条件发生明显改变时,电压和电流的比值不再是定值,即导体的电阻会发生变化。
此外,欧姆定律并不适用于所有导体,如气体导电时就不适用。
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的
关
系
1.将电炉接入电压为 220 V 的家庭电路中,电炉中电热丝工作时的阻值为 30 Ω,求通过电热丝的电流。
2.将小灯泡接入电路后,测得其两端电压为 2.5 V,通过它的电流为 0.3 A,求小灯泡此时的电阻。
3.某同学认为,当导体两端电压为零时,没有电流通过,所以该导体电阻为零。你认为该同学的观点是否正确,并简述理由。
4.图 12–2–4 是电阻 A、B 的 I–U 图像,试比较两电阻的大小。
发布时间:2026/6/2 21:21:04 阅读次数:12