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《欧姆定律》:一个公式,统领全章

 逍遥麒麟在江湖 2014-11-22

 从这一章开始,我们算是正式迈入物理殿堂。一至四章可以说是小学的科学课程的加深,算是复习了一遍,梳理了一遍;五至六章介绍了电学的三个重要概念:电流、电压和电阻。第七章则是将这三个概念组合起来了,知识的物理韵味十分浓厚,综合性大大加强,难度陡然加深,以至于同学们难以适应,眼花缭乱。

这一章起,算是有了正儿八经的计算题了,对于电路的分析、计算,甚至于解题格式,在同学们眼里都是崭新的,对大家是一个极大的考验。进入电学大厦,同学们犹如牙牙学语、步履蹒跚的婴儿,需要处处引导、步步示范,稍有松懈就会云里雾里。

其实,本章内容的核心知识就是一个公式:欧姆定律。第一节是对电流的影响因素的探究,是对欧姆定律的得出做铺垫;第二节是介绍和运用欧姆定律公式;第三节是欧姆定律公式的变形,伏安法测量电阻;第四节是运用欧姆定律解释安全用电现象。

一、动态电路中电表示数的变化

电路中电源电压是恒定的,当电阻发生变化时,会导致电流的变化、部分电压重新分配,即电流表、电压表示数会发生改变。

分析动态电路,追根溯源要研究电路中电阻如何变化。是由于滑片移动致使滑动变阻器连入电阻发生变化,还是开关的开、闭导致串并联连接方式发生改变,抑或是电阻被开关短路引起电阻变化,这些都要搞清楚。

同学们最大的问题是不会分析滑动变阻器的电压,有时还会受到思维定势影响,不会区分总电压还是部分电压,从而判定电压变化出错。一般来说,分析的顺序是:总电阻的变化→总电流的变化(欧姆定律)→定值电阻电压的变化(欧姆定律)→变化电阻电压的变化(电路的电压特点)。

解决此类问题的关键是会灵活运用欧姆定律,要采取先整体后局部的思路,分析电表变化。

步骤是:(1)要把电路的连接方式、电表测量范围弄明白,这是解题的前提,否则就会南辕北辙。(2)要会判断总电阻是变大还是变小,进而知道电流的变化趋势,这是解题的关键。(3)并联电路重点研究电流,串联电路重点研究电压的分配,这是解题的方向问题。

二、利用分压、分流规律解答比值题

串联电压与电阻成正比,并联电流与电阻成反比。单一计算都会经常混淆,一旦出现同一题目中电压、电流比值的转换,真的是要了命,往往难倒一大批同学。究其原因,还是不能快速处理总体与局部的关系,“树木和森林”只见其一,不能兼顾。

甲乙两表均为电压表,要重点看清是总电压还是部分电压,从而确定电阻比值关系。

如果甲乙两表换为电流表,要看清楚是测量的干路还是支路电流,要先把支路电流比确定后,再利用干路电流等于支路电流之和的关系解题。

可见,困扰同学们的还是电路的准确分析,对这一问题我们要反复讲解,反复练习,反复领会,逐渐内化和巩固,绝对没有捷径可走。

三、伏安法元件互换的现象判断

这有两种情况:电表互换、电表和电阻互换。

出现错误的根源,还是在于对电表电阻特性的不了解。只要将电压表串联了,电路就处于断路;电阻与电流表互换,则对电路或元件安全无任何影响,只是不能测量电阻阻值。

很多同学讲这两种情况混为一谈,不能区分。也许是审题问题,也许是理解问题。

四、不同规格灯泡的串联与并联

灯泡、变阻器、电阻的串并联遵循相同的安全规律,都要取较小的电流或电压。所以解题的第一步就是分别计算或标注各用电器的最大电流和最大电压,再根据连接方式确定电路中的电流或电压(注意“和”与“或”的区别)。即串联时取较小的“最大电流值”,并联时取较小的“最大电压值”,剩下的问题利用欧姆定律即可搞定。

五、利用iuir图像解题

这是两个不同条件下的结论。iu是在电阻一定时的一条过原点的直线,反映了正比关系;ir是在电压一定时的曲线,反映了反比关系。正是对于这些条件,同学们无法准确理解,从而频频出错,并且是错了再错。

一般地,在电压一定时,将电阻换成大电阻,它的两端的电压会升高(即部分电压随着电阻变),那么,要保证条件不变,则需要调大滑动变阻器。即接大电阻,调大变阻器;接小电阻,调小变阻器。

这类题,一般出现在选择题中,也可出现在探究题中,都有较大难度,是试卷中的拉挡题、爬坡题。

还有一点要注意,要会通过ir曲线,计算出电压,即它们的乘积始终相等,在曲线上无论哪个点的电流、电阻乘积都不变,也就是说可以在图像上找出最大和最小电流。明白了这一点,可以有助于我们理解和解题。

六、灯丝电阻与定值电阻阻值测量与分析的区别

在表格设计上,灯丝电阻值不能去平均值,它的平均值没有物理意义。

在决定因素上,温度对灯丝电阻影响较大,而不要简单认为决定电阻的因素是电压。

在分析数据时,要透过现象看本质,分析电阻的变化与温度(表面数据是电压)变化的对应关系。

七、三个电阻的串并联转换

这类题容易出现三类错误。

1)电路分析不正确,容易把并联部分看成支路短路。殊不知,一个支路短路,意味着并联部分都短路。初学者极易根据导线长短(而不是电阻有无)来判断是否短接。仔细想来,这也是同学们接收运用新知识的速度问题,只要多训练是会解决这一问题的。

2)并联电路运用串联规律。这是记忆问题。串并联规律拿来就用,有的却是根本就没有串并联之分。比如,不论串并联,一概认为总电阻等于各电阻之和。

3)总电压与总电流的决定因素理解错误。很多同学认为总电流是不变的,是一个定值。这是错误的。电压是由电源提供的,只要不换电源,总电压就不变。电流的决定因素有电压和电阻,即使电压不变,电阻改变了,电流也会改变。(欧姆定律和电阻意义均可分析。)

八、变式测电阻

变式测电阻,一般来说还是围绕伏安法想办法。即想办法知道被测电阻的电压和电流。要认真审题,仔细分析已知条件,充分利用器材,尽量挖掘隐含条件(电源电压,已知阻值),方可完美答题。

变式测电阻的问题集中在方案设计、步骤表述、表达方式上。

步骤表述不仅有语言能力的考查,更有思路思维的考查。这是综合能力的体现。对于补充式还好对付些,只要“顺藤摸瓜”“瞻前顾后”即可。较难的是步骤的全新设计。这类题要根据步骤数量、已知条件、题目要求、所测物理量等设计步骤,一般可以表述为“怎样做…,测什么…”。

表达式中只能有两类符号:测出量、已知量或常数量,不能有过程量或计算量。

九、电表的改装

大量程电流表、电压表都是由小量程电流表改装的,在原来基础上增加了干路电流、分担电压。

小量程电流表自身有电阻,它的电流与电压有对应关系,这是明白改装的知识基础。

要增大干路电流,就要增大另一支路电流,必须与电流计并联一个较小电阻。

要增大分担电压,在不改变电流时,增大串联电阻,以增大分担电压,从而扩大量程。

十、电路故障的可能判断

出现一个故障,可能由不同原因引起,要知道世界是复杂的。在解答选择题时,要注意措辞“一定”“可能”的区别,看题意是否穷尽,要理解“必要条件”和“充要条件”。

十一、导体电阻与电压、电阻的关系

电阻的决定因素、伏安法关于电阻的表述、欧姆定律关于电阻的表述三者极易混淆。

单独来看,电阻至于材料、长度横截面积有关。从伏安法公式来看,电阻可以由电压、电流计算,但要明白,电阻与电压、电流无关。从欧姆定律公式分析,电流与电阻成反比,这也不是说电阻可变,而是说在电压相同时,改变电阻,就会改变电流,注意描述的是“不同的电阻”哦。

十二、电学中的字母运算

2011年武汉卷中电表示数比值的字母运算中,在初二学生做题时,几乎全军覆没。电压比值为字母,电流比值为另一个,再把字母列式运算,要分别列出等式进行比较判断。

这类题的难点在于:一是对比值代表的物理意义不清楚,不能挖掘和利用中间条件;二是比值的数学运算功底欠缺,不适应,不习惯



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