攀登
【作者】杜甫 【年代】唐
风大天高，猴子哀嚎，沙土清澈，白鸟飞回。
无尽的落叶沙沙落下，无尽的长江滚滚而来。
忧郁漫步，孤独而病弱的百年舞台。
我苦中带苦，头发都白了，刚刚把酒戒了。
杜甫的《登高楼》整体给人一种萧瑟凄凉之感，情与景交织，情与景融为一体，将个人身世的悲凉、苦闷失意的煎熬融入凄婉的秋景之中，极尽阴郁失意之能事，让人读之心酸初中物理电流的测量，犹如火山爆发，无法阻挡。
诗人用“无边”和“绵延”把“沙沙”和“连绵”表现得更加生动，既使人联想到树倒的沙沙声和长江滚滚的奔腾，又传递出流年易逝、壮志难酬的悲凉。我们知道，河水的流速和落差的高低有关，那么你知道哪些因素和通过导体的电流大小有关吗？具体关系是什么呢？今天我们来学习初中物理实验第十三期《探究通过导体的电流与电压、电阻的关系》，先看一段视频：
课程概述
（1）考点分析：欧姆定律是电学的核心内容，在课程标准中要求较高，也是中考的重点。该部分主要考点有：利用欧姆定律结合串并联电路的特点进行相关计算、电路故障判断、欧姆定律的实验探索、测量导体的电阻等。将本章知识与具体生产生活中的实际电路相结合的计算题将是中考的新趋势。
本章热点题之一是探究欧姆定律，即电流、电压与电阻的关系，主要考查实验方法和数据分析能力。热点题之二是伏安法测电阻，是初中物理的重要实验之一，既包括电流表、电压表、滑动变阻器三大电工仪器的使用，又可以涵盖数据分析、计算、误差探讨等各个方面，是各地中考的高频考点。
（2）课程内容：3.4.2认识电压、电流、电阻；通过实验探索电流、电压、电阻之间的关系；理解欧姆定律。
学生实验：探索导体中电流、电压和电阻之间的关系
1 电流、电压和电阻的关系
在前面的课程中，我们学习了： ①电压是电流产生的原因，所以电压越高，电流可能越大； ②电阻表示导体对电流的阻力，所以电阻越大，电流可能越小。也就是说，通过导体的电流和电压、电阻有关。我们通过一个实验来验证一下上面的说法：
探索导体中的电流、电压和电阻之间的关系
探索电流和电压之间的关系
设计实验
保持电阻R不变，利用滑动变阻器改变电阻两端的电压U，研究流过电阻R的电流I与电阻两端的电压U之间的关系。
实验数据
分析与论证
图形方法也可以用来分析数据，图形方法有时可以更直观地显示两个量之间的变化关系。
比例图像
注：电压是电流形成的原因，当电压为0时，导体中不会流过电流，也就是电流也为0，所以图像经过坐标原点。
为了得出普遍的结论，需要更换不同阻值的电阻（例如更换为5Ω电阻），测量另一组数据，并画出相应的图形。
实验结果
当电阻恒定时，流过导体的电流与导体两端的电压成正比。
探索电流与电阻的关系
设计实验
保持电阻器R两端的电压U不变，改变电阻器R的阻值，研究流过电阻器R的电流I与其阻值R的关系。
实验中，更换不同阻值的电阻时，应先断开开关，更换电阻后，将变阻器的滑块调至阻值最大的一端，以防止闭合开关后，电阻两端的电压不超过电压表量程。
实验数据
分析与论证
反比例图像
为了得出一个普遍的结论，需要改变控制电压（例如保持在2V），测量另一组数据，并绘制相应的图形。
实验结果
当电压恒定时，流过导体的电流与导体的电阻成反比。
注意：滑动变阻器的作用是：①保护电路；②控制电阻两端电压恒定。
2 欧姆定律
通过以上探索电流、电压和电阻的实验，我们发现：
①当导体的电阻一定时，流过导体的电流与导体两端的电压成正比；
②当导体两端的电压一定时，流过导体的电流与导体的电阻成反比。
早在十九世纪二十年代，德国物理学家欧姆就对电流、电阻和电压之间的关系进行了大量的实验研究，发现上述定律对大多数导体都成立，并进一步总结出了电学中一个非常重要的物理定律——欧姆定律。
欧姆定律
导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。
欧姆定律概念解析
欧姆定律的几种解释
（1）公式中采用国际单位，其中电压U的单位为伏特（V），电阻R的单位为欧姆（Ω），电流I的单位为安培（A）。
（2）欧姆定律反映的是同一电路中，同一时刻I、U、R三者之间的关系。
（3）欧姆定律只适用于纯电阻电路。
概念
1.纯电阻电路
纯电阻电路是将电能全部转化为内能的电路。例如电热毯、电饭锅、电炉、电暖器、电热水器、电水壶、白炽灯等都是纯电阻电路。白炽灯工作时，可以理解为将电能转化为内能，而内能的一部分又转化为光能。
2.非纯电阻电路
非纯电阻电路是把电能转换成内能和其他形式能量的电路（纯电阻电路以外的电路都属于非纯电阻电路）。例如电动机在工作的时候，也会产生热量，也就是说电动机在工作的时候，很大一部分电能转换成了机械能，小部分转换成了内能，所以电动机属于非纯电阻电路；再例如节能灯把大部分电能转换成了光能，所以节能灯也属于非纯电阻电路。
⑷ 电阻是导体本身的性质，只与导体的材料、长度、截面积和温度有关，与电压、电流无关。因此，不能说导体的电阻R与其两端的电压U成正比，与电流成反比。
⑸ 电压是电流的起因，电阻是导体对电流的屏障。也就是说，电压和电阻会影响电流，而不是相反。记住这一点。
典型实例：（2019•镇江）小兵利用图1的电路探究电流与电阻的关系，实验中控制电压表示数为U0不变，图中已标明相关设备的规格。
（1）请用笔画线而不是电线将电压表连接到电路；
（2）在开关闭合前，应将变阻器滑块置于图中最远（选择“左”或“右”）一端；
（3）合上开关，将电阻箱调至某一阻值，在调节滑动变阻器时，发现电压读数始终为零，而电流读数变化很大。经检查，发现这是由于某处发生短路引起的。短路原因为；
（4）士兵调整电阻箱阻值R，进行多次试验，I和
关系图如图2所示，由图可知U0=V，由实验得出的结论是：当电压一定时，；
（5）如果电池电量不足，士兵就切换到4.5V电源，继续实验。他执行以下操作：
① 调节电阻箱阻值至4Ω进行实验，实验结束后断开开关；
②调节电阻箱至15Ω，闭合开关，进行实验；
那么由于该士兵在上述操作中有一个疏漏，就会导致。
（6）小华还利用图1中的电路和设备，探索电流与电阻的关系。他在5Ω至25Ω的范围内，把电阻箱的阻值R调整为5个不同的值，进行了实验。他根据实验数据画出的I与1/R关系的图形，在图3中不能（填入“A”或“B”），其原因是。
【分析】（1）电压表和电阻并联；（2）为保护电路，闭合开关前应将变阻器的滑块调到最大阻值；（3）电流读数不为0，说明电路短路了，电压读数为0，说明与电压表并联的部分短路了；（4）根据图3B，电流与电阻的乘积为U0；由于I与1/R是过原点的一条直线，所以可以得出，在电压一定的情况下，电流与电阻的倒数的关系为；（5）将电源电压4.5V与电压表的量程对比，得出结论；（6）图3B，当电阻为5Ω时，倒数为0.2，对应电流为0.15A。 根据欧姆定律计算出电阻箱两端的电压，根据串联电路电压定律计算出滑动变阻器两端的电压。根据滑动变阻器两端电压与电阻箱两端电压的关系，得到接入电路的滑动变阻器阻值与接入电路的电阻箱阻值之间的关系。当接入电路的电阻箱阻值为25Ω时，计算出接入电路的滑动变阻器阻值，然后与滑动变阻器的最大阻值进行比较，得出结论。
【答案】解答：（1）将电压表并联到电阻箱两端，保证正极输入，负极输出，如下图：
（2）为保护电路，闭合开关前，应将滑动变阻器的滑块调至最大阻值，即最左端； （3）如果电流显示不为0，则表示电路短路，电压显示为0，表示与电压表并联的部分短路，即电阻箱短路； （4）由I与1/R关系图可知，当电流为0.1A时，1/R为0.05，则R=20Ω，从图中可知U0=IR=0.1A×20Ω=2V； 由图可知，电流与导体电阻的倒数成正比，当电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比； （5）在关闭开关时，当电阻箱阻值由4Ω变为15Ω时，必须将滑动变阻器调整到阻值最大的位置，如果不调整，则电阻箱分配的电压过大，会超过电压表的量程；（6）对于图3b中的曲线，当阻值为5Ω时，倒数为0.2，对应电流为0.15A，电阻箱两端的电压为U′0＝I′R′0＝0.15A×5Ω＝0.75V，此时滑动变阻器两端的电压为3V﹣0.75V＝2.25V，此时滑动变阻器两端的电压为电阻箱两端电压的3倍，而接入电路的滑动变阻器的阻值也是接入电路的电阻箱阻值的3倍。 当接入电路的电阻箱阻值为25Ω时，接入电路的滑动变阻器阻值需调整到75Ω才符合要求，而滑动变阻器的最大阻值只有50Ω，因此此曲线无法用实验测得。故答案为：（1）见上图；（2）左图；（3）电阻箱；（4）2；通过某导体的电流和该导体的电阻成反比；（5）电阻箱两端的电压超过电压表量程；（6）B；当电阻箱阻值为25Ω时，滑动变阻器的最大阻值无法满足图B所要求控制不变的0.75V电压。
【点评】本题考查电路的连接、实验注意事项、故障分析、图像分析等，其中图像分析有一定的难度。
3. 考试题目重现
练习一：（2018•无锡）一组同学准备探究“通过导体的电流、电压和电阻之间的关系”。实验器材包括：2节干电池、一个滑动变阻器（20Ω，1A）、一个电流表、一个电压表、一个开关、若干个不同阻值的固定电阻和导线。图A是他们连接的实验电路。
（1）在闭合开关前，将变阻器的滑动块P移到（选择“A”或“B”）端。
（2）闭合开关后，将变阻器滑块拨到某一位置，电压读数为0.7V，电流读数如图B所示。继续探索，将测量数据填入下表：
实验次数
电压U/V
0.7
1.1
1.5
1.7
电流输入/输出
0.18
0.20
0.26
0.30
① 图B中电流读数为A。
②图C是以电流I为纵坐标，电压U为横坐标建立的平面直角坐标系，请根据所测数据在坐标系中画点，画出IU图形，并记为a。
（3）图C中的b、c、d三个IU图是其他小组的学生根据图A中电路的实测数据，分别选取5Ω、10Ω、20Ω定值电阻绘制的。
①通过分别分析图C中各IU图像，可以得出以下结论。
② 本组同学发现，通过分析图C中的IU图像，还可以得到“当导体两端的电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成反比”的规律。请写出分析方法： 。
③ 为验证②中的规律，本组学生选取了5Ω、10Ω、20Ω的固定电阻，准备分别接入图A中的电路中，测量电流进行探索。有学生建议，由于探索过程中需要保持电阻两端电压恒定，因此图A中可以省去滑动变阻器和电压表。根据建议，他们把三个电阻从小到大接入电路中，闭合开关后，电流读数分别为0.42A、0.24A、0.13A，发现无法验证②中的规律。于是他们打算继续按照图A进行探索，并在分析测量数据后，选定了需要加在电阻两端的电压值U。为保证验证的完成，这个电压值U的范围为。
A.1.5V＜U≤3VB.1.3V＜U＜2.1V
C.1.3V＜U≤2.6VD.2.1V＜U＜2.6V
练习2：（2018•大连）某学生在一次探究电压一定时导体的电流与电阻的关系的实验中，使用了以下实验设备：两节干电池、一个电流表、一个电压表、一个滑动变阻器、一个开关、一个固定电阻器和若干根导线。实验电路如图A所示。
（1）电路接通后，在开关闭合前，应将变阻器的滑块移至端子末端（选择“a”或“b”）。
（2）学生用开关“试触”时，发现电压表和电流表没有读数。他检查导线与端子接触良好，猜测滑动变阻器可能断了。他拿了另一根导线来验证他的猜测是否正确。记下他的方法和观察到的现象。
（3）排除故障后，学生进行了实验，记录的实验数据如下表所示：电压U=2.4V
实验次数
电阻R/Ω
12
16
20
24
电流输入/输出
0.60
0.30
0.20
0.15
0.12
0.10
①通过分析实验数据，得出的结论是： 。
②在图B的方格纸上画出电流I与电阻R的关系图。
③由图可知，当电阻R=18Ω时，电流为A。
练习三：（2018长春）在《探索电流与电阻的关系》实验中，某实验组按图A所示的电路图正确连接电路，在a、b之间依次串接不同阻值的电阻器R。每次闭合开关前，均将滑动变阻器的滑块移至阻值最大的一端。
（1）当所接电阻R为5Ω时，闭合开关，电流表无读数，电压表显示读数如图B所示。拨动滑块，两表头指针静止不动。若电路只有一个故障初中物理电流的测量，则故障为；电源两端电压为V。
（2）故障排除后，进行如下操作： ①闭合开关，记录电流读数； ②移动滑动块，使电压读数为U0，记录电流读数； ③当连接的电阻R分别等于10Ω和15Ω时，闭合开关，重复步骤②； ④当连接的电阻R为Rx时，闭合开关，电压读数大于U0，记录电流读数： ⑤利用测得的数据绘制如图C所示的图形。
（3）实验中滑动电阻所消耗的最大功率为W。
（4）若仍用原设备，且实验中要用到全部4个电阻，则应控制a、b之间的电压至少为10V。
练习四：（2018•深圳）在《探索电流与电阻的关系》实验中，老师提供了2节新干电池、一只电流表、一只电压表、一个开关、一个滑动变阻器、阻值分别为10Ω、20Ω、40Ω的固定电阻器各一只，以及导线若干根：
（1）请根据图A用笔画线连接实物图（图B）（导线之间不要交叉，滑动变阻器向右移动时阻值增大）；
（2）将滑动变阻器阻值调至最大，合上开关后发现电压表有接近电源电压的读数，而电流表示为0，可能原因。
（3）排除故障后，更换不同定值的电阻，进行实验。将测量的数据填入下表中。电流表第一次读数如图C所示，读数为A。实验过程中电压读数应保持恒定在V。
实验编号
电阻 (Ω)
10
20
40
电流（安培）
0.10
0.05
（4）由表中数据得出结论：当导体两端的电压一定时，流过导体的电流与导体的电阻成正比（选择“成正比”或“成反比”）。
（5）根据表中数据，选定的滑动变阻器可以是（填“A”或“B”）。
“50Ω 0.5A”B.“10Ω 1A”
练习五：（2018•广东）《探索电流与电压的关系》实验中：
（1）如图1所示，A为，B为。（选择“电流表”或“电压表”）
（2）用笔画线代替电线来完成图 2 中的电路。实验过程中，变阻器的滑块必须从右向左移动。（电线不能交叉。）
（3）实验操作时，调整滑动变阻器的滑块P，使其在开关闭合时保持不变，得到三组实验数据，如表所示。请根据图表中的数据，在图3中画点并连线。
实验次数
物理量
电压表 U/V
1.0
2.0
2.5
电流表J/A
0.11
0.20
0.26
（4）分析实验数据，得出结论。
练习6：（2018•连云港）小明在“探究导体中电流与电阻的关系”时，利用如图所示的电路进行实验，可选用的定值电阻有2.5Ω、5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω，实验中电阻R两端电压恒定为3V，滑动变阻器的规格为“15Ω1A”。
（1）请用笔画线代替导线完成图中实物电路，要求滑动变阻器的滑块P向B端移动时，所连接电路的阻值增大。
（2）小明合上开关后发现电流显示为0，电压显示很大，故障原因可能为。
（3）实验中不能选定的电阻为Ω。
（4）为保证所有可用电阻能正常进行实验，电源电压应控制在V与V之间。
超过
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