初高中物理通用銜接教材：電學(xué)初步

第十四講電學(xué)初步教材分析初中教材要求高中教材要求了解電阻、滑動(dòng)變阻器及歐姆定律.熟練掌握電壓、電流、電阻的概念和公式，掌握部分電路的歐姆定律和閉合電路的歐姆定律.一、摩擦起電、兩種電荷.帶電體具有吸引輕小物體的性質(zhì)..用摩擦的方法使物體帶電叫做摩擦起電..兩種電荷：自然界只存在兩種電荷，即正電荷和負(fù)電荷.物理學(xué)規(guī)定：用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷叫做正電荷；用毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷叫做負(fù)電荷..電荷間的相互作用規(guī)律是：同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引.利用這個(gè)規(guī)律，可以制成檢驗(yàn)物體是否帶電和粗略檢測(cè)帶電荷量為多少的驗(yàn)電器.二、導(dǎo)體和絕緣體.導(dǎo)體：容易導(dǎo)電的物體叫做導(dǎo)體.導(dǎo)體導(dǎo)電是因?yàn)閷?dǎo)體內(nèi)有大量可以自由移動(dòng)的電荷.如:金屬、石墨、人體、大地及酸、堿、鹽的水溶液等..絕緣體：不容易導(dǎo)電的物體叫做絕緣體.絕緣體內(nèi)不容易導(dǎo)電是因?yàn)榻^緣體內(nèi)幾乎沒有自由移動(dòng)的電荷.如橡膠、玻璃、塑料、油、純水等..導(dǎo)體和絕緣體之間沒有絕對(duì)的界限，在外界條件變化時(shí)，絕緣體可能變成導(dǎo)體，如木棒潮濕時(shí)容易導(dǎo)電，燒成紅熱的玻璃會(huì)導(dǎo)電.三、電路.電路的組成及各元件的作用電路是由電源、用電器、開關(guān)及導(dǎo)線等元件組成的電流的路徑.電源：供電裝置，它把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.用電器：消耗電能做功的設(shè)備，它把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.開關(guān)：電路接通或斷開的控制元件.導(dǎo)線：輸送電能的設(shè)備..電路的連接狀態(tài)通路：處處連通的電路，又叫閉合電路.開路：斷開的電路，又叫斷路.電路開路時(shí)，電路中沒有電流.短路：電源正負(fù)極直接相連的電路叫短路，短路時(shí)電路中的電流很大，易燒壞電源，是有害的通路.如果將一根導(dǎo)線直接與用電器的兩端并聯(lián)，將會(huì)造成該用電器短路而不工作.四、描述電路的幾個(gè)物理量.電荷量(q):電荷的多少叫電荷量.單位是庫(kù)侖(C),1個(gè)電子或質(zhì)子的電荷量為1.60X10一19庫(kù)侖，1庫(kù)侖電荷量等于6.25X1018個(gè)電子所帶的電荷量..電流和電流強(qiáng)度(I):電流：電荷的定向移動(dòng)形成電流，物理學(xué)中規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较颍?fù)電荷定向移動(dòng)的方向跟電流方向相反.電流強(qiáng)度：表示電流強(qiáng)弱的物理量.(1)定義和定義式：1s內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量.定義式：I=；(2)國(guó)際單位：安培(A).(3)測(cè)量工具：電流表.電流表的使用：電流表必須串聯(lián)接入被測(cè)電路，并使電流從電流表“十”接線柱流入，“一”接線柱流出；流入電流表的電流不能超過它的量程；不能把電流表直接接在電源兩端，以免燒壞電流表.如圖1所示.圖1.電壓(U)(1)電壓的作用：電壓是使自由電荷定向移動(dòng)形成電流的原因.(2)單位：伏特(V).(3)測(cè)量工具：電壓表.電壓表的使用：電壓表必須并聯(lián)接入被測(cè)電路，并使電流從電壓表的“十”接線柱流入，“接線柱流出；電壓表兩端的電壓不能超過它的量程；在量程許可時(shí)，可以將電壓表直接接在電源兩端測(cè)電源電壓.如圖2所示.（4）常見的一些電壓值：一節(jié)干電池的電壓是1.5V;一節(jié)蓄電池的電壓是2V;家庭電路的電壓是220V;動(dòng)力電路的電壓是380V;對(duì)人體的安全電壓是不高于36V（注意：在高中物理知識(shí)中，以上電池電壓值其實(shí)是電源的電動(dòng)勢(shì)）..電阻（R）（1）意義：表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用大小的物理量.（2）大小的決定因素：電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)，其大小由導(dǎo)體的長(zhǎng)度、橫截面積、材料決定，還跟導(dǎo)體的溫度有關(guān).在其他因素相同的情況下，導(dǎo)體的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，電阻越大；橫截面積越小，電阻越大；金屬導(dǎo)體的電阻在溫度升高時(shí)電阻會(huì)增大.（3）國(guó)際單位：歐姆（◎）10=1V/A.（4）滑動(dòng)變阻器構(gòu)造：主要由瓷管、線圈和滑片組成.原理：改變連入電路的電阻線的長(zhǎng)度來改變電阻的大小.用途：改變電路中的電流大小.連接方法：采用“一上一下”的連接方法（如圖3）.（在高中還有其他接法）圖3（5）伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)原理：R=U/I實(shí)驗(yàn)原理圖（如圖4）:K圖4五、歐姆定律.內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流，跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比（如圖5所示）.優(yōu)」圖5.表達(dá)式：I=R變形公式：R=/，U=IR.正確理解歐姆定律及其變形公式：理解歐姆定律中的“成反比”和“成正比”兩個(gè)關(guān)系;當(dāng)導(dǎo)體的電阻一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流跟它兩端的電壓成正比；當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流跟它的電阻成反比.想一想金屬導(dǎo)體的電阻與什么有關(guān)？R=￡,是導(dǎo)體電阻的定義式，說明電阻等于導(dǎo)體兩端的電壓與通過它的電流的比值，但導(dǎo)體的電阻R與U和I無關(guān).特別注意：U=0時(shí)，RW0.歐姆定律是一條通過實(shí)驗(yàn)得到的電流定律，它采用控制變量法研究了電流、電壓、電阻之間的關(guān)系.控制變量法是用實(shí)驗(yàn)來探究一個(gè)量隨兩個(gè)（或多個(gè)）量變化的關(guān)系時(shí)，要保持一個(gè)（或幾個(gè)）量不變，只改變一個(gè)量，研究這個(gè)量與該變量之間的關(guān)系.控制變量法是一種極為有用的研究方法，在高中物理實(shí)驗(yàn)中常常會(huì)用到.六、串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的幾個(gè)特點(diǎn)電壓U=Ui+U2U=Ui=U2電阻R=Ri+R21/R=1/Ri+1/R2串聯(lián)電路中的電壓與串聯(lián)電阻成正比，并聯(lián)電路中的電壓與并聯(lián)電阻成反比.［例1］關(guān)于電流、電壓、電阻，下列說法中正確的是（）A.有電流通過的電阻兩端，一定有電壓存在B.電路兩端有電壓時(shí)，電路中一定有電流C.沒有電流通過的導(dǎo)體，沒有電阻D.導(dǎo)體的電阻大小，由它兩端的電壓和通過它的電流大小共同決定【例2】圖6甲是一個(gè)密封盒，盒內(nèi)是由兩個(gè)電阻和一些導(dǎo)線組成的電路，電路與盒外的a、b、c、d四個(gè)接線柱相連，而接線柱b、c在盒內(nèi)已用導(dǎo)線相連.某活動(dòng)小組欲探究盒內(nèi)兩電阻的阻值和電路結(jié)構(gòu)，他們使用的器材是：能輸出穩(wěn)定電壓的電池組，量程是0.6A的電流表，阻值為5◎的定值電阻R以及若干條導(dǎo)線，并組成圖乙虛線框內(nèi)所示的探測(cè)電路，圖中m、n是從探測(cè)電路引出的兩根導(dǎo)線.甲乙探測(cè)時(shí)，他們首先將m與n直接連接，觀察到電流表的示數(shù)為0.6A,接下來的操作程序、方法和所得數(shù)據(jù)，記錄在下表中：與m、n相連的接線柱探測(cè)時(shí)，他們首先將m與n直接連接，觀察到電流表的示數(shù)為0.6A,接下來的操作程序、方法和所得數(shù)據(jù)，記錄在下表中：與m、n相連的接線柱電流表示數(shù)/Am、n分別接a、b兩接線柱0.3m、n分別接c、d兩接線柱0.2m、n分別接a、d兩接線柱0.15并在圖甲的盒子內(nèi)畫出盒內(nèi)的電路圖,根據(jù)以上的操作和數(shù)據(jù)，寫出主要的分析過程,并標(biāo)出電阻的阻值.\|小試身手（共50分，每題10分）1.在如圖所示的電路圖中，能用電壓表正確測(cè)出燈Li兩端電壓的是（）D.如圖7所示的電路中，燈L2的燈絲斷了，則（）A.安培表示數(shù)為零A.安培表示數(shù)為零B.伏特表示數(shù)為零C.伏特表示數(shù)不為零D.安培表示數(shù)不為零.用均勻電阻絲制成半徑為r的半圓，如圖8所示，已知Oa兩點(diǎn)間的電阻為R,則bc兩點(diǎn)間的電阻為()a：圖8A.8tR/(方2)2B.2的(計(jì)2)2C.RD.無法計(jì)算.如圖9所示，開關(guān)S閉合時(shí)通過Li、L2和L3的電流分別是0.4A、0.2A和0.8A,則電流表Ai的示數(shù)為,A2的示數(shù)為,A3的示數(shù)為,A4的示數(shù)為圖9圖9.如圖10所示的電路中,圖10圖10⑴當(dāng)開關(guān)Si、S2閉合，S3、S4斷開時(shí)，燈泡發(fā)光；(2)當(dāng)S2、S4閉合，Si、S3斷開時(shí)，燈泡發(fā)光；⑶當(dāng)S3、S4閉合，Si、S2斷開時(shí)，燈泡發(fā)光；(4)當(dāng)Si、S2、S3閉合，S4斷開時(shí)，燈泡發(fā)光；斷開;(5)若要使三個(gè)燈泡串聯(lián)，必須使開關(guān)閉合，開關(guān)若要使三個(gè)燈泡并聯(lián)，必須使開關(guān)閉合.斷開;答案精析[例1[]A[根據(jù)歐姆定律U=IR,有電流通過電阻時(shí)，電阻兩端一定有電壓，所以A對(duì);電路兩端有電壓時(shí)，如果沒有電阻，則電路中沒有電流，所以B錯(cuò)；導(dǎo)體的電阻與電阻兩端有無電壓和電流無關(guān)，只與本身因素有關(guān)，所以CD錯(cuò)，綜上所述，選A.]【例2]見解析解析通過分析，可畫出盒內(nèi)電路結(jié)構(gòu)如圖所示，兩個(gè)電阻的阻值分別為Rab=5Q,Rcd=10Q.小試身手B[電壓表測(cè)量時(shí)，應(yīng)與待測(cè)元件并聯(lián)，同時(shí)正極應(yīng)與電源正極相連，B正確.]AC[燈L2的燈絲斷了，整個(gè)回路就斷了，回路中就沒有電流，Li不亮，電流表A沒有示數(shù)，但是，伏特表V這時(shí)連在電源兩端，測(cè)的是電源電壓，示數(shù)不為零，A、C正確.]A[因?yàn)镺a兩點(diǎn)間的電阻為R,根據(jù)并聯(lián)電路電阻的關(guān)系可得，該電阻絲的總電阻為?—…4R4tR一.一,4R-8R4R;將bc兩點(diǎn)接入電路，則cab的電阻為<=,cOb的電阻為x2r=,4+2r兀+24+2r兀+24-8R兀+2兀+2811P根據(jù)并聯(lián)電路電阻的關(guān)系可得R總~—=-8JP-；也可利用導(dǎo)線的電阻與長(zhǎng)度成正士R+_8R_兀+22比求解.]1.4A1.0A0.4A0.6A解析開關(guān)S閉合時(shí)通過L1、L2和L3的電流分別是0.4A、0.2A和0.8A,A1示數(shù)為干路中的電流，為三個(gè)燈泡中電流之和，即11=0.4A+0.2A+0.8A=1.4A;A2的示數(shù)為通過L2和L3的電流之和，即12=0.2A+0.8A=1.0A;A3的示數(shù)為流過燈泡Li的電流，即13=0.4A,A4的示數(shù)為流過Li和L2的電流之和，即14=0.2A+0.4A=0.6A.(1)Li(2)L2(3)L3(4)Li(5)Si、S3S2、S4Si、S2、S3、S4解析(i)當(dāng)開關(guān)