初中物理電路問題中歐姆定律的應(yīng)用探究

劉 曼

(揚州中學(xué)教育集團(tuán)樹人學(xué)校,江蘇 揚州 225000)

歐姆定律是物理學(xué)中非常重要的基本定律之一,在初中物理電路相關(guān)知識的學(xué)習(xí)中,歐姆定律的應(yīng)用是一個重要的主題[1].通過探究歐姆定律在電路設(shè)計和電路問題計算中的應(yīng)用,可以幫助學(xué)生深入理解電流與電壓之間的關(guān)系,培養(yǎng)其分析和解決電路問題的能力.

1 應(yīng)用歐姆定律分析電路設(shè)計題

應(yīng)用歐姆定律分析電路設(shè)計題的意義在于培養(yǎng)學(xué)生的實際應(yīng)用能力和問題解決思維.通過這個過程,學(xué)生不僅可以深入理解歐姆定律的原理,還能運用數(shù)學(xué)方法解決現(xiàn)實生活中的電路問題[2].

例1 小明同學(xué)設(shè)計了一個簡易電子身高測量示意圖,如圖1甲所示(已知該測量儀測量身高的最小值為h0).電路中的電源電壓保持U0不變,保護(hù)電路的電阻值為R0,此外,Rab硬電阻棒豎直固定,總長度為L0,硬電阻棒的總電阻為R1,其接入電路的電阻值R與接入電路的長度成正比例關(guān)系.假設(shè)金屬桿cd和MP(右端P是滑片)與電路接觸良好,且金屬桿的電阻忽略不計.請分析、計算下列內(nèi)容:

圖1 身高測量示意(甲左、右乙)

(1)推導(dǎo)出身高為h時,①滑動變阻器Rab連入電路的阻值R與身高h(yuǎn)之間的關(guān)系式;②此時電流表的示數(shù)I與身高h(yuǎn)之間的關(guān)系式.

(2)若將電壓表改接到電阻Rab兩端,如圖1乙所示,①寫出電壓表示數(shù)U與身高h(yuǎn)之間的關(guān)系式;②若將電壓表改成測量儀顯示刻度的儀表盤,則此時測量儀的刻度____(填“是”或“不是”)均勻的.

②若將電壓表改成測量儀顯示刻度的儀表盤,分析電壓表示數(shù)U與身高h(yuǎn)之間的關(guān)系式可知U與h不是線性函數(shù),則測量儀的刻度不是均勻的.

點評正確分析的關(guān)鍵是用好電阻棒接入電路的電阻與接入電路的棒長成正比,求出電阻棒接入電路的長度.由此可見,歐姆定律在電路問題中的重要性不言而喻.它是解決電路分析和設(shè)計問題的基礎(chǔ),能幫助我們理解電流、電壓和電阻之間的關(guān)系.在給定電路結(jié)構(gòu)和條件下,歐姆定律能夠準(zhǔn)確計算電阻的值,從而為電路設(shè)計提供了可靠的依據(jù).

例2 某電路圖如圖2所示,假設(shè)電源的電壓恒定不變,其中R1為熱敏電阻,阻值隨溫度的升高而增大.此時,使開關(guān)S閉合,當(dāng)監(jiān)控區(qū)的溫度升高時,電壓表示數(shù)與熱敏電阻R1的關(guān)系圖像可能是( ).

圖2 熱敏電阻電路

電源電壓U、R2是定值,則由上式可知電壓表示數(shù)U2與R2不是正比例函數(shù)或一次函數(shù),故AC圖象錯誤;由上式結(jié)合數(shù)學(xué)知識可知,R1的阻值增大時,電壓表的示數(shù)減小,且變化是先快后慢(接近反比例函數(shù)圖象),故B圖象正確.

點評在串聯(lián)電路中,歐姆定律的應(yīng)用可以通過電壓的分壓特點來解答問題.通過合理運用歐姆定律,我們能夠準(zhǔn)確計算電流和電壓的變化,進(jìn)而推斷和分析電路的狀態(tài)和性質(zhì).

2 應(yīng)用歐姆定律分析和計算電路題

應(yīng)用歐姆定律進(jìn)行電路題的分析和計算過程中,首先需要理解歐姆定律的核心原理,然后根據(jù)具體電路圖和條件,確定需要計算的電流、電壓或電阻.接下來,利用歐姆定律的公式進(jìn)行運算,將已知的量代入公式中,并計算未知量.最后,通過計算得到的結(jié)果,對電路進(jìn)行分析,判斷電路是否工作正常,評估電路的性能.

例3某電路圖如圖3所示,其中電源的電壓為4.5 V,電流表量程為“0～0.6 A”,電壓表量程為“0～3 V”,滑動變阻器規(guī)格為“20 Ω 1 Ah”,小燈泡L標(biāo)有“2.5 V 0.5 A”(燈絲電阻不變).在保證小燈泡L電流不超過額定電流0.5 A,移動滑動變阻器的滑片,下列說法正確的是( ).

圖3 小燈泡電路圖

(1)小燈泡正常工作時的電阻為5 Ω;

(2)滑動變阻器連入電路的阻值變化范圍是10 Ω～20 Ω;

(3)電壓表示數(shù)變化范圍2 V～3 V;

(4)電流表示數(shù)變化范圍0.18 A～0.5 A;

A.(1)(3)正確 B.(2)(3)正確

C.(3)(4)正確 D.(1)(2)(3)正確

綜上,本題選A.

點評在解題過程中,學(xué)生需要根據(jù)燈泡的額定電流確定電路中的最大電流,而通過電壓表的最大示數(shù)可以得到電路中的最小電流.此外,學(xué)生還需要知道在燈泡正常發(fā)光時,其所處的電壓與額定電壓相等.這個問題的關(guān)鍵在于學(xué)生能否將歐姆定律和電功率公式靈活運用到實際問題中.

3 結(jié)束語

在初中物理電路設(shè)計和計算問題的實踐中,我們必須深入理解歐姆定律的原理,同時善于運用數(shù)學(xué)知識和物理概念實現(xiàn)問題的求解.歐姆定律在初中物理學(xué)習(xí)中的應(yīng)用為今后學(xué)習(xí)和研究電路問題打下堅實基礎(chǔ),期望通過不斷探究和學(xué)習(xí),發(fā)掘更深層次的物理規(guī)律,為教育進(jìn)步做出貢獻(xiàn).