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電阻與電路分析 漫畫釋義 知識互聯(lián)網(wǎng) 模塊一 電阻 知識導(dǎo)航 電阻的定義 為了表現(xiàn)導(dǎo)體對電流阻礙作用的大小, 我們用電壓與電流的比值定義電阻阻值大小, 即 (定義式、測量式) 金屬電阻絲阻值大小的影響因素 ①導(dǎo)體的電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì), 它跟導(dǎo)體兩端是否有電壓以及導(dǎo)體中是否有電流無關(guān); ②導(dǎo)體電阻的大小跟導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積和溫度有關(guān) ③電阻定律(決定式) ρ為電阻率——常用單位Ωm S為橫截面積——常用單位m2 R為電阻值——常用單位Ω L為導(dǎo)線的長度——常用單位m ④電阻率ρ——某種材料制成的長1m、橫截面積是1m2的在常溫下(20℃時)導(dǎo)體的電阻, 叫做這種材料的電阻率. 常見的可變電阻(滑動變阻器、電阻箱、電位器等) 夯實基礎(chǔ) 【例1】 下列說法正確的是( ) A．通過導(dǎo)體的電流為零, 導(dǎo)體的電阻也為零 B．通過導(dǎo)體的電流越大, 導(dǎo)體的電阻一定越小 C．導(dǎo)體兩端的電壓為零, 導(dǎo)體的電阻也為零 D．導(dǎo)體的電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì) 【答案】 D 【例2】 一段導(dǎo)體兩端的電壓是2V時, 導(dǎo)體電阻是12, 斷開電源使導(dǎo)體兩端的電壓為0V時, 導(dǎo)體的電阻是( ) A．0 　　B．12 　　C．6 　 D．3 【答案】 B 【例3】 小明想通過實驗研究電阻的大小與哪些因素有關(guān), 他找到四根金屬線如圖所示, 圖中a為錳銅線．b、c、d為鎳鉻合金線, S表示橫截面積．在研究電阻大小與導(dǎo)線材料的關(guān)系時, 他選擇了其中兩根金屬導(dǎo)線分別進行實驗比較, 它應(yīng)選擇( ) A．a(chǎn)和b B．a(chǎn)和c C．a(chǎn)和d D．b和c 【答案】 A 【例4】 關(guān)于導(dǎo)體的電阻, 下列說法中正確的是( ) A．錳銅線的電阻比銅絲的電阻大 B．粗細(xì)相同的導(dǎo)線, 長的電阻較大 C．長短相同的導(dǎo)線, 細(xì)的電阻較大 D．同種材料制成的長短一樣的兩條導(dǎo)線, 細(xì)的電阻較大 【答案】 D 【例5】 實驗室中常用的小燈泡、電流表、電壓表的電阻分別為、、表示, 則三者電阻大小關(guān)系為( ) A． B． C． D． 【答案】 B 【例6】 一段粗細(xì)均勻的鎳鉻合金絲, 阻值為, 將它均勻拉長(設(shè)體積不變), 使直徑變?yōu)樵瓉淼? 此時, 它的阻值為( ) A． B． C． D． 【答案】 B 【例7】 滑動變阻器是通過改變什么來改變電阻的( ) A．電阻線的長度 B．電阻線的材料 C．電阻線的橫截面積 D．連入電路的電阻線長度 【答案】 D 【例8】 (多選)將如圖所示的滑動變阻器連入電路, 要求當(dāng)滑動變阻器的滑片P向B端移動時, 接入電路中的電阻變大, 則滑動變阻器連入電路的接線柱是( ) A．A和D 　 B．C和B 　C．B和D 　 D．A和C 【答案】 AD 【例9】 右圖是有四個接線柱的滑動變阻器, 當(dāng)AD端接入電路時, 滑片P向右移動, 接入電路中的電阻值將_______; 當(dāng)AB端接入電路時, 滑片P向左移動, 接入電路中的電阻值將_____(填“增大”、“減小”或“不變”) 【答案】 變大 不變 【例10】 如下圖所示, 利用滑動變阻器調(diào)節(jié)小燈泡的亮度. 下列四種連接方法中錯誤的是( ) 【答案】 D 【例11】 收音機等電器中, 有一種叫電位器的變阻器．其內(nèi)部構(gòu)造如圖所示．a(chǎn)、b、c三個焊接點相當(dāng)于變阻器的三個接線柱．使用電位器時, 下列說法中不正確的是( ) A．只把a和c接入電路, 無法改變通過電位器的電流 B．將a和b或b和c接入電路, 旋動滑片時, 可以改變通過電位器的 電流 C．只將a和b接入電路, 當(dāng)滑片順時針旋動時, 電位器接入電路電阻 變小 D．只將b、c兩點接入電路, 當(dāng)滑片順時針旋動時, 電位器接入電路電阻變小 【答案】 C 【例12】 (1) 將阻值為的電阻絲均勻拉長為原來2倍, 阻值將變?yōu)? Ω. (2) 將阻值為的電阻絲對折使用, 阻值將變?yōu)? Ω. (3) 將4個阻值為20Ω的電阻絲串聯(lián)使用, 總的等效電阻為 Ω. (4) 將4個阻值為20Ω的電阻絲并聯(lián)使用, 總的等效電阻為 Ω. (5) 試分析下圖中, , , , 電路總的等效電阻值應(yīng)為 Ω. 【答案】 電阻絲的電阻值與長度成正比, 與橫截面積成反比. (1)40 (2)2.5 (3)80 (4)5 (5)1.5 因為3Ω電阻相當(dāng)于兩個6Ω電阻并聯(lián), 一共是4個6Ω電阻并聯(lián), 所以是1.5Ω 【例13】 小明同學(xué)想比較金屬材料甲和金屬材料乙哪個更容易導(dǎo)電．現(xiàn)有金屬材料甲和金屬材料乙制成的各種不同規(guī)格的金屬絲, 規(guī)格如下表所示: 金屬絲代號 材料 長度/m 橫截面積/ A 金屬甲 1 0.1 B 金屬甲 0.5 0.1 C 金屬乙 1 0.1 D 金屬乙 1 0.2 請你幫助小明同學(xué)完成下面的實驗方案． (1)實驗器材除上述金屬絲、干電池、開關(guān)、導(dǎo)線外, 還必須選用的器材有: 　　　　　　?。? (2)實驗中應(yīng)選取的金屬絲分別是:　　　(只需填字母代號)． (3)請在下面空白處畫出實驗電路圖． (4)在本實驗中, 你是如何判斷哪種金屬材料更容易導(dǎo)電的? ． 【答案】 小燈泡(或電流表)　(2)A、C (1)要把上述器材和小燈泡(或電流表)連接成串聯(lián)電路, 通過小燈泡的亮度(或電流表示數(shù)大小)來顯示哪個更易導(dǎo)電． (2)想比較材料導(dǎo)電性能, 應(yīng)使長度、橫截面積相同． (3)連接各元件成為串聯(lián)電路． (4)分別將選取的兩種金屬絲接入所設(shè)計的電路中, 觀察小燈泡的亮暗(或電流表示數(shù)的大小), 若小燈泡較亮(或電流表示數(shù)較大), 說明與它串聯(lián)的那種金屬材料更容易導(dǎo)電． 模塊二 電路設(shè)計與識別鞏固 夯實基礎(chǔ) 【例14】 有些居民樓的樓道燈電路中含有兩個開關(guān), 一個是利用“光敏”材料制成的“光控開關(guān)”, 它的作用是天黑時自動閉合, 天亮?xí)r自動斷開; 一個是利用“聲敏”材料制成“聲控開關(guān)”, 它的作用是當(dāng)有人走動發(fā)出聲音時自動閉合, 無聲時自動斷開. 如圖所示各電路中, 能實現(xiàn)上述效果的是( ) 【答案】 D 能力提升 【例15】 在樓梯中間安裝的電燈, 需要在樓上、樓下都能控制燈的亮和滅. 如圖所示為四位同學(xué)設(shè)計的控制樓梯燈的模擬電路圖, 其中達(dá)不到控制要求的是( ) A．圖甲 B．圖乙 C．圖丙 D．圖丁 【答案】 C 【例16】 如圖是電冰箱的簡化電路圖. 圖中M是電冰箱壓縮機用的電動機, L是電冰箱內(nèi)的照明燈. 則下列判斷正確的是( ) A．開關(guān)S1閉合, S2斷開時, 照明燈L與電動機M串聯(lián) B．關(guān)上冰箱門時, S1自動閉合, 使得照明燈L熄滅 C．開關(guān)S1、S2都閉合時, 照明燈L與電動機M并聯(lián) D．冰箱內(nèi)溫度降低到設(shè)定溫度時, S2自動斷開, 電動機M停止工作 【答案】 C 【例17】 請根據(jù)實物圖畫出對應(yīng)的電路圖. (1) (2) 【答案】 (1) (2) 模塊三 填表問題 知識導(dǎo)航 填表方法 確定用電器連接方式 確定電流走向 走電流的路填電流表; 不走電流的路填電壓表 夯實基礎(chǔ) 【例18】 如圖所示的電路中, 要使燈L1、L2串聯(lián), 甲、乙、丙三只電表應(yīng)依次是 ; 要使兩盞燈并聯(lián), 甲、乙、丙三只電表應(yīng)依次是 . 【答案】 電壓表, 電流表, 電壓表; 電流表, 電壓表, 電流表 【例19】 下圖所示的電路中, L1、L2正常發(fā)光, a、b是兩只電表, 則( ) A．a(chǎn)是電流表, b是電壓表 B．a(chǎn)是電壓表, b是電流表 C．a(chǎn)、b都是電流表 D．a(chǎn)、b都是電壓表 【答案】 A 【例20】 在如圖所示電路中, 電表①應(yīng)是 表; 電表②應(yīng)是 表; 電表③應(yīng)是 表; 電表④應(yīng)是 表． 【答案】 電流、電壓、電流、電壓 模塊四 復(fù)雜電路分析 知識導(dǎo)航 電路中電表的簡化 為了看清用電器之間的連接關(guān)系, 我們需要先將電流表、電壓表簡化, 簡化方法如下: ①電壓表對電流阻礙作用很大, 幾乎不能通過電流, 可以將電壓表及兩端導(dǎo)線 一起去掉 ②電流表對電流幾乎沒有阻礙作用, 可以將電流表替換為導(dǎo)線 識別電路的幾種方法 定義法 如電路中各元件是逐個順次首尾相連的, 此電路就是串聯(lián)電路, 若各元件(用電器)“首首相接, 尾尾相連”并列地連在電路兩點, (“首”即為電流流入用電器的那一端, “尾”即電流流出用電器的那一端. )此電路就是并聯(lián)電路. 電流法 電流法是識別串、并聯(lián)電路最常用的方法. 所謂“電流法”就是在識別電路時, 讓電流從電源正極出發(fā)經(jīng)過各用電器回到電源負(fù)極, 途中不分流, 電流始終是一條路徑, 這些用電器的連接方式就是串聯(lián); 如果電流在某處分為幾條支路, 若每條支路上只有一個用電器, 電流在電路中有分有合, 則這些用電器之間的連接方式就是并聯(lián). 拆除法 拆除法是識別較難電路的一種重要方法. 它的原理就是串聯(lián)電路中各用電器互相影響, 并聯(lián)電路中各用電器互不影響. 在串聯(lián)電路中, 拆除任何一個用電器, 其他用電器中就沒有電流; 在并聯(lián)電路中, 拆除任何一個用電器, 其他用電器中仍有電流通過. 節(jié)點法 所謂“節(jié)點法”就是在識別不規(guī)范電路過程中, 不論導(dǎo)線有多長, 只要其間沒有電源、用電器等, 導(dǎo)線兩端點均可以看成同一個點, 從而找出各用電器兩端的公共點. 能力提升 【例21】 請說出分別閉合S1、S2; 同時閉合S1、S2, 均有哪盞燈發(fā)光? 并畫出等效電路圖. (1) (2) (3) (4) (5) 【答案】 略. 【例22】 圖中四個燈泡的連接方式是( ) A．四燈串聯(lián) B．四燈并聯(lián) C．、、并聯(lián), 再與串聯(lián) D．、、并聯(lián), 再與串聯(lián) 【答案】 D 串聯(lián)電路的判斷, 只要抓住電路只有一條路徑即可, 并聯(lián)電路較串聯(lián)電路復(fù)雜, 可以用以下方法判斷：N個電阻并聯(lián), 我們不妨理解為N個電阻的一端通過導(dǎo)線連在一起, 接在電路的某個(節(jié))點A, 同時N個電阻的另一端通過導(dǎo)線也連在一起, 接在電路中的另一個(節(jié))點B—這就是依據(jù)并聯(lián)電路的概念判斷電路是否為并聯(lián)電路．為了便于說明, 我們在各節(jié)點處表上A、B、C、D．具體判斷方法是：的左端與的右端通過導(dǎo)線連接在點A(或C)處, 同時的右端與的左端通過導(dǎo)線連接在點B處, 因此與并聯(lián); 的左端與的左端通過導(dǎo)線連接在點A(或C)處, 同時的右端與的右端通過導(dǎo)線連接在點B(或D)處, 因此與, 也就是、、三燈并聯(lián); 的左端與的右端(或的左端或的右端)通過導(dǎo)線連接在一起, 而的右端沒有和、、三燈的另一端連接在一起, 因此電路是、、三燈并聯(lián)后再與串聯(lián), 是混聯(lián)電路, 等效電路如圖所示． 【例23】 如下圖, 電壓表V1示數(shù)為6V, 電壓表V2示數(shù)為7V, 電壓表V3示數(shù)為10V, 求各個電阻電壓分別為多少? 【答案】 , , 【例24】 請畫出右面電路圖各個狀態(tài)的等效電路圖： ①只斷開開關(guān)S1, 滑片P移至端點B時 ②只閉合開關(guān)S1, 滑片P仍在端點B時 ③只斷開開關(guān)S3, 滑動變阻器的滑片P在端點A時 【答案】  實戰(zhàn)演練 【練1】 如圖, 要使滑動變阻器的滑片P向右移動時, 電阻變大, 應(yīng)選擇的接線柱是(　　) A．A, D B．B, C C．A, B D．C, D 【答案】 B 【練2】 如圖所示的電路中和并聯(lián), 現(xiàn)在用電壓表和電流表測量通過和的電流強度及兩端的電壓, 請在“○”內(nèi)填寫相應(yīng)的符號“”或“”． 【答案】 1： 2： 3： 【練3】 小菁同學(xué)連接兩燈并聯(lián)電路的情況如圖所示. 當(dāng)他“試觸”時, 發(fā)現(xiàn)電壓表的指針不動、電流表的指針很快向右偏轉(zhuǎn), 兩燈都不發(fā)光. 小紅同學(xué)指出她在電路連接中有錯誤. 若閉合開關(guān)S, 可能造成的后果是______________________; 現(xiàn)在請你只改接如圖電路中的一根導(dǎo)線, 使電路連接完全正確.(在錯接的導(dǎo)線上畫, 然后畫出正確的接線位置) 【答案】 電流表被燒壞; 超導(dǎo)體 一般材料在溫度接近絕對零度的時候, 物體分子熱運動幾乎消失, 材料的電阻趨近于0, 此時稱為超導(dǎo)體, 達(dá)到超導(dǎo)的溫度稱為臨界溫度. 1911年, 荷蘭科學(xué)家卡末林—昂內(nèi)斯(Heike Kamerlingh-Onnes)用液氦冷卻汞, 當(dāng)溫度下降到4.2K(﹣268.95℃)時, 水銀的電阻完全消失, 這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電性, 此溫度稱為臨界溫度. 根據(jù)臨界溫度的不同, 超導(dǎo)材料可以被分為：高溫超導(dǎo)材料和低溫超導(dǎo)材料[1]. 但這里所說的「高溫」, 其實仍然是遠(yuǎn)低于冰點0℃的, 對一般人來說算是極低的溫度. 1933年, 邁斯納和奧克森菲爾德兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn), 如果把超導(dǎo)體放在磁場中冷卻, 則在材料電阻消失的同時, 磁感應(yīng)線將從超導(dǎo)體中排出, 不能通過超導(dǎo)體, 這種現(xiàn)象稱為抗磁性. 經(jīng)過科學(xué)家們的努力, 超導(dǎo)材料的磁電障礙已被跨越, 下一個難關(guān)是突破溫度障礙, 即尋求高溫超導(dǎo)材料. 后來人們還做過這樣一個實驗：在一個淺平的錫盤中, 放入一個體積很小但磁性很強的永久磁體, 然后把溫度降低, 使錫盤出現(xiàn)超導(dǎo)性, 這時可以看到, 小磁鐵竟然離開錫盤表面, 慢慢地飄起, 懸空不動. 高溫超導(dǎo)材料的用途非常廣闊, 大致可分為三類：大電流應(yīng)用(強電應(yīng)用)、電子學(xué)應(yīng)用(弱電應(yīng)用)和抗磁性應(yīng)用. 大電流應(yīng)用即前述的超導(dǎo)發(fā)電、輸電和儲能; 電子學(xué)應(yīng)用包括超導(dǎo)計算機、超導(dǎo)天線、超導(dǎo)微波器件等; 抗磁性主要應(yīng)用于磁懸浮列車和熱核聚變反應(yīng)堆等. 超導(dǎo)磁流體推進船 超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置 磁懸浮列車