初中物理电路问题中欧姆定律的应用探究

刘 曼

(扬州中学教育集团树人学校,江苏 扬州 225000)

欧姆定律是物理学中非常重要的基本定律之一,在初中物理电路相关知识的学习中,欧姆定律的应用是一个重要的主题[1].通过探究欧姆定律在电路设计和电路问题计算中的应用,可以帮助学生深入理解电流与电压之间的关系,培养其分析和解决电路问题的能力.

1 应用欧姆定律分析电路设计题

应用欧姆定律分析电路设计题的意义在于培养学生的实际应用能力和问题解决思维.通过这个过程,学生不仅可以深入理解欧姆定律的原理,还能运用数学方法解决现实生活中的电路问题[2].

例1 小明同学设计了一个简易电子身高测量示意图,如图1甲所示(已知该测量仪测量身高的最小值为h0).电路中的电源电压保持U0不变,保护电路的电阻值为R0,此外,Rab硬电阻棒竖直固定,总长度为L0,硬电阻棒的总电阻为R1,其接入电路的电阻值R与接入电路的长度成正比例关系.假设金属杆cd和MP(右端P是滑片)与电路接触良好,且金属杆的电阻忽略不计.请分析、计算下列内容:

图1 身高测量示意(甲左、右乙)

(1)推导出身高为h时,①滑动变阻器Rab连入电路的阻值R与身高h之间的关系式;②此时电流表的示数I与身高h之间的关系式.

(2)若将电压表改接到电阻Rab两端,如图1乙所示,①写出电压表示数U与身高h之间的关系式;②若将电压表改成测量仪显示刻度的仪表盘,则此时测量仪的刻度____(填“是”或“不是”)均匀的.

②若将电压表改成测量仪显示刻度的仪表盘,分析电压表示数U与身高h之间的关系式可知U与h不是线性函数,则测量仪的刻度不是均匀的.

点评正确分析的关键是用好电阻棒接入电路的电阻与接入电路的棒长成正比,求出电阻棒接入电路的长度.由此可见,欧姆定律在电路问题中的重要性不言而喻.它是解决电路分析和设计问题的基础,能帮助我们理解电流、电压和电阻之间的关系.在给定电路结构和条件下,欧姆定律能够准确计算电阻的值,从而为电路设计提供了可靠的依据.

例2 某电路图如图2所示,假设电源的电压恒定不变,其中R1为热敏电阻,阻值随温度的升高而增大.此时,使开关S闭合,当监控区的温度升高时,电压表示数与热敏电阻R1的关系图像可能是( ).

图2 热敏电阻电路

电源电压U、R2是定值,则由上式可知电压表示数U2与R2不是正比例函数或一次函数,故AC图象错误;由上式结合数学知识可知,R1的阻值增大时,电压表的示数减小,且变化是先快后慢(接近反比例函数图象),故B图象正确.

点评在串联电路中,欧姆定律的应用可以通过电压的分压特点来解答问题.通过合理运用欧姆定律,我们能够准确计算电流和电压的变化,进而推断和分析电路的状态和性质.

2 应用欧姆定律分析和计算电路题

应用欧姆定律进行电路题的分析和计算过程中,首先需要理解欧姆定律的核心原理,然后根据具体电路图和条件,确定需要计算的电流、电压或电阻.接下来,利用欧姆定律的公式进行运算,将已知的量代入公式中,并计算未知量.最后,通过计算得到的结果,对电路进行分析,判断电路是否工作正常,评估电路的性能.

例3某电路图如图3所示,其中电源的电压为4.5 V,电流表量程为“0～0.6 A”,电压表量程为“0～3 V”,滑动变阻器规格为“20 Ω 1 Ah”,小灯泡L标有“2.5 V 0.5 A”(灯丝电阻不变).在保证小灯泡L电流不超过额定电流0.5 A,移动滑动变阻器的滑片,下列说法正确的是( ).

图3 小灯泡电路图

(1)小灯泡正常工作时的电阻为5 Ω;

(2)滑动变阻器连入电路的阻值变化范围是10 Ω～20 Ω;

(3)电压表示数变化范围2 V～3 V;

(4)电流表示数变化范围0.18 A～0.5 A;

A.(1)(3)正确 B.(2)(3)正确

C.(3)(4)正确 D.(1)(2)(3)正确

综上,本题选A.

点评在解题过程中,学生需要根据灯泡的额定电流确定电路中的最大电流,而通过电压表的最大示数可以得到电路中的最小电流.此外,学生还需要知道在灯泡正常发光时,其所处的电压与额定电压相等.这个问题的关键在于学生能否将欧姆定律和电功率公式灵活运用到实际问题中.

3 结束语

在初中物理电路设计和计算问题的实践中,我们必须深入理解欧姆定律的原理,同时善于运用数学知识和物理概念实现问题的求解.欧姆定律在初中物理学习中的应用为今后学习和研究电路问题打下坚实基础,期望通过不断探究和学习,发掘更深层次的物理规律,为教育进步做出贡献.