16 电压与电阻
16.1 电压
一、电压
1、电源和电压的作用
要让一段电路中产生电流，电路中必须有电源。电源的作用就是给用电器两端提供电压。
电源的作用是给用电器两端提供电压。
（1）用“水路”和“电路”来进行类比分析
注意：电压是形成电流的原因，某段电路中有电流，该电路的两端就一定有电压；但电路的两端有电压，电路中却不一定有电流。要在电路中得到持续的电流，必须满足两个条件：①有电源②电路是通路。
2、电压的单位
（1）电压的符号及单位
物理学中通常用字母U表示电压，电压的单位是伏特，简称伏，符号是V。常用的单位还有千伏（kV）、毫伏（mV），它们的换算关系是1kV=103V，1mV=10-3V。
（2）需要我们记住的几种常见的电压值
二、电压的测量
电压的高低用电压表测量，电压表在电路图中的符号是：。
（1）电压表的构造：如图所示。
（2）电压表的量程：学生用的电压表有三个接线柱，两个量程。
当用“－”和“3”两个接线柱时，量程为0~3V，每一个小格表示。0.1V；当用“－”和“15”两个接线柱时，量程为0~15V，每一小格表示0.5V。
（3）电压表的使用方法
注意：在测量电压时，选用的电压表量程的最大测量值应等于或稍大于被测电路两端的电压，为提高读数的准确性，在被测电压不超过量程最大测量值的情况下，尽可能用小量程进行测量。在不能估计被测电压的大小时，要用“试触法”来选择量程。选用大量程将电压表接入电路，开关轻轻闭合一下立即断开，同时观察指针的偏转情况。若示数大于3V、小于15V，应选用0~15V量程；若示数小于3V，为提高读数的准确性，应选用0~3V量程。
拓展：试触法选择电压表量程可能会遇到的四种情况及解决方法：
①指针不偏转，则可能电路中有断路，也可能电压表的接线有断路，应逐一检查各接线柱，排除故障。
②指针反向偏转，则“＋”“－”接线柱接反了，应改接。
③指针正向偏转超过最大刻度值，则选择的量程较小，应改接较大的量程。
④指针正向偏转很小的角度，则选择的量程较大，可以根据实际情况改接较小的量程。
（4）电压表的读数
电压表的读数步骤为：①明确所选电压表的量程；②确定所使用量程的分度值；③由指针所指的位置，读出电压表的示数。
方法技巧：电压表读数口诀：一看接线柱，明确其量程；二看最小格，确定分度值；三看指针处，正视仔细读。
注意：指针指在同一位置时，选用0~15V量程的读数是选用0~3V量程读数的5倍。因此，若其中一个量程的刻度模糊不清时，可根据另一个量程的刻度进行读数，然后根据两个量程之间的倍数关系来计算被测电压值的大小。
（5）用电压表测量电压
实验过程：如图所示，先将电压表接在小灯泡两端，接通电路，读取电压表的示数；再将电压表接在电源两端，接通电路，读取电压表的示数。
实验现象：电压表两次的示数相同。
实验结论：在只有一个用电器的电路中，用电器两端的电压与电源两端的电压相等。
易误易混警示：
易误点：判断电压表测哪段电路两端的电压
“去源法”，即选取电压表接在电路中的两个接点为分点，将电路分成两部分，将两点间含有电源的部分电路“去掉”，分析电压表与哪部分电路（用电器）组成通路，电压表就是测量哪部分电路（用电器）两端的电压。
16.2串、并联电路中电压的规律
一、串联电路的电压规律
串联电路中各部分电路两端的电压之和等于电源两端的电压。表达式为U=U1+U2。
注意：①在连接电路时，一定要对照电路图，从电源的正极出发，依次经过开关、小灯泡，最后回到电源的负极，电压表要最后并联到所测电路的两端。
②在连接电路过程中，开关一定要处于断开状态。每次连接完电路，一定要检查无误后，在闭合开关。实验过程中，每次读数后，应及时断开开关。
③电压表要按使用规则连入电路，并按正确的读数方法进行读数。
④实验时改变小灯泡的规格或电源电压进行多次试验，以避免实验数据的特殊性，以便得出具有普遍性的结论。换用不同规格的小灯泡时，各部分电路两端的电压会发生改变，但电源两端的电压（总电压）是不变的。
拓展：①在串联电路中，电源两端电压也可称作串联电路的总电压，所以上述结论也可以叙述为：串联电路的总电压等于各部分电路两端的电压之和；但串联电路中各部分电路两端的电压不一定相等。
②当电路中有多各用电器串联时，以上结论仍然成立，表达式为：U=U1+U2+U3+...+Un。
③串联电池组两端的电压等于每节电池两端电压之和。
规律总结：探究串联电路电压的规律时，通常遇到的电路故障现象以及诊断方法如下：
（1）连接好电路并闭合开关后，发现仅有一盏灯亮。
（2）连接好电路并闭合开关后，发现两盏灯都不亮。
二、并联电路的电压规律
并联电路中各支路用电器两端的电压等于电源两端电压。表达式为：U1=U2=U。
注意：①实验前应先画好电路图；
②连接电路的过程中，开关应断开；
③应从电源的正极起按电路图将元件逐个连接起来；
④连接好电路后，要先用开关试触，观察电压表的偏转情况，却热所选电压表量程及连接无误后，在闭合开关，观察示数；
⑤读数时要客观、准确，读数完毕，应断开开关，切断电源，整理好实验器材。
拓展：①当电路中有多个用电器并联时，以上结论仍然成立，表达式为：U1=U2=U3=...=Un=U。
②当把几节相同的干电池并联起来使用时，并联电池组两端的电压等于一节干电池两端的电压，即U=U1=U2=...=1.5V。
注意：并联电路中各支路用电器两端的电压相等，当同一电路中两端电压相等的两个用电器不一定并联。
方法技巧：由串、并联电路电流、电压的规律，判断电路的连接情况
（1）根据电流的规律分析
①若通过几个用电器的电流相等，则这几个用电器可能是并联，也可能是串联。例如三盏完全相同的电灯并联在同一电源两端，通过三盏电灯的电流相等的。
②若通过几个用电器的电流不相等，则这几个用电器一定是并联的。
（2）根据电压的规律分析
①若几个用电器两端的电压相等，则这几个用电器可能是串联，也可能是并联。例如：几盏完全相同的点灯串联起来，每盏电灯两端的电压都相等。
②若几个用电器两端的电压不相等，则这几个用电器一定时串联的。
含有多个电压表电路的分析及各用电器连接关系的判断word/media/image6.gif
运用“先去后接”法可有效地解决此类问题：先将电压表去掉，然后判断电路的连接方式，最后再将电压表逐个接到原位置，分析电压表与哪部分电路并联，从而确定电压表测量的是哪部分电路两端的电压。
将如图所示的电路中的所有电压表“去掉”，变成如图所示的电路，不难看出，灯泡L1与L2并联；再将电压表V1接到原位置，可知电压表V1测灯泡L1两端的电压；同样，将电压表V2接到原位置可知电压表V2测量灯泡L2两端的电压，将电压表V3接到原位置可知电压表V3测量电源电压，由并联电路电压的规律可知U1=U2=U3。
又如图所示的电路，由于电路中有电流表和电压表，并且有多个电压表，对这样的电路往往很难判断，采用“先去后接法”分析，问题就会迎刃而解。先将全部电压表“去掉”变成如图所示的电路，不难看出这是一个串联电路，再将电压表V1并联到电路的原位置，可知电压表V1测灯泡L1和L2两端的电压，将电压表V2并联到电路的原位置，可知电压表V2测灯泡L2和L3两端的电压。
16.3电阻
一、电阻
1、从电流的形成分析电阻的作用
导体中的自由电荷在向前定向移动的过程中，会与其它电荷发生碰撞，从而对自由电荷的定向移动产生阻碍作用。即导体具有两重性——既能导电，又对电流有阻碍作用。
物理学中用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。
3、对电阻的理解，要从“性质”和“阻碍作用”两个角度分析。
（1）导体的电阻越大，表是导体对电流的阻碍作用越大。对于同一电路，在电路两端电压不变的情况下，导体对电流的阻碍作用（电阻）越大，电路中的电流越小。而绝缘体之所以起绝缘作用，就是由于其电阻很大。
（2）不管这个导体是否连入电路，是否有电流通过，也不管它两端的电压是否改变，导体对电流的阻碍作用（电阻）总是存在的。无电流通过时，这种阻碍作用仅仅是没有体现出来而已。
4、符号：电阻通常用字母R来表示，在电路图中的符号是。
5、单位：在国际单位制中，电阻的单位是欧姆，简称欧，符号是Ω。
常用单位还有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ），它们的换算关系是：1MΩ=106Ω，1kΩ=103Ω。
二、影响电阻大小的因素
实验探究：影响导体电阻大小的因素
如图所示，电荷的定向移动形成电流，类似水在水管中流动受到的阻碍一样，电荷在导体中定向移动时也会受到阻碍作用，为什么不同导体中的电荷的“感受”不一样呢？
（1）提出问题：不同导体的电阻大小可能不同，导体的电阻大小与那些因素有关呢。
（2）猜想与假设：导体的电阻与导体的长度、横截面积、材料和温度有关。
（3）设计实验：电阻的大小与导体的材料、横截面积、长度及其温度等多个因素有关，应采用控制变量法来进行研究，通过观察电流表的示数来判断导体电阻的大小。
①研究电阻与导体的材料是否有关时，保持导体横截面积和长度相同，比较不同材料的导体电阻是否相同；
②研究电阻与导体的横截面积是否有关时，保持导体的材料和长度相同，比较横截面积不同的导体电阻是否相同。
③研究电阻与导体的长度是否有关时，保持导体的材料和横截面积相同，比较不同长度的导体电阻是否相同。
（4）进行试验
①电阻的大小是否跟导线的长度有关
选用粗细相同、长度不同的两根镍铬合金丝，分别将它们接入电路中，观察电流表的示数，比较流过长短不同的镍铬合金丝的电流的大小。
②电阻的大小是否跟导线的粗细有关
选用长度相同、横截面积不同的两根镍铬合金丝，分别将它们接入电路中，观察电流表示数，比较流过粗细不同的镍铬合金丝电流量的大小。
③电阻大小跟材料的关系
选用长度、横截面积都相同的锰铜丝和镍铬合金丝，分别把它们接入电路中，观察电流表示数，比较材料不同时电流的大小。
④导体电阻与温度的关系
将废旧白炽灯中的钨丝小心取出，接入电路中，如图所示。闭合开关后用酒精灯给钨丝加热，观察电流表示数，如果电流表示数发生变化，则说明电阻与导体的温度有关。
5、分析与论证：比较电流表示数可以发现
①第一次实验中，发现导线越长，电流越小，从而推断出导体越长，电阻越大；
②第二次试验中，发现横截面积越小，电流越小，可推断出导体的电阻与横截面积有关，横截面积越大，导体的电阻越小；
③第三次实验中可以得出不同材料的电阻不同；
④将钨丝接入电路，加热后发现电流表示数变小，说明导体的电阻与温度有关。
6、实验结论：导体的电阻是导体本身的一种性质，它的大小与导体的材料、长度、横截面积等因素有关。同种材料的导体越长、横截面积越小，电阻越大。导体电阻还受温度影响。
注意：
（1）实验过程中要控制电源电压不变。
（2）实验中，通过比较电流表示数的大小来判断电阻的大小，这是运用了转换法。
（3）实验中还应用了控制变量法。在设计实验和叙述结论时，都要注意控制变量法的运用。如在探究导体电阻的大小是否与导体的横截面积有关后，得出的结论是：在导体的材料、长度相同时，导体的横截面积越大，电阻越小；如果说“导体的横截面积越大，电阻越小”是不正确的。
拓展：一般金属导体温度升高几摄氏度或十几摄氏度时，电阻值变化不超过百分之几，通常我们可以忽略温度对电阻的影响。在初中阶段，如果不加说明，温度变化对电阻值的影响忽略不计。
点拨：正确理解影响导体电阻大小的因素
（1）导体的电阻是导体本身的一种性质，影响它的大小的内因是导体的材料、长度和横截面积；影响它的大小的外因是导体的温度。
（2）一个导体的电阻不会因为是否加电压或是否通电流而改变。即：导体的电阻与导体两端的电压、通过导体的电流及导体是否连入电路无关。
（3）大多数导体的电阻随温度的升高而增大，但有少数导体的电阻随温度的升高而减小。例如，家庭电路中使用100W灯泡的灯丝在室温下的电阻值约为30Ω，而正常发光时的电阻值可达484Ω。
（4）导体与绝缘体之间没有严格的界限，在特定的环境中绝缘体可以变成导体。例如玻璃在常温下是绝缘体，加热至红炽状态时会变成导体。
（5）判断电阻是否改变，应分析导体本身的因素（材料、长度、横截面积）是否变化，导体的材料一定时，导体的电阻与导体的长度成正比，与导体的横截面积成反比，所以当某导体被均匀拉长至原来的2倍时，由于长度变为原来的2倍，横截面积变为原来的1/2，所以它的电阻变为原来的4倍；而将导线对折后，由于导线的长度变为原来的1/2，而横截面积变为原来的2倍，所以导线的电阻变为原来的1/4。
三、半导体和超导现象
1、半导体
有一些材料（如硅、锗）的导电性能介于导体和绝缘体之间，常常称作半导体。半导体的特性是易受温度、光照、杂质等因素的影响。半导体是制造电子元件的重要材料，二极管、三极管都是由半导体制成的。
2、超导现象
某些物质在很低的温度时，电阻就变成零，这种现象称为超导现象。
超导现象应用于实际的好处是：①在电厂发电、输送电能等方面若应用超导材料，可以大大降低由于电阻引起的电能损耗；②用超导材料制造电子元件时不必考虑散热问题，可以大大缩小元件尺寸，实现电子设备的微型化。具体应用有：制造超导电机、超导电缆，利用超导体可制造磁悬浮列车、发电机、电动机等。目前，超导现象还没有广泛应用于实际的原因是还没有发现常温下的超导材料。
对电阻的物理意义及特性的认识错误
电阻是表示导体对电流阻碍作用大小的物理量，它是导体本身的一种性质。导体的长度、材料、横截面积和温度确定时，它的电阻大小是一定的。电阻的大小与导体是否接入电路、两端是否有电压或导体中是否有电流通过无关。
16.4变阻器
一、变阻器
1、变阻器：能改变接入电路中电阻大小的元件，叫做变阻器。
2、种类：滑动变阻器、电阻箱。
①原理：通过改变连入电路中的电阻丝的长度来改变电阻。
②作用：调节滑动变阻器的滑片可以逐渐改变连入电路中的电阻，从而逐渐改变电路中的电流和部分电路两端的电压，还起到保护电路的作用。
③构造：滑动变阻器是由绝缘管、密绕在绝缘管上表面涂着绝缘层的电阻丝绕成的线圈、绝缘管上方架在绝缘架上的金属杆以及套在金属杆上的划片组成。如图甲所示
其中滑片左右移动时与线圈相接触的部位上的绝缘层已经刮掉，电阻丝可以与滑片相连，而电阻丝的两端连在线圈两端的A、B两个接线柱上。滑片通过金属杆和两端的C、D接线柱相连，滑片移到不同位置时，金属杆两端和线圈两端的A、C（D）或B、C（D）两个接线柱间电阻丝的长度不一样，这样就可以改变接入电路中电阻的大小。
甲 乙 丙
④结构示意图和符号：滑动变阻器的结构示意图如图乙所示，在电路图中的符号如图丙所示。
⑤铭牌上的各数值的物理意义：“电阻值”表示该滑动变阻器的最大电阻，“电流值”表示该滑动变阻器允许通过的最大电流。如滑动变阻器的铭牌上标有“200Ω 5A”，表示该滑动变阻器的最大电阻是200Ω，允许通过的最大电流是5A。
⑥实验探究：滑动变阻器的接线方法。
探究归纳：滑动变阻器接入电路时，如果同时使用下面两个接线柱A和B，无论怎样移动滑片，都不会改变连入电路中电阻的大小，此时相当于在电路中接入一个较大的定值电阻；如果同时使用上面两个接线柱C和D，无论怎样移动滑片，都不会改变连入电路中电阻的大小此时相当于在电路中接入一根导线，电阻为零，这种接法不允许出现。将接线柱A和C、A和D、B和C、B和D接入电路中时，都能起到改变电阻的作用，这四种接法有一个共同的特点：把上面任一接线柱和下面任一接线柱同时接入电路，即“一上一下”接入电路中。
⑦使用滑动变阻器应注意以下四点
a、要了解所使用的滑动变阻器的最大电阻和允许通过的最大电流。使用时要根据需要选择合适的滑动变阻器，不能使通过它的电流超过其允许通过的最大电流。
b、滑动变阻器要与被控制电路串联。
c、将滑动变阻器连入电路时，两个接线柱应采用“一上一下”的接法，不能同时使用上面两个接线柱（R=0），也不能同时使用下面两个接线柱（R为定值，即最大阻值），否则，移动滑片时起不到改变电阻的作用。
d、为了保护电路，在闭合开关前应将滑片置于最大阻值处（即将滑片置于所选的下面那个接线柱的另一端）。
方法技巧：滑动变阻器使用口诀
控谁与谁串联，接线“一上一下”；要使阻值变大，滑片远离“一下”；用前调节滑片，使其置于最大。
规律总结：判断滑动变阻器连入电路的阻值变化的步骤：
第一步：明确滑动变阻器的哪两个接线柱接入电路中；
第二步：根据电流通过滑动变阻器的情况，判断滑动变阻器的哪段电阻丝连入电路；
第三步：看准滑片的移动方向，根据滑片位置的变化，判断连入电路中的电阻丝长度的变化；
第四步：根据电阻丝连入电路的长度变化，判断连入电路中的电阻的变化。
拓展：电阻箱
（1）符号：电阻箱是一种能够表示出接入电路电阻大小的变阻器，电路图中用符号表示。
（2）使用方法：将电阻箱的两个接线柱连入电路中，调节四个旋钮就能得到0~9999Ω之间的任意整数电阻值。
（3）读数方法：将各旋钮对应的小三角对准的数字乘以面板上标记的倍数，然后加在一起就是电阻箱连入电路中的阻值。如图所示是一电阻箱的实物图，该图的示数为3×1000Ω+2×100Ω+0×10Ω+9×1Ω=3209Ω。
二、练习使用滑动变阻器
1、用滑动变阻器改变灯泡的亮度
实验器材：电池组或学生电源一个，小灯泡和小灯座各一个，电流表、滑动变阻器、开关各一个，导线若干。实物图如图所示。
进行实验：
①按图所示连接电路，在连接电路过程中，开关要断开。电路连接完毕，在闭合开关前，将滑片置于最大阻值处。
②闭合开关，使滑片P位于最右端，观察电流表示数及小灯泡的亮度。
③将滑片由最右端移到中间，观察电流表示数及小灯泡的亮度。
将观察到的现象填入下表：
分析与论证：分析上表记录，移动滑动变阻器的滑片能改变电路中的电流大小和小灯泡的亮度。
实验结论：用滑动变阻器改变小灯泡的亮度，滑动变阻器应该与小灯泡串联。当移动滑动变阻器的滑片使电路中的电阻变大时，电路中的电流变小，小灯泡变暗；当移动滑动变阻器的滑片使电路中的电阻变小时，电路中的电流会变大，小灯泡变亮，所以说滑动变阻器起到控制电路中电流的作用（即限流的作用）。
评估与交流：在实验中只有连入的接线柱为“一上一下”时，滑动变阻器才能改变小灯泡的亮度。若将上面的两个接线柱或下面的两个接线柱同时接入电路中，都不能改变小灯泡的亮度，并且会发现：若只用上面两个接线柱，小灯泡会很亮，有可能被烧坏，而且移动滑片时，对小灯泡的亮度无影响；若只用下面两个接线柱，小灯泡会很暗，而且移动滑片时，对小灯泡的亮度也没有影响。
注意：开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应移到最大阻值处；开关闭合后，应缓慢移动滑片，不能将滑动变阻器上面的两个接线柱（即金属杆两端的接线柱）连入电路，否则容易烧坏电路。
2、用滑动变阻器控制电阻两端的电压
按照如图所示电路图连接电路，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片。
①当滑动变阻器连入电路中的电阻变大时，定值电阻两端的电压变小；当滑动变阻器连入电路中的电阻变小时，定值电阻两端的电压变大。
②换用不同的定值电阻时，定值电阻两端的电压随着改变。若保持每次接入的定值电阻两端的电压不变，则需要调节滑动变阻器的滑片；当换用阻值较大的定值电阻时，需要调大滑动变阻器连入电路中的阻值；当换用阻值较小的定值电阻时，需要调小滑动变阻器连入电路中的阻值。
三、变阻器的应用
在电路中，变阻器的作用主要是通过调节其电阻值，改变电路中的电流。现列举几例：
1、电位器，如家用电器音量调节的器件，实质也是一种变阻器。它通过机械旋钮调节阻值大小。可调节亮度的电灯，可调节温度的电热毯、电饭锅等都含有电位器。
2、数字电位器，数字电位器是用数字信号控制电阻值的器件（集成电路）。它具有可程序控制改变电阻值、耐振动、噪声小、寿命长、抗环境污染等重要优点，在自动检测与控制、智能仪器仪表、消费类电子产品等许多重要领域得到应用。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/627ff37426284b73f242336c1eb91a37f111320e.html
文档为doc格式