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电学综合题

7．1电荷，电流

知识解读

1电荷的基本单元是电子，电荷的多少叫电量，电量Q的单位是库仑，用C表示，1C的电量相当于6.25×1018个电子所带的电荷量。

1．电流的形成

⑴电流是电荷定向移动形成的；

⑵形成电流的电荷有：

正电荷、负电荷。

酸碱盐的水溶液中是正负离子，金属导体中是自由电子。

2．电流的方向

⑴规定：

正电荷定向移动的方向为电流的方向；

⑵电流的方向跟负电荷定向移动的方向相反；

⑶在电源外部，电流的方向是从电源的正极流向负极。

4.电流的大小

⑴物理学上用电流强度（简称电流）表示电流的强弱，符号为I，等于每秒内通过导体横截的电量，即

；

⑵电流的单位是安培，简称安，1A＝1C/s,常用单位还有微安（mA）和毫安（μA），1mA＝103A，1μA＝10-3A。

⑶常见家用电器的工作电流一般为零点几安培，但电吹风空调等工作电流可以达到几安培甚至十几安培。

5.电流表的使用：

⑴使用前应检查指针是否指在零刻度线上；

⑵电流表与被测电路串联；

⑶使电流从电流表正接线柱流入，从负接线柱流出；

⑷应选择合适量程，在事先不知道电流的大小时，可以用试触法；

读数时，应按量程读数；

不能把电流表直接接在电源两端，否则造成电源短路，损坏电源和电流表。

经典例说

【例1】关于电流的方向，下列说法正确的是〔〕

A．在金属导体中是自由电子定向移动形成的电流，所以自由电子定向移动的方向就是电流的方向

B．在导电溶液中有可能是自由移动的正、负离子，所以电流的方向不能确定

C．金属导体中的电流方向与其中的自由电子定向移动的方向相反

D.带正电粒子移动的方向就是电流的方向

【思路点拨】此题主要考查对于电流方向的理解

【解】C

【点评】解题中注意两点：

一，电荷必须是定向移动才能形成电流；二，判断带电种类对于电流方向的判断很重要。

【例2】日光灯管正常发光时的电流大约为0.2A，则等于＿＿mA，20秒内通过导体横截面的电量为＿＿C。

【解】200，4。

【点评】0.2A＝200mA，Q＝I•t＝0.2A•20s＝4C。

【例3】右图是一只电流表的示意图，当使用电流表“+”和“0.6”两接线柱时，它的最小刻度表示A，指针指数是A；当使用电流表“+”和“3”两接线柱时，它的最小刻度表示A，指针指数是A。

【思路点拨】当电流表量程不同时，读数也不同。

【解】0.02，0.24，0.1，1.2。

【例4】电流表接入电路时，正负接线柱接反，将会出现（）

A.电路中没有电流，也没有电路元件损坏

B.指针向右偏转

C.电流表被烧坏

D.电流表指针向左偏转，损坏电流表

【思路点拨】此题综合考查对于电流表的使用和对短路的认识。

【解】D

【点评】电流表相当于一根导线，所以电路中有电流，A错；而由于正负接线柱接反，电流表指针反方向向左偏转，所以会损坏电流表，而由于没有出现短路现象，电流不大，不会烧坏电流表，故BC错。

实验指导

【实验1】用电流表测电流

实验目的：

学会用电流表测电流，观察同一电源不同小灯发光情况与电流的关系。

实验器材：

电池，电流表，小灯泡，导线

实验步骤：

⑴检查指针是否指在零刻度线上；

⑵选择合适量程；

按照电路图连接电路，连接时断开电键；

闭合电键，应按量程读数，同时观察小灯发光情况；

换上不同规格的小灯，读出电流强度

注意事项:

注意每次测量前电流表的调零；

不要把正负接线柱接反；

读数时用0.6A的量程时要注意最小刻度不是0.01A而是0.02A，读数小于0.6A时用0.6A的量程误差比较小。

第二课时电源电压

知识解读

1．电压：

类似水压，导体中自由电荷需要电压才能做定向移动。

我们用U表示电压。

2．电源：

为导体提供电压的的装置，是一种能量转化器。

3．电压的大小

电压的单位为伏特，简称伏，用V表示；其他单位还有千伏（kV）和毫伏（mV）；

一节干电池的电压是1.5V，家庭电路的电压是220V，一节蓄电池的电压2V，对于人体的安全电压不高于36V。

4．电压表的使用：

⑴使用前应检查指针是否指在零刻度线上；

⑵电压表与被测电路并联；

⑶电压表正接线柱应与被测导体靠近电源正极一端相连，负接线柱与靠近电源负极一端相连；

⑷应选择合适量程，在事先不知道电压的大小时，可以用试触法；

读数时，应按量程读数；

不能把电压表串联接在被测电路中，否则造成电路开路，不能测得准确值。

经典例说

【例1】电路中有电源就一定有电流么？

【思路点拨】此题考核的是电流形成的条件

【解】不一定。

电路中有持续电流形成有两个条件：

1电路中有电源（即存在电压），2电路为通路。

【例2】图中电压表V1测得的是的电压，电压表V2测得的是

的电压。

【思路点拨】此题考核的是看电路图判断电压表所测电路，关键看电压表与哪部分导体并联。

【解】电源，L2

【点评】注意不要认为V2测的是L1和电源的总电压，而应该看到电压表是与导体L2并联的，测得的是的L2电压。

【例3】观察电压表的表盘，标有字母表示读数是以为单位的，有接线柱，个量程；连接“＋”和“3”接线柱时，量程为，最小刻度为；连接“＋”和“15”接线柱时，量程为，最小刻度为；图中所示读数应为。

【解】V，伏特，3，2，0～3V，0.1V，0～15V，0.05V，2.2V。

【例4】在图中的“○”内填上适当的电流表或电压表的符号，并标明正负接线柱。

【思路点拨】此题综合考查对电流表电压表的连接方式，以及对于并联和串联的理解。

【解】

【点评】特别对于中间这幅图中的支路位置，考虑应该填什么时，不是看整个电路是并联还是串联，而是电表与导体是并联还是串联。

【例5】如图所示的电路中，电源电压为3V保持不变，断开开关时，电压表读数为V；闭合开关后，电压表示数为1V，L2短路时，若L1未损坏，电压表读数为V；L2灯丝烧断时，电压表读数为V；L1短路时，电压表读数为V。

【思路点拨】此题主要考查对于电压表读数为0的几种情况的分析，这对于我们以后分析电路的变化有很大意义。

【解】0，3，0，0。

【点评】电压表读数为0有几种情况：

电压表一端与电路断开的部分连接，导致未与电源的两极直接或间接连接上；电压表接在一根导线或者短路的导体两端。

前者相当于空接，对于后者我们在实验现象中可以观察到，以后的学习中将进一步解释。

*从电压表的实际工作原理来说，要有电流经过电压表，电压表才会有示数，而以上两种情况，我们可以认为，电压表分别处于开路和短路，没有电流经过电压表，所以电压表示数为0。

*【例6】如图所示的电路中，电源电压不变，闭合开关S后，灯L1、L2都发光，一段时间后，其中一灯突然熄灭，而电流表仍有示数，电压表的示数不变，请分析产生这一现象的原因？

【思路点拨】此题解题关键在于判断电流表电压表所测的是哪部分的电流电压，并要求了解灯泡不发光的原因。

【解】小灯L1因为开路熄灭，而电流表电压表所测的是L2的电流电压，电压表所测的同时也是电源电压，所以由于小灯L2发光，电流表有示数，由于电源不变，电压表示数也不变。

【点评】在初中科学学科的学习中，我们已经学习过串联和并联电路的一些特点，其实本题中电流表电压表的示数都不变，也就是并联的两个用电器，一个开路，另一个并不受影响。

那么如果一个发生短路，情况如何？

【举一反三】如例6图所示的电路中，电源电压不变，闭合开关S后，灯L1、L2都发光，一段时间后，两灯突然熄灭，而电流表示数变为0，电压表的示数不变，请分析产生这一现象的原因？

【解】小灯L1因为短路熄灭，而电流表电压表所测的是L2的电流电压，电压表所测的同时也是电源电压，所以由于电流全部流经小灯L1，小灯L2不发光，电流表示数为0，由于电源不变，电压表示数不变。

【点评】如果是电键断开也能造成两灯突然熄灭，但是由于电压表要经过电键才能与电源相连，此时电压表示数变为0；同样，如果L2因为短路使两灯熄灭，此时L2的电流会很大，电流表示数超过量程，而不可能为0。

实验指导

【实验2】用电压表测电压

实验目的：

学会用电压表测电压，初步比较串联电路上不同导体两点间的电压的关系。

实验器材：

电池，电压表，小灯泡两个，导线

实验步骤：

⑴检查指针是否指在零刻度线上；

⑵选择合适量程；

按照电路图连接电路，连接时断开电键；

把电压表接在电源两端，闭合电键，应按量程读数；

把电压表接在不同规格的两盏小灯两端，读出电压大小；把电压表接在一段导线两端，读出电压大小；

注意事项:

注意每次测量时电压表的调零，不要把正负接线柱接反，读数时用15V的量程时要注意最小刻度不是0.1V而是0.5V，读数小于3V时用3V的量程误差比较小。

注意观察，当电压表不经过电键与电源并联时，电键不闭合，电压表也有示数，等于电源电压。

7．2电阻欧姆定律

知识解读

1．电阻

概念：

导体对电流的阻碍作用，用R表示。

电阻的大小：

U/I；

物理意义：

U/I的数值等于当导体通过的电流为1A时，需在导体两端加的电压值。

电阻的单位：

欧姆，简称欧，用Ω表示，1Ω＝1V/A。

R1

其它单位：

千欧（kΩ）兆欧（MΩ），1kΩ＝103Ω，1MΩ＝106Ω。

R2

通过实验探究可知：

R=U/I的含义是导体的电阻在数值上等于导体两端的电压跟通过导体电流的比值，但不能认为“电阻跟电压成正比，跟电流成反比”；相同温度的条件下，同一导体的电阻是不变的。

U-I图像对于相同温度的条件下的同一导体，是一条过原点的直线，即I与U成正比；对于不同的导体，U/I的比值可能不一定相同。

2．欧姆定律

内容：

导体中的电流跟这段导体两端所加的电压成正比。

公式：

含义：

当导体的电阻R一定时，导体两端的电压增加几倍，通过这段导体的电流就增加几倍。

这反映导体的电阻一定时，导体中的电流跟导体两端的电压成正比例关系（I∝U）。

当电压一定时，导体的电阻增加到原来的几倍，则导体中的电流就减小为原来的几分之一。

反映了电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成反比例的关系（I∝U/R）。

变换式：

对于公式中产生的两个变换式，要了解这不单是数字意义上的变换和变形，三个式子都有其不同的物理意义。

，是欧姆定律的本式，它反映了通过导体的电流大小和导体两端电压及导体电阻在数量上的关系，电流I的大小是由U和R决定的，U和R是因，而I是果。

，不是欧姆定律的基本公式，它只是告诉我们计算电阻大小的一种方法，即所谓的伏安法。

，也不是欧姆定律的基本公式，它是告诉：

要求一个电阻两端的电压，可以用通过电阻的电流大小和电阻大小的乘积来获得。

注意：

欧姆定律要明白文字叙述的内容和公式表达的对应关系，对于公式中出现的三个物理量要明白它们的“同一性”，即电压、电流和电阻是指针对于同一导体，并且是同一个时刻。

对于欧姆定律中的公式和定律内容之间的对应关系，要注意，三个单位“配套”使用，只有在电压U单位用伏特，电流I单位用安培，电阻R单位用欧姆时，公式

才可直接使用。

3．在探究U、I、R的关系时，我们要用到控制变量法和实验归纳法。

经典例说

【例1】电阻是导体对电流的阻碍作用，当电流为0时，这种阻碍作用也就消失，于是有人说导体的电阻也就没有了，这种说法对不对？

【思路点拨】此题考查对于电阻概念的理解。

【解】这种说法不对，因为导体的电阻是导体本身的一种属性，它的大小只与导体本身及温度有关，而与通过导体的电流和导体两端的电压无关，我们通过导体两端电压的大小和通过导体的电流大小可以用来对导体电阻的大小进行测量或计算。

电流即使没有但电阻即是客观存在的，就如同我们用一把尺子可以对文具盒的长度进行量度，但若没有尺子，文具盒照样是客观存在一样。

【点评】下一节课中，我们将研究导体的电阻由它的哪些因素决定。

【例2】一个定值电阻，阻值为200

，接在电压为12V的电源两端，那么通过该电阻的电流强度是________，若要通过该电阻的电流大小为0.15A，则需要在电阻两端加上_______V的电压。

【思路点拨】此题考核对于欧姆定律的简单应用。

【解】由欧姆定律

，可得出

；若要使通过电阻的电流为0.15A，那么电阻两端加的电压

，本题用了欧姆定律的基本公式和一个变换公式，后半部分也可采用比例方法。

因为是对于同一个电阻，所以有

，可得

。

【点评】注意题目中有两个时刻的U和I，最好加以脚标加以区分，这样不容易在计算代入数值时出错。

【例3】在研究导体的某种性质时，某组同学用导线将可以调节电压的稳压电源、电流表、电压表、电键和导体甲连成图示电路。

改变电源电压，记录导体两端电流电压值，填入下表1中。

然后用导体乙、导体丙分别替代导体甲，重复上述实验，记录数据在表2和表3中。

表1表2表3

实验序号

电压（V）

电流（A）

1

1

0.1

2

2

0.2

3

3

0.3

实验序号

电压（V）

电流（A）

4

1

0.2

5

1.5

0.3

6

2

0.4

实验序号

电压（V）

电流（A）

7

1.5

0.1

8

3

0.2

9

4.5

0.3

分析比较实验序号1、2、3（或4、5、6或7、8、9）的电流与电压变化的倍数关系，可以得出初步结论：

。

分析比较实验序号在电压相同时的电流关系，可以得出初步结论：

当电压相同时，不同导体通过的电流不同。

进一步综合分析比较表1、表2、表3中的数据，并归纳得出结论：

综合分析比较表1、表2或表3中的数据，可以得出初步结论：

。

综合分析比较表1、表2和表3中的数据，可以得出初步结论：

。

【思路点拨】表格分析题有一定难度，除了对物理概念要十分清晰以外，还要注重读懂题意。

题中第一句话说“在研究导体的某种性质时”，导体的性质现有阶段我们只学了电阻，而三个表格中都是某电阻的电流电压。

【解】

对于一个确定的导体，电流与电压成正比。

1与4、2与6、5与7、3与8。

.相同导体，U/I是确定值；

.不同导体，U/I不是确定值。

【点评】第一问要比较电流与电压变化的倍数关系，发现电压变化为几倍，电流也变化为几倍，可以得出成正比的结论；第二问中要注意电压相同的实验序号要填写完全，不要漏了某组；最后一问要求综合分析比较表1、表2、表3中的数据，要求我们对数据进行处理，一般相同单位数据用“求和”或“求差”，不同单位数据用“求乘积”或“求比值”，这里正是用求比值的方法。

【例4】1分钟内通过某电阻的电量为120库,通过该电阻的电流强度是________安,电阻两端的电压是6伏,该电阻的阻值是_________欧；电阻两端的电压是0伏时,该电阻的阻值是_________欧。

【思路点拨】此题要结合

，

两个公式进行求解。

【解】2A，3Ω，3Ω。

【点评】注意第三问不可由公式

来解得，而要明白R不会因U的变化而变化，而且光从数学的角度来看，U=0时，I=0，0/0没有意义。

实验指导

【实验】探究U、I、R的关系

实验器材:

干电池数节、定值电阻若干个（阻值成倍数关系）、电流表、电压表各一个、导线若干。

实验步骤:

1.实验探究方法；控制变量法

用实验来探究一个量随两个两（或多个）量变化的关系时，要保持一个（或几个）量不变，只改变一个量，研究这个量与该变量之间的关系。

把一个两因素（或多因素）的问题变成两个（或多个）单因素问题的研究方法，称为控制变量法。

“研究导体中电流与导体两端的电压之间的关系”和“研究电流与电阻的关系”就是采用这一方法，从而总结出欧姆定律。

2.实验程序

探究“通过实验研究电流跟电压、电阻的关系”时，可以采用下列一般程序：

①提出问题。

电流跟电压、电阻有什么样的关系？

②猜想与假设.由电压是产生电流的原因猜想：

电压越高，电流可能越大；有电阻是导体对电流的阻碍作用猜想：

电阻越大，电流可能越小。

③设计实验.设计电路要有这样的功能：

能使电阻不变，改变电压，从而测出电流；使电压不变改变电阻。

电路图如图所示

这里我们用改变电池数目来改变导体两端电压，用换不同的导体来改变电阻。

④结论与理解：

“当电阻不变时，导体中电流跟导体两端电压成正比；当导体两端电压一定时，导体中的电流跟电阻成反比。

”

注意事项:

1.实验时注意电流表电压表的使用，改变电压时，注意可能要更换电压表及电流表的量程；2.注意解释结论时，前提条件不能丢，也不要误说成“电压与电流成正比”或者“电阻与电流成反比”不然就会容易出现因果倒置的错误。

7．3电阻欧姆定律

知识解读

1.决定导体电阻大小的因素。

导体的材料，不同材料即使其他条件相同，阻值一般也不同,从课本p10表中的数据可知，银的导电性能最好，因此，在相同长度和横截面积的情况下，它的电阻最小。

其次是铜，再次是铝；

导体的长度，其他条件相同时，导体长度越长，阻值越大；

导体的横截面积，其他条件相同时，导体横截面积越小，阻值越大；

导体的温度，一般情况下是温度升高，电阻变大，如白炽灯的灯丝（由钨丝绕制）在工作时（已热至白炽化，其温度已升高到千度以上）此时的电阻已比不工作时的电阻大许多倍。

但也有例外，例如半导体在温度升高时，电阻反而变小。

2．滑动变阻器

结构：

变阻器的构造主要为瓷管、线圈（电阻率较大的合金线绕制）、滑片、接线柱等组成，电阻线表面涂着绝缘漆，所以制成的线圈各匝之间相互绝缘，为使滑片P跟电阻线接触良好，线圈上接触滑片的地方，绝缘漆被刮去，为了便于接线，将滑片套在金属棒上，金属棒两端安装有接线柱。

原理：

通过改变接入电路中的导体长度，改变阻值。

相比于拉杆式变阻器和旋盘式变阻箱，它能够连续的改变电阻值，所以将它连入电路时，根据欧姆定律，能够连续改变电压或者电流。

使用方法

接法：

将变阻器串联在电路中，要将变阻器的两个接线柱接入电路。

滑动变阻器共有三个或四个接线柱，我们在使用的时候，一般只连接其中的两个接线柱。

当连接A、B两接线柱时，变阻器的整段电阻丝连入电路，因此无论P怎样移动，都不能改变电路中的电阻，这时变阻器相当于一个定值电阻（图a）；

当连接C、D两接线柱时，变阻器的金属棒直接连入电路，同样的，无论P怎样移动，都不能改变电路中的电阻，这时变阻器相当于一段导线（图b）。

可见，当同时连接滑动变阻器的上面或下面两个接线柱时，它在电路中将不能起到变阻的作用，因而在实际连接时，我们应连接上面和下面的各一个接线柱。

如图c滑动变阻器的PA段接入电路，所以当滑片P向右移时，PA段的长度变长，电阻RPA变大。

可归纳规律为“一上一下，关键看下”。

（如果是三个接线柱，那么C、D两接线柱中只剩下一个接线柱。

）

．使用规则：

A．一般串联在电路中。

B．弄清滑片移动时，变阻器接入的电阻线长度怎样变化，电阻怎样改变，电路中电流怎样变化？

C．使用前应将滑片放在变阻器阻值最大位置。

D．使用前要了解铭牌。

铭牌上标有变阻器的最大电阻值和变阻器允许通过的最大电流值。

E．接入电路时接线柱的选择原则就是“一上一下”。

3.利用滑动变阻器改变电路中的电流。

如图移动滑动变阻器的滑片，发现在电压不变的情况下，改变电阻可使电流发生变化。

在分析有关滑动变阻器的电路的过程中一定要做到有序分析：

变阻器接入电路的是哪一段电阻线？

滑片向左右滑动时，这段电阻线的长度怎样改变？

变阻器接入电路的电阻怎样改变，电路中的电流怎样改变？

电流表的示数怎样变化？

*4.半导体

我们看到教材p10表格中，几种材料制成的长1米、横截面积1毫米2的导线在20℃时的电阻是101～10-2欧，长1米、横截面积是1毫米2的木材在20℃时的电阻约是1014～1018欧，玻璃的电阻是1016～1020欧，橡胶的电阻是1018～1021欧。

由比较可见，在相同条件下，绝缘体的电阻比导体的电阻大十万亿（1013）倍以上。

导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，叫做半导体。

例如：

锗、硅、砷化镓等。

半导体在科学技术、工农业生产和生活中有着广泛的应用。

例如：

电视、半导体收音机、电子计算机等。

下面介绍它所具有的特殊的电学性能。

①压敏性：

有的半导体在受到压力后电阻发生较大的变化。

用途：

制成压敏元件，接入电路，测出电流变化，以确定压力的变化。

　　②热敏性：

有的半导体在受热后电阻随温度升高而迅速减小。

用途：

制成热敏电阻，用来测量很小范围内的温度变化。

③光敏性：

有的半导体在光照下电阻大为减小。

用途：

制成光敏电阻，用于对光照反映灵敏的自动控制设备中。

*5.超导体

　金属的电阻随温度的升高而增大，当金属的温度降低时，它的电阻减小。

1911年，荷兰物理学家昂内斯在测定水银在低温下的电阻值时发现，当温度降到-269℃左右时，水银的电阻变为零，这种现象叫超导现象。

能够发生超导现象的物质，叫做超导体。

注意：

不是所有物体都会发生超导现象。

　目前超导体还不能在常温下应用于实际生产和生活中，只应用于科学实验和高新技术中。

如果能应用于实际，会给人类带来很大的好处。

例如：

　①输电导线利用超导体，可以大大降低输电的电能损耗。

　　②如果把发电机和电动机的线圈用超导体制成超导线圈，可以使发电机和电动机的质量减小，功率增大，效率提高。

　　③利用超导体可制造出磁悬浮列车，它的速度可达几百千米每时。

　　超导研究的历史和发展前景

　　1911年，昂内斯首先发现水银的超导现象。

　　1911年～1986年3月经过75年的努力，找到具有高转变温度的超导材料——铌三锗，Tc为-250℃。

　　1987年2月24日，我国宣布获得Tc为-173℃以上的超导体。

　　1989年，我国已找到Tc为-141℃的超导体材料。

经典例说

【例1】关于导线的电阻，正确的说法是（）

A、两根粗细一样的导线，长的电阻比短的电阻大

B、两根同样长短的导线，横戴面小的比横截面大的电阻大

C、铁的电阻比铜的电阻大

D、粗的铜导线其电阻可能比细的铁导线电阻还要大

【思路点拨】：

导线的电阻大小由导线的材料、长度和横截面积三个因素共同决定，缺少任何一个条件，都无法进行比较。

【解】D

【点评】若以A项因为并未指明为何种材料，无法进行比较A项错。

B项也犯有同样错误，未指明导线的材料，无法进行比较，因此B项错。

C项只指明了一种因素即材料，但未明确长短和粗细，因而条件不足，也不能下定论，故C项错。

D项对，因为并未说明长度的关系，以各种可能发生。

本题是一道考查探索方法的题型。

探索未知问题，对研究问题的方法的选择非常重要，在初中探索物理问题的方法常有：

观察法、实验法、归纳法、演绎法、等效法、类比法和比较法等。

本题是考查控制变量法的典型试题，可以看出研究问题的方法的选择对于研究问题结论的获取非常重要和有效。

误区分析：

学生由于对探索物理问题方法的不重视，常导致不会选择正确的研究方法。

本题是控制变量法的应用，一般学生在研究问题时，容易忽视对物理变量的控制，因此会使研究问题的对象发生偏差或者错位。

有效避免探索方法选择的错误，关键是科学分析题目和数据，找出其中蕴藏规律，并找准研究问题的对象。

【例2】有甲、乙两导体用同种合金制成，且长度也相等，而甲导体的横截面积是乙导体的2倍，哪个的电阻大？

若将甲导体的长度均匀地拉长为原来的2倍，甲、乙两导体的电阻哪个大？

【思路点拨】因为导体的电阻是由材料、长度、横截面积和温度等因素决定的，所