师:同学们,上一节课我们学习了同一导体的电流与电压关系。如图是不同导体的电流与导体两端的电压的关系图线。利用上节课所学知识,请大家思考并回答以下问题。第一,如图所示,哪一段导体满足欧姆定律呢?我们知道,同一导体如果流过的电流与两端的电压呈正比例关系,就说它满足欧姆定律。甲图线是过原点的直线,它的电流i与电压u呈正比例关系,所以甲导体满足欧姆定律。如果流过的电流与两端的电压不成正比例关系,如图乙,就说它不满足欧姆定律。
第二,当电压为U?时,哪段导体的电阻更大呢?要解决这个问题,我们先在图上标出辅助线,并找出甲和乙对应的电流i甲和i乙。根据r = u÷i,当电压为u?时,甲的电流更小,因此甲的电阻更大。从题目可知,导体电阻越大,导体对电流的阻碍能力就越大。在物理学中,用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小,通常用字母R表示。单位是欧姆,电阻常用的单位还有兆欧、千欧和毫欧,换算关系是:1兆欧 = 10?欧,1千欧 = 103欧,1毫欧 = 10?3欧。R的大小等于u除以i,因此知道流过导体的电流和两端的电压就可以求出电阻大小,或者直接使用万用表的欧姆档测量电阻大小。
电阻在电路中的符号用一个长方形表示,这一电路符号在后续学习中会频繁出现,请同学们尽快熟悉。生活中有很多导线,它们规格通常不同,那它们的电阻有多大?是不是都相等?下面我们研究一下这个问题。要知道导线电阻大小,我们需要进行电阻测量,电阻测量有很多方法,从电阻公式r = u÷i可知,通过测量导线两端的电压和通过的电流,再利用公式进行计算,就可以求出电阻大小,这也是后面我们要学习的内容。这节课我们使用另外一种更直接的测量方法,利用万用表测量电阻大小。万用表有欧姆档,可以直接进行电阻测量。下面我们一起来看看使用万用表测量电阻的方法。
把万用表放在水平桌面上,观察万用表,找到欧姆档,欧姆档中数字200,表示此档最大量程为200欧姆;20M表示此档最大量程为20兆欧。测量前一般对电阻值进行估测,以便选择对应的量程。我们选择带鳄鱼夹的表笔,把黑色表笔插进COM公共端插座中,把红色表笔插进VΩ插座中。把档位调至欧姆档中200档位,万用表屏幕显示0L。测量前把红笔和黑笔连接进行调零,此时万用表就可以进行电阻大小的测量了。我们先来测量实验室用的小灯泡电阻值,把红黑两表笔分别接在小灯泡两端,示数稳定后显示为1.1欧姆。测出一捆家庭电路中的导线电阻为1.1欧姆;电压表量程3伏,电阻4.02千欧;电压表量程15伏,电阻19.71千欧。由于万用表测量电阻最小分度值为0.1欧姆,测量的电阻值较小时可以使用毫欧表。毫安表的最大量程为2000毫安,分度值为1毫安,使用毫安表测量电流表的电阻时,闭合毫安表开关,把两表笔连接,示数显示为0,就可以开始测量。两表笔分别连接电流表负接线柱和0.6接线柱,示数稳定后读出结果为1172毫欧。红色表笔改接3接线柱,读出结果为250毫欧,也就是0.25欧姆。
还有一点要提醒同学们,万用表不能在导体通电的情况下测量电阻,请同学们务必要注意。表格中显示的是一部分导线电阻的测量值,可以看出这些导线的电阻值并不相同。我们能不能说导线的电阻大小只与材料有关系呢?细心的同学可能会注意到,图中的导线好像规格不一,有长有短,有粗有细,所以单从表格中并不能直接得出电阻大小与材料有关。那么我们该怎么做呢?我们试着把导线的相关规格和电阻值结合起来分析,如图所示,我们找到三根导线的相关信息和测量的电阻值。请同学们仔细观察和分析,你觉得导线电阻大小可能与什么因素有关呢?我们来听听小芳、小明和小严三位同学是怎么想的。
生:我觉得和材料有关,你看这些导线的材料是不相同的,电阻也不相同,所以我认为材料会影响电阻的大小。
生:我觉得不能这么简单分析这些导线,不单材料不相同,如果把规格统一为面积,我发现它们的规格也不一样,有粗有细,同时长度上也是有长有短。我觉得不只是材料,长度和面积应该都会影响电阻大小。
生:我也认同小明的说法,但是因为这些导线的材料、面积和长度都不同,单从表格中很难得出结论。既然我们现在猜测是材料、面积和长度都会影响电阻大小,我觉得最好做实验探究一下。
师:进行实验探究导线的材料、长度和面积是否会影响电阻大小。由于影响因素可能较多,他们尝试着去控制变量。通过比较,最后实验小组选取了电阻定律实验器,实验器上有些特定规格的导线,方便进行研究。我们来看看他们准备的实验报告。实验目的:探究影响电阻大小的因素。实验器材:电阻定律实验器、万用表。实验步骤:一、设计表格,记录电阻大小和导线规格。二、用万用表分别测量导线电阻并记录在表格中。我们接着看看实验小组的实验过程。
