2013年人教版九年级物理电子课本
神话中国-关于申请项目的报告
第1节
两种电荷
在干燥的天气里,衣服表面容易吸附灰尘;与
头发摩擦过的塑料尺、塑料笔杆,能吸起纸屑;用
塑料梳子梳头,头发会随着梳子飘起来……
两种电荷
为什么会出现上述这些现象呢?这是因为摩
擦过的物体带了“电”,或者说带了电荷(electric
charge)。用摩擦的方法使物体带电,叫做摩擦起
电。带电的物体间存在怎样的相互作用呢?
演 示
电荷间的相互作用
1.
用丝绸摩擦两根玻璃棒,手持一根玻璃棒,
靠近另一根被吊起的玻璃棒(图15.1-1)。观察有
什么现象发生。
2.
手持用毛皮摩擦过的橡胶棒,靠近被吊起
的用丝绸摩擦过的玻璃棒。观察有什么现象发生。
32
物理
九年级
图15.1-1
电荷间的相互作用
实验发现,电荷间有相互作用,相同电荷及不
同电荷间相互作用不同。
人们还发现,无论用什么方法带电,物体所带
的电荷或者与丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷相同,
或者与毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷相同。自然界
只有两种电荷。人们把用丝绸摩擦过的玻璃棒带的
电荷叫做正电荷(positive
charge),用毛皮摩擦过
的橡胶棒带的电荷叫做负电荷(negative charge)。
同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引。
物体所带电荷有多有少,电荷的多少叫做电荷
金属球
金属杆
绝缘垫
量。为了方便起见,电荷量也可简称电荷。电荷量
的单位是库仑(column),简称库,符号是C。一
根实验室中常用的玻璃棒或橡胶棒,摩擦后所带的
电荷量大约只有10
C。
实验室里常用验电器来检验物体是否带电。用
金属箔
带电体接触验电器的金属球,就有一部分电荷转移
到验电器的两片金属箔上,这两片金属箔带同种电
荷,由于互相排斥而张开(图15.1-2)。
图15.1-2
验电器能显示物体是
否带电
原子及其结构
通过前面的学习我们知道,常见的物质是由分
子、原子构成的。有的分子由多个原子构成,有的分
子只由一个原子构成。
20世纪初科学家发现,原子也有进一步的结
构,它的中心是原子核,在原子核周围,有一定
数目的电子(electron)在核外运动。 电子是带有
19
最小负电荷的粒子,所带电荷量为1.6×10
C。
原子核带正电。在通常情况下,原子核所带的
正电荷与核外所有电子所带的负电荷在数量上相
等,原子整体不显电性,物体对外也不显电性。
氢原子的结构最简单,原子核中有1个正电荷
第十五章
电流和电路
33
(其电荷量与电子电荷量相等),核外有1个电子。
氦原子核中有2个正电荷,核外有2个电子(图
+1
H
1
+2
He
2
15.1-3)。
不同物质的原子核束缚电子的本领不同。当两
个物体摩擦时,哪个物体的原子核束缚电子的本领
图15.1-3
氢原子和氦原子
的结构
弱,它的一些电子就会转移到另一个物体上。失去
电子的物体因为缺少电子而带正电,得到电子的物
体因为有了多余电子而带等量的负电。摩擦起电并
不是创造了电荷,只是电荷从一个物体转移到另一
个物体,使正、负电荷分开。
导体和绝缘体
带电的物体有时会与其他的物体接触,从而
失去电荷。那么,什么物体容易传导电荷,什么
物体不容易传导电荷呢?下面我们通过实验来
研究。
演 示
电荷在金属棒中的定向移动
取两个相同的验电器A和B,
使A带
电,
B不带电。可以看到A的金属箔张开,
B的金属箔闭合。
A
B
1.
用橡胶棒把A和B连接起来(图
图15.1-4
15.1-4),观察A、B金属箔的张角有什么
变化。
2.
再次使A带电,B不带电。用带
有绝缘柄的金属棒把A和B连接起来(图
15.1-5),观察A、B金属箔的张角有什么
A
B
图15.1-5
变化。与用橡胶棒的情况一样吗?
实验现象是,用橡胶棒连接,验电器
图15.1-5
34
物理
九年级
A、B金属箔的张角没有变化;用金属棒连接,验
电器A的金属箔张开的角度减小,B的金属箔由闭
合变为张开。这表明,验电器B也带了电。就是说,
有一部分电荷通过金属棒从A移动到了B,电荷发生
了移动。
电荷在金属中可以定向移动,说明金属是
可以
导电
的。有的
物体
容易导
电,叫
做导体
(conductor)。金属、人体、大地、石墨、食盐水溶
液等都是导体。有的物体不容易导电,叫做绝缘体
(insulator)。橡胶、玻璃、塑料等都是绝缘体。
在金属中,部分电子可以脱离原子核的束缚,
而在金属内部自由移动,这种电子叫做自由电子。
金属导电,靠的就是自由电子。
1. 有甲、乙、丙三个带电体,甲物体排斥乙物体,乙物体吸引丙物体。如果丙物
体带正电,甲物体带哪种电?
2.
如图15.1-6,用一段细铁丝做一个支架,作为转
动轴,把一根中间戳有小孔(没有戳穿)的饮料吸管放
在转动轴上,吸管能在水平面内自由转动。用餐巾纸摩
擦吸管使其带电。
(1)把某个物体放在带电吸管一端的附近,发现吸
管向物体靠近,由此是否可以判断该物体已经带电?
(2)把丝绸摩擦过的玻璃棒放在带电吸管一端的附近,观察吸管运动的方向,并
回答:吸管带的是哪种电?餐巾纸带哪种电?为什么?
(3)吸管和餐巾纸摩擦起电时,哪个失去了电子?哪个得到了电子?
3.
金属锡的原子核带有50个大小与电子电荷相等的正电荷,它的原子核外有多少
图15.1-6
饮料吸管的静电实验
个电子?这些电子总共带多少库仑的电荷?为什么金属锡对外不显电性?
第十五章
电流和电路
35
第2节
电流和电路
上一节中图15.1-5的实验结果表明,电荷在金
属导体中做了定向移动,但这种定向移动瞬间就结
束了。实际中点亮的小灯泡能持续发光,是因为有
电荷不断地流过小灯泡。那么,怎样才能使电荷不
断地流过小灯泡呢?
想想做做
不能把电池的两端
有如下器材:小灯泡、小电动机、蜂鸣器
各一个,一个开关、一节电池(带电池盒)和
用导线直接连在一起!
一些导线(图15.2-1)。先后三次连接电路,分
别使小灯泡亮、电动机转、蜂鸣器发声。小灯
泡、电动机、蜂鸣器要受开关的控制。
小灯泡
蜂鸣器
小电动机
图15.2-1
实验结果表明,要想让小灯泡亮、电动机转、
蜂鸣器发声,必须要有电池(cell),还要用导线将
它们与电池连接成闭合的回路。
36
物理
九年级
电流
闭合开关,小灯泡持续发光,表明有电荷持续
地流过小灯泡。
导线、小灯泡的灯丝都是金属做的。金属里面
有大量自由电子,它们可以自由移动。平时金属内
自由电子运动的方向杂乱无章,但是接上电池之后,
它们就受到了推动力,就会做定向移动,电荷的定
向移动形成电流(electric
current)。
回路中有电流时,发生定向移动的电荷可能是
正电荷,也可能是负电荷,还可能是正、负电荷同
时向相反方向发生定向移动。在19世纪初,物理
学家刚刚开始研究电流时,并不清楚在各种情况下
究竟是哪种电荷在移动,当时就把正电荷定向移动
的方向规定为电流的方向。
按照这个规定,当电池、导线、小灯泡组成的
回路闭合时,在电源外部,电流的方向是从电源正
极经过用电器流向负极的(图15.2-2)。
图
15.2-2
电流的方向
想想做做
利用发光二极管判断电流的方向
发
光二
极管
是一
种电
子元
件,
简称
LED。它的两根引脚中较长的为正极,较短
的为负极。当电流由正极经过
LED流向负
极时,LED发光,表明它处于导通状态;反
之,电流不能从负极流向正极,LED不会发
光(图15.2-3)。所以,根据其发光与否可
以判断电路中是否有电流及电流的方向。
图
15.2-3
发光二极管
具有单向导电性
请你将LED接入某电路中,闭合开关,
观察LED是否发光,判断电路中电流的方向。
第十五章
电流和电路
37
电路的构成
物理学中将电池这类提供电能的装置叫做电源
(power
supply),将灯泡、电动机、蜂鸣器等这类
消耗电能的装置叫做用电器。电源、用电器,再加
上导线,往往还有开关,组成了电流可以流过的路
径──电路(electric
circuit)。
只有电路闭合时,电路中才有电流。
电池能够维持小灯泡中的电流,所以电池是一
种常见的电源(图15.2-4)。发电机也是一种常见
的电源,家庭电路中的电流就是靠远方电厂中的发
图15.2-4
各种电池
电机来维持的。
电路图
画图时如果把电源、用电
器等元件原样画出,既麻
烦又不清楚。为了便于
研究,人们通常用图形
①
符号来表示这些元件
(图15.2-5)。
图15.2-5
几种常用
的元件及其符号
①
图15.2-5是根据国家标准GBT4728绘制的一些常用的电路元件及所对应的符号。
38
物理
九年级
用符号表示电路连接的图,叫做电路图。电路
图是对实际电路的有效抽象。有了元件的符号,我们
就可以用它来方便地替代实物电路了(图15.2-6)。
图15.2-6
电路和电路图
通路
断路
短路
人们把正常接通的电路, 即用电器能够工作的
电路叫做通路。电路中如果某处被切断,电路中就
不会有电流流过,这种情况叫做断路。直接用导线
将电源的正、负极连接起来,这种情况叫做短路。
电源被短路,电路中会有很大的电流,可能把电源
烧坏,这是不允许的。
如果电路是接通的,但用电器两端被导线直接
连通,这种情况叫做该用电器被短接。
演 示
图15.2-7是由
一个小灯
泡、
一个
LED、两节干电池、一个开关组成的电
路。闭合开关,小灯泡和LED发光。
用一根导线接在小灯泡的两端,
你会看到小灯泡熄灭了,而LED还
发光。想一想,这是为什么?
实验现象表明,小灯泡被短接而熄
灭,电流流经外加导线而绕过了小灯泡。
图15.2-7
发光的小灯泡会熄灭吗?
第十五章
电流和电路
39
1.
图15.2-8甲是把电
池和玩具电风扇连接起来
的电路图。请在图15.2-8
乙中用笔画线表示导线,
连接相应的电路。
2.
在图15.2-9中有电
甲
图15.2-8
连接玩具电风扇
乙
子门铃、电源和开关,请用笔画线表示导线把它们连起来,使得门铃能够正常工作,
并画出相应的电路图。电子门铃可以用“ — 电子门铃 —”这样的符号表示。
图15.2-9
连接电子门铃
图15.2-10
常用手电筒的结构
3.
观察图15.2-10所示的手电筒结构图。按下按键
时,电路是怎样接通的?在图中画出电流流过的路径。
另画出手电筒的电路图。
4.
图15.2-11是某人连接的电路,小电动机能转
吗?在接错的那根导线上打一个“×”,表示这根导线
不要,再把正确接法的导线画出来,并在三根导线上分
别标明电流的方向。
5. 图15.2-12甲、乙中,各有一根导线接错而使小灯
图15.2-11
电动机能转吗?
泡被短接,请把这根导线找出来,在上面打一个“×”。
甲
乙
图15.2-12
把短接的导线找出来
40
物理
九年级
第3节
串联和并联
用一个电源、两个小灯泡、一个开关和一些导
线组成电路,要想让两个小灯泡都发光,可以有几
种接法?
串联和并联
像图15.3-1那样,两个小灯泡依次相连,然后
接到电路中,我们说这两个小灯泡是串联(series
connection)的。
图15.3-1
两个小灯泡的串联
像图15.3-2那样,两个小灯泡的两端分别连在
一起,然后接到电路中,我们说这两个小灯泡是并
联(parallel
connection)的。并联电路中两个用电
器共用的那部分电路叫干路,单独使用的那部分电
路叫支路。
图15.3-2
两个小灯泡的并联
第十五章
电流和电路
41
连接串联电路和并联电路
在串联电路里,开关的位置改变了,它的控制
作用是否也会改变?在并联电路中,干路开关和支
路开关对各用电器的控制作用有什么不同?
实 验
连接串联电路和并联电路
1.
按照图15.3-3
连接串联电路,观察开关控制
两个小灯泡发光的情况。还可以依次把开关改接到
电路中的不同位置,观察开关控制两个小灯泡的情
况是否有变化。
图15.3-3
开关位置会影
响串联电路的控制吗?
2.
按照图15.3-4
所示的电路图连接电路,观察
各开关控制小灯泡的情况。例如,闭合干路开关S,
依次断开两个支路开关
S
1
、S
2
等。
3.
用箭头在图15.3-3
和图
15.3-4中标出电路闭
合时电流的方向。
实验结果表明,在串联电路中,开关可以控制
所有用电器,开关位置的改变并不影响它对用电器
的控制作用。在并联电路中,干路开关可以控制所
有用电器,支路开关只能控制其所在支路的用电器。
42
物理
九年级
连接电路后,要
先
检
查
电
路
连
接
无
误,然后方可闭合开
关。
S
S
1
L
1
S
2
L
2
图15.3-4
干路、支路开
关的控制作用一样吗?
生活中的电路
串联电路和并联电路都是最基本的电路,实际
生活中的许多电路都是由最基本的电路组合而成
的。家庭中的电灯、电吹风机、电冰箱、电视机、
电脑等用电器大多是并联在电路中的。用来装饰居
室、烘托欢乐气氛的彩色小灯泡,有些则是串联和
并联组合而成的。
想想议议
图15.3-5是一个简化了的玩具警车的电路
图。学习了串联电路和并联电路的知识,你能
M
L
图15.3-5
玩具警车的电路图
看懂这个电路图吗?电路图中的小灯泡L与小
电动机M是串联的还是并联的?
1. 如图15.3-6,要用两个开关分别控制两个灯泡,
应该怎样连接电路?请在图中画出接线。
2.
按照图15.3-7甲的电路图,用笔画线表示导
线,把图15.3-7乙中所示的实物连接起来,并用箭头
在电路图中标出干路和两个支路在开关闭合时的电流
方向。
S
1
L
1
L
2
S
2
甲
图15.3-7
乙
图15.3-6
怎样用两个开关分别控制
两个灯泡
第十五章
电流和电路
43
3.
请分别根据图15.3-8所示的两个实物电路画出它们的电路图。
M
L
2
S
1
L
1
S
S
2
L
甲
图15.3-8
乙
4.
如图15.3-9所示,学校有前、后两个门,在前、后门各装一个按钮开关,学校
传达室有甲、乙两盏灯和电池组。要求:前门来人按下开关时甲灯亮,后门来人按下
开关时乙灯亮。请设计电路图并在实物图中连线。
图15.3-9
5.
居民楼的楼道里,夜间只是偶尔有人经过,电灯总是亮着浪费电。但是,如
果有人夜晚出来,没有灯又很不方便。现有一种自动控制的楼道灯,当有人走动发
出声音时,电路才会接通,灯亮。不过,只有夜晚天黑之后灯才能亮。白天,不论
发出多大的声音,电灯也“无动于衷”。这是因为在控制开关中装有“声敏”和“光
敏”装置。
“声敏”和“光敏”的自动装置都是比较复杂的,我们不妨分别用— 声
—和
— 光 —这样两个符号代表它们。实际上,这就是两个开关:有声音响时—
声 —是闭
合的;环境光线非常暗时,— 光
—是闭合的。想想看,怎样连接电路便可以实现上面
的功能?请画出电路图。
44
物理
九年级
第4节
电流的测量
我们知道,小灯泡发光是因为有电流持续流过
小灯泡。同一个小灯泡接在不同的电路中,明、暗
不同,这是因为流过小灯泡的电流的强弱不同。
电流的强弱
表示电流强弱的物理量是电流
(electric current),通常用字母 I
表示,
小资料
常见的电流
计算器中电源的电流
约
100
它的单位是
安培(ampere),
简称
安,符号是A。
有些设备中电流很小,这时我们
常使用比安培小的单位毫安(mA)、
A
A
半导体收音机电源的电
流
手电筒中的电流
家庭节能灯中的电流
家用电冰箱的电流
家用空调器的电流
雷电电流
约
50m
约200 m
A
约0.1
A
约1
A
约5
A
可达210
A
微安(A)。它们同安培的关系是
1 mA
=10
3
A
1 A
=10
6
A
例如,维持电子表液晶显示器的工
作,只需几微安的电流。
电流的测量
�
电路中的电流可以用电流表测量。图15.4-1是
�
�
��
�
�
��
�
�
学生实验中常用的一种电流表。这种电流表一般有
�
�
�
5
两个量程。例如,当左端标有“”号的接线柱和
中间标有“0.6”的接线柱连入电路中时,表的量
程为0~0.6A,此时电流的大小要按指针所在位置表
�
�
�
盘下排的数值读取;当左端接线柱和右端标有“3”
图15.4-1
电流表
第十五章
电流和电路
45
的接线柱连入电路中时,表的量程为0~3A,此时
要按表盘上排的数值读数。下面我们通过实验来学
习怎样使用电流表测量电流。
实 验
练习使用电流表
1.
电流表的连接
第一,必须将电流表和被测的用电器串联(图
15.4-2)。如果误将电流表和被测的用电器并联,那
么,电流表指示的就不是流过用电器的电流,而且
很容易损坏电流表。
第二,必须让电流从红色(或标识“+”号)
为避免电流过大
接线柱流进,再从黑色(或标识“-”号)接线
损坏电流表,在不能
事先估计电流的情况
柱流出(图15.4-2)。否则,电流表指针反向偏转,
下,可以先闭合开关
无法读数,而且也容易损坏电流表。
第三,必须正确选择电流表的量程。如果被测
电流超过电流表的最大测量值,就无法读数,而且
然后迅速断开(叫做
“试触”),看看在开
关闭合的瞬间指针的
也有可能损坏电流表,这时应该改用更大量程的电
偏转是否在最大测量
流表。
第四,不允许把电流表直接连到电源的两极
值之内。
(图15.4-3)!否则,电流表将被损坏。
�
图15.4-2
电流表必须和被测的用电器串联
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
���
图15.4-3
不允许把电流
表直接连到电源的两极!
2.
电流表的读数
第一,明确所选电流表的量程。例如,0~0.6 A
或0~3 A。
46
物理
九年级
�
第二,确定电流表的分度值,即表盘的一个小
�
格代表电流的大小(图15.4-4)。例如,电流表的
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
量程是0~3
A,表盘上从0到最右端共有30个小格,
那
么每个小格就代表0.1
A。如果电流表的量程是
0~0.6 A,每个小格代表多少安?
第三,接通电路后,看看表针向右总共偏过了
图15.4-4
选择量程0~0.6 A或
0~3 A,分度值分别是多少安?
多少个小格,这样就能知道电流是多大了。
3.
用电流表测量电路中的电流
按照图15.4-5甲所示的电路图连接电路,测量
A
这种情况下电路中的电流。如图15.4-5乙所示,改变
甲
电流表在电路中的位置,测量这种情况下电路中的
A
电流。实验中,为减少电池损耗,读取电流表的示
A
数后要尽快断开电路。
比较电流表两次示数是否有变化。
乙
图15.4-5
用电流表测量电路中
的电流
科 学 世 界
生 物 电
不但在输电线路中有电流,生物体内也有电流。例如,人体心脏的跳动就是由电
流来控制的。在人的胸部和四肢连上电极,就可以在仪器上看到控制心脏跳动的电流
随时间变化的曲线,这就是通常说的心电图。通过心电图可以了解心脏的工作是否
正常。
第十五章
电流和电路
47
1. 流过某手电筒小灯泡的电流大约是 0.25
A,等于多少毫安?某半导体收音机电
池的供电电流最大可达120
mA,等于多少安?
2.
画线连接下面的实物图(图15.4-6),使小灯泡能够发光并且电流表能够测出流
过小灯泡的电流(估计为0.1 ~ 0.3 A)。
�
�
�
�
��
�
��
���
图15.4-6
3. 图15.4-7中电流表的读数各是多少安?
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
��
�
���
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
���
��
�
�
�
�
���
���
���
甲
乙
图15.4-7
丙
4.
在图15.4-8中,能正确测量通过灯L
1
电流的电路是(
)
+
1
A
1
L
+
2
A
L
1
L
2
+
+
A
L
1
A
+
L
2
A
48
物理
九年级
图15.4-8
第5节
串、并联电路中
电
流
的
规
律
上节图15.4-5
的实验结果表明,电流表两次的
示数是相等的。要测量流过小灯泡的电流,我们可
以把电流表串联在小灯泡的任意一侧。
实际电路中有些用电器之间是串联的,有些用
电器之间是并联的。流过各用电器的电流有怎样的
关系呢?要研究电路中各处电流的关系,我们可以
从最简单的两个用电器的串联电路开始。
串联电路的电流规律
在图
15.5-1
中,两个小灯泡
L
1
、L
2
是串联在电
路中的。流过A、B、C
各点的电流可能存在什么
关系?请做出猜想。
在只有一个用电器的电路中,电流从电源的正
极流出,经过用电器又返回电源的负极,电路中各
点的电流相同。那么,在两个用电器串联的电路中,
各点的电流还是相同的吗?
A
L
1
L
2
实 验
探究串联电路中各处电流的关系
实验中
A、B、C可以分别在
L左
A
侧、L
A
A
和
L
2
之间、L
2
1
2
1
2
B
、
C
各点的
右侧任意选定,这样,测出电流,就可以找出串联电路
图15.5-1
中各
中
处电
A、
流的关系。
1.
A
B
设计实验电路。如图15.5-2,它们分别是测
量图15.5-1
中A、B、C三点电流的电路图。
L
1
L
2
A
B
C
图15.5-1
串联电路中各点的电
流有什么关系?
A
L
1
L
2
A
A
L
1
L
2
B
A
L
1
L
2
C
图15.5-2
测串联电路各点电流
的电路图
第十五章
电流和电路
49
A
L
1
L
2
B
A
L
1
L
L
1
L
2
C
2.
根据电路图连接电路,并进行测量。
3.
把测量数据记录在表格中,并把操作中出
现的问题简明扼要地写下来。
4.
换上另外两个规格不同的小灯泡,再次测量
各点的电流,看看是否还有同样的关系。
A点电流I
A
A
B点电流I
B
A
C点电流I
C
A
灯泡L
1
、L
2
串联
…
实验结果能印证你的猜想吗?请用你自己的语
言描述串联电路中各处电流的关系。
结论:
。
并联电路的电流规律
L
1
要研究并联电路干路电流与各支路电流的关
A
C
B
系,我们同样可以从最简单的两个用电器的并联电
L
2
路开始。
如图15.5-3,两个灯泡并联。流过A、B、C各
点的电流可能有什么关系?请做出猜想。
图
15.5-3
并联电路中的电流
实 验
探究并联电路中干路电流与各支路电流的关系
1.
设计实验电路。请在下面空白处分别画出
用电流表测量A、B、C三点电流的电路图。
50
物理
九年级
2. 根据电路图连接电路,并进行测量。
3.
把测量数据记录在设计的表格中,并把操作
中出现的问题简明扼要地写下来。
4.
换上另外两个规格不同的小灯泡,再次测量
各点的电流,看看是否还有同样的关系。
A
点电流
I
A
A
灯泡L
1
、L
2
并联
…
B
点电流
I
B
A
C
点电流
I
C
A
分析实验得出的数据,你的猜测正确吗?
结论: 。
1.
如图15.5-4,当开关闭合后,电流表A
1
的示数为
L
1
L
2
0.3
A,通过小灯泡L
l
的电流是多少安?电流表A
2
的示数
A
2
是多少安?
2.根据图15.5-5甲所示的电路图,在图15.5-5乙的
A
1
实物图上用笔画出连线。在闭合开关后,如果电流表A
1
的示数为0.5
A,电流表A
2
的示数为0.3 A,则通过小灯
图15.5-4
泡L
1
、L
2
的电流分别是多少安?
A
1
1
A
2
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L
1
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A
2
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A
1
L
2
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L
2
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甲
图
15.5-5
乙
第十五章
电流和电路
51
3.
课堂上按图15.5-2做“探究串联电路中各处电流的关系”的实验时,每个实验
小组只有一个电流表。实验完成后,小明借来其他小组的电流表,同时测量三个位置
的电流以验证探究的结果。图15.5-6中有三个电流表和两个小灯泡,请你按小明的设计
在图中画出连线,注意连线不要交叉。
L
21
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A
1
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2
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A
3
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图15.5-6
4.
小明用三个电流表和两个小灯泡做实验,检验并联电路干路电流是否等于各支
路电流之和,其连接的电路如图15.5-7所示。这个电路中有一根导线接错了,请在这
根导线上打“×”,表示这根导线不能这样连接,然后画出正确的连接位置。
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L
1
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2
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图15.5-7
52
物理
九年级
学到了什么
1.
摩擦起电
两种电荷
相互摩擦的物体各自都可以带电。自然界只有正、负两种电荷。同种电荷互相排斥,
异种电荷互相吸引。电荷的多少叫做电荷量,简称电荷。电荷的单位是库仑,简称库,符
号是C。
在通常情况下,原子核所带的正电荷与核外所有电子所带的负电荷在数量上相等,
原子整体不显电性。
容易导电的物体叫做导体,不容易导电的物体叫做绝缘体。金属中存在大量的自由
电子,易于导电。
2.
电路
串联电路和并联电路
用导线把电源、用电器、开关连接起来,组成电流可以流过的路径叫做电路。电路
图是用符号表示电路连接的图示。
两个或两个以上用电器顺次连接到电路中,这种连接方式叫做串联。两个或两个以
上用电器并列连在一起再连接到电路中,这种连接方式叫做并联。
3.
电流
电流表的使用
电荷的定向移动形成电流。规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。电流是表示
电流强弱的物理量,用I 表示,单位是安培,简称安,符号是A。
电流表应该与被测用电器串联;使电流从正接线柱流入,从负接线柱流出;被测电
流不得超过电流表的最大测量值(量程)。
4.
串、并联电路中的电流规律
串联电路中的电流处处相等。
并联电路干路中的电流等于各支路中的电流之和。
第十五章
电流和电路
53
第十六章 电压 电阻
一道电光像把利刃刺破了黑色的天幕,大地
也被闪电照得通亮。紧接着,震耳欲聋的巨雷在
耳边炸响……
自然界真是奇妙无穷。你想知道雷电有多么
强大吗?雷电的电压能达到多高?雷电和家里用
的电在本质上一样吗?让我们一起探索这些有趣
的问题吧!
54
物理
九年级
第1节
电压
酸甜多汁的水果不仅可以为我们的身体提供能
量,还可以发电呢!几只水果提供的电力足以点亮
一排发光二极管!水果在这里扮演了“电源”的角
色:它为发光二极管提供了“电压”,使自由电荷
在电路中定向运动起来。
电压
电与我们的生活息息相关,电压一词听起来并
不陌生。例如,一节干电池的电压大约是1.5伏;
为我们家里用的电灯、电视机供电的电压是220
伏;输电用的高压电线的电压可达一万伏、十万伏
甚至更高;起电机两个放电球之间的电压要高达几
万伏(图16.1-1)。
图16.1-1
起电机的高压放电
第十六章
电压
电阻
55
想想做做
小灯泡发光时,电路中一定
有电流通过。试试看,电路中先
后接入一节和两节干电池时,小
灯泡的亮度一样吗(图16.1-2)?
你看到的现象对我们有什么
启示?
图16.1-2
实验结果表明,小灯泡的亮度是不一样的。电
路中用一节干电池时,灯泡较暗;用两节干电池
时,灯泡较亮。这说明电路中电流的强弱与电源有
关。与电源的什么量有关呢?
要让一段电路中有电流,它的两端就要有电
压(voltage)。
电源的作用就是给用电器两端提供
电压。通常用字母
U
表示电压,它的单位是伏特
(volt) ,简称伏,符号是 V 。
当电压较高时,常用千伏(kV)做单位;当电
压较低时,常用毫伏(mV)做单位。它们的换算
图16.1-3
电鳐。它可以产生200 V左
右的电压,用来自卫。
关系是
1 kV =1 000 V= 10
3
V
1
mV =0.001 V= 10
3
V
小资料
常见的电压V
维持人体生物电流
干电池
电子手表用氧化银电池
铅蓄电池
56
物理
九年级
6
约10
1.5
1.5
2
3
手机电池
我国的家庭电路
无轨电车电源
3.7
220
550~600
可达10
闪电时云层间
电压的测量
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电压的高低可以用电压表测量。图16.1-4 是一
种学生用的电压表。阅读说明书可以学习它的使用
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方法。
小资料
××××型直流电压表
图16.1-4
电压表
使用说明书(节选)
规格
1. 仪表为磁电式仪表。
2.
仪表准确度为2.5级,即在规定条件下使用,最大误差不超过满刻度值的±2.5%。
3. 仪表工作条件为:周围温度为0~40 C,相对湿度不超过85%。
4. 仪表校准时的正常温度为20±5 C,环境温度自此温度(20 C)起每变化10
C
所引起的额外误差不大于2.5%。
5.
仪表对外界磁场的防御等级为第Ⅲ级。
6. 仪表阻尼时间不超过4
s。
7. 表头电流为1 mA。
8.
仪表全部测量电路与外壳间的绝缘强度能经受500 V的耐压试验1 min。
使用
用直流电压表测量某元件两端的电压时,应与这个元件并联。应该使标有“
”号
的接线柱靠近电源的负极,另一个接线柱靠近电源的正极。所用量程的最大测量值必须
大于被测电路两端的电压。
在预先不知道被测电压大约值的情况下,
如果判定被测电压不会超出15 V,可以先用
最大测量值为15
V的量程。如果测得的电压不超过3 V,为提高读数的准确性,可以改用
最大测量值为3
V的量程。
实 验
练习使用电压表
请你读完上面的说明书后,回答下面的问题。
1.
电压表的连接
第一,电压表应该跟被测用电器串联还是并联?
第十六章 电
压 电
阻
57
第二,电压表标有“-”号的接线柱应该连
接在什么位置?另一个接线柱应该连接在什么
位置?
第三,什么情况下使用标有“3”字样的接线
柱,什么情况下使用标有“15”字样的接线柱?在
预先不知道被测电压的大小时,为了保护电压表,
应先选用大量程,还是小量程?
2.
电压表的读数
参照电流表读数的相关知识,你能说出电压表
的读数步骤吗?
第一步:
第二步:
第三步:
……
3.
用电压表测量电压
如图16.1-5,先将电压表接在小灯泡两端,接
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通电路,读取的数据是
V
;再将电压表接在电
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源两端,接通电路,读取的数据是
V。
电压表两次读数是否相同?
图16.1-5
实验结果表明,电压表两次的示数是相等的,
即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。
想想议议
如图16.1-6,电压表已与被测电阻
并联。如果要把这三个串联着的电阻与
电源连接,哪端应该接电源的正极? 哪
端应该接电源的负极? 请在图上标出电
流的方向。
图16.1-6
58
物理
九年级
1.
在图16.1-7中,请用笔画线表示导
�
线来连接实物图,使小灯泡能够发光并且
电压表能够测出灯泡两端的电压(估计在
2~3 V之间 )。
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图16.1-7
2. 在烧杯中加入盐水,将铜片和锌片
锌片
铜片
放在盐水中,这就是一个电池。试着用电
压表测量这个自制电池的电压,其现象如
图16.1-8所示。这个电池的电压是多少?
哪个金属片是电池的正极?
3.
图16.1-9中,三个电压表的示数各
是多少?
�
图16.1-8 哪个金属片是电池正极?
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甲
乙
丙
图16.1-9
三个电压表的示数各是多少?
4.
图16.1-10是一位同学所连的电
路,他要测量小灯泡L
2
两端的电压。图
中有一根导线接错了。
(1)请你找出这根接错的导线,在
这根导线上打“×”(表示不要),并用
笔重新画一根正确连接的导线。
(2)画出正确接线的电路图。
L
1
L
2
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�
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图16.1-10
纠正错误的连接
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第十六章 电
压
电
阻
59
第2节
串、并联电路中
电
压
的
规
律
家用电器通常都要并联后接在电路中,而节日
小彩灯常常既有串联、又有并联,它们为什么不像
家用电器那样,全部并联起来呢?要想了解其中的
原因,我们需要研究串、并联电路的电压规律。
串联电路的电压规律
我们知道,在只有一个小灯泡的电路中,灯泡
两端的电压与电源两端电压是相等的。那么,两个
或两个以上用电器组成的串联电路中,各用电器两
端的电压与电源两端电压有什么关系?请做出猜想。
实 验
探究串联电路中用电器两端的
电压与电源两端电压的关系
如果能测出图
16.2-1中
A与B、B与C以及
A与
C之间的电压,就可以找出串联电路中各用电器两
端的电压与电源两端电压的关系。
1.
设计实验电路并画出电路图。
2.
选用不同规
格的小灯
泡
L
1
、L
2
连接
电路。
根据电源电压选择电压表的量程。
3.
将电压表的两端分别连到A与
B、B与C、A
与
C
,测量电压
U
U
U
AB
、
B
、
A
。
CC
4.
改变两个小灯泡的规格,重做上述实验。
尝试用自己的语言描述串联电路的电压规律。
结论:
。
60
物理
九年级
A
L
1
B
L
2
C
图16.2-1
研究串联电路的电压
想想做做
生活中常常把一节电池的负极和另一节
电池的正极连在一起组成电池组。用这样的
办法可以把两节、三节或更多的电池串联起
来使用(图16.2-2)。
分别测量每节电池两端的电压,然后测
量这个电池组两端的电压。它们之间有什么
图16.2-2
电池和电池组
两端的电压有什么关系?
关系?
实验结果显示,串联电池组两端的电压等于每
节电池两端电压之和。
并联电路的电压规律
如果两个或两个以上的用电器并联,那么各支
路用电器两端的电压与电源两端电压的关系如何?
这种关系与并联电路中电流的关系一样吗?与串联
电路中电压的关系一样吗?请你做出猜想。
实 验
探究并联电路各支路用电器两端的
电压与电源两端电压的关系
如果分别测出图16.2-3中小灯泡L
1
、L
2
两端的
电压及电源两端电压,就可以找出并联电路中各支
L
1
L
2
路用电器两端的电压与电源两端电压的关系。
通过实验验证你的猜想,实验中要注意下面几
个问题。
1.
设计实验电路图
2.
电压表要选择合适的量程
图16.2-3
研究并联电路的电压
3.
设计实验步骤
第十六章
电
压 电
阻
61
4.
设计实验数据表格,如实记录实验数据
通过这个实验,你得出了什么结论?
结论: 。
1.
一个用电器工作时,要求电源电压是6 V。如果用干电池做电源,需要几节串
联起来?如果用铅蓄电池做电源,需要几个串联起来?
2.
在图16.2-4甲所示的电路中,闭合开关后电压表V
1
的示数为2.5
V,V
2
的示数应
为
V,
V的示数应为
V。
在图16.2-4乙所示的测量电路中,闭合开关后电压表V
1
的示数为2.5
V,V
2
的示数
为3.8 V,V的示数应为
。
V
1
L
1
L
2
L
1
V
V
1
V
甲
乙
图
16.2-4
3.
如图16.2-5,在探究“并联电路电压的关系”时,小明想把两个灯泡并联起来,
用电压表测量并联电路的总电压,请你用笔帮他画出连接的电路。
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�
�
�
�
�
图16.2-5
�
��
4.
请自行设计一个表格,对比电流表和电压表在使用方面有哪些相同之处和
不同之处。
62
物理
九年级
第3节
电阻
导线多是用铜做的,特别重要的电器设备的导
线还要用昂贵的银来做。铁也是导体,既多又便
宜,想想看,为什么很少用它来做导线呢?
演 示
比较小灯泡的亮度
如图16.3-1,把长短、粗细相同
��
�����
的铜丝和镍铬合金(或锰铜)丝分别
接入电路,闭合开关,观察电路中小
灯泡的亮度。
图16.3-1
电阻
如果在上述实验电路中接入电流表,可以看
到:当把铜丝接入电路时,电流表的示数较大,小
灯泡较明亮;当把镍铬合金丝接入电路时,电流表
的示数较小,小灯泡较暗。由此可知,在相同的
电压下,通过铜丝的电流比通过镍铬合金丝的电流
大。那么,为什么会有这种差别呢?
原来,导体虽然容易导电,但是对电流也有一
定的阻碍作用。在相同的电压下,通过铜丝的电流
较大,表明铜丝对电流的阻碍作用较小;通过镍铬
合金丝的电流较小,表明镍铬合金丝对电流的阻碍
作用较大。
在物理学中,用电阻(resistance)来表示导体对
第十六章 电
压 电
阻
63
电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大,表示导体
对电流的阻碍作用越大。导体的电阻通常用字母
R
表示,单位是欧姆(ohm),简称欧,符号是。
比较大的单位有千欧(k)、兆欧(M),它们的换
算关系是
3
1 k = 1 000 = 10
6
1 M =
1 000 000 =
10
手电筒的小灯泡,灯丝的电阻为几欧到十几
欧;日常用的电炉丝的电阻约为几欧。实验室用的
1
m长的铜导线,电阻约百分之几欧,通常可以略
去不计。如果用铁来制作同样规格的导线,电阻比
铜线的要高6倍左右,所以一般不用“铁导线”。
在电子技术中,我们经常要用到具有一定电阻
值的元件——电阻器,也叫做定值电阻,简称电阻
(图16.3-2),在电路图中用符号“
”表示。
图16.3-2
常用的电阻器
影响电阻大小的因素
绝缘体对电流的阻碍作用大,导体对电流的阻
碍作用小。天然橡胶棒的电阻,大约是相同粗细、
16
长短铁棒的
2×10
倍!看来材料不同,阻碍作用
不同。那么,在材料一定的情况下,电阻还与什么
因素有关呢?
实
验
探究影响导体电阻大小的因素
导体的电阻不仅与材料有关,还可能与导体
的粗细、长短等因素有关。下面我们来分别进行
研究。
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,
64
物理
九年级
分
别
将
它
们
接
入
电
路(
图
16.3-3)
中,观察电流表的示数。比较流过
长短不同的镍铬合金丝电流的大小。
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,观察电流表的示数。比较流过
粗细不同的镍铬合金丝电流的大小。
图16.3-3
3.
还可以检验其他的猜想
影响导体电阻大小
的因素还可
能有哪些?它们是怎样影响导体电
阻的?设计实验,继续进行探究。
实验中可以看到,长的镍铬合金丝中电流较小。
这表明导体的电阻跟它的长度有关。同种材料、横
截面积相同的导体,长度越长,电阻越大。通过实
验还可以发现,较细的镍铬合金丝中电流较小。这
表明导体的电阻还跟它的横截面积有关。同种材
料、长度相同的导体,横截面积越小,电阻越大。
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、长度和横截面积等因素有关。
小资料
在其他条件相同的情况下,电阻较小的材料
导电性能较强;反之,电阻较大的材料导电性能
较弱。图16.3-4展示的是不同材料在导电性能上的
排序,从上至下,材料的导电性能依次减弱。
图16.3-4
第十六章 电
压 电
阻
65
科 学 世 界
1.
半导体
导体导电性能好,绝缘体导电性能比较差。有一些
材料,例如锗、硅,导电性能介于导体和绝缘体之间,
常常称做半导体。温度、光照、杂质等外界因素对半导
体的导电性能有很大影响。
利用半导体材料可以制作二极管、三极管。如果把
很多二极管、三极管和电阻、电容等元件直接做在硅单
晶片上(俗称芯片),就成了集成电路。集成电路是20
世纪最重要的发明之一,现代的收音机、电视机、电话
机、计算机,以及打电话用的IC卡、算账用的计算器,
里面都有集成电路。
没有半导体就没有我们今天的现代化生活。
图16.3-5
数码相机中的图像
传感器是用半导体材料制成的
2.
超导现象
各种金属导体中,银的导电性能是最好的,但还是有电阻存在。20世纪初,科学
家发现,某些物质在很低的温度时,如铝在 271.76 C以下,铅在 265.95
C以下,
电阻就变成了0,这就是超导现象。目前已经开发出一些“高温”超导材料,它们在
100 K( 173 C)左右电阻就能降为0。
如果把超导现象应用于实际,会给人类带来很大的好处。在发电厂发电、输送
电能等方面若能采用超导材料,就可以大大降低由于电阻引起的电能损耗。如果用超
导材料来制造电子元件,由于没有电阻,不必考虑散热的问题,元件尺寸可以大大缩
小,进一步实现电子设备的微型化。
66
物理
九年级
1.
有两段导线A和B,在相同的电压下,通过导线A的电流较大,通过导线B的
电流较小,哪段导线的电阻大?
2. 24 000 =
k =
M。
3.
铁比铜便宜,为什么家庭电路中用铜导线而不用铁导线?
4.
A、B两根完全一样的导线,长度都是1 m。把A剪去一半,剩下的一半跟B相
比,哪个电阻大?把A剩下的一半再拉长到 1 m跟B相比,哪个电阻大?
5.
在“探究影响导体电阻大小的因素”实验中,分别对导体电阻跟它的长度、横
截面积、材料有关的猜想进行了实验检验。某实验小组准备实验时对每一个猜想都用
三个实验数据进行对比,下表中给出了可供选择的几种导体,分别用A~G七个字母代
表。请你按该组的要求选用。
(1)为检验“导体电阻跟长度有关”的猜想,应选用哪三种导体?
(2)为检验“导体电阻跟横截面积有关”的猜想,应选用哪三种导体?
(3)为检验“导体电阻跟材料有关”的猜想,应选用哪三种导体?
说出你做出选择的理由。
导体代号
长度m
横截面积mm
材料
2
A
1.0
0.2
锰铜
B
1.0
0.4
锰铜
C
1.0
0.6
锰铜
D
0.5
0.4
锰铜
E
1.5
0.4
锰铜
F
1.0
0.6
镍铬合金
G
1.0
0.6
铁
第十六章 电
压 电
阻
67
第4节
变阻器
让灯泡的亮度发生变化可以有多种方法。例
如,改变电池组中串联电池的节数会影响小灯泡的
亮度。你有什么办法在不改变电源两端电压的情况
下,逐渐改变小灯泡的亮度?
想想做做
选取一根自动铅笔芯,照图
16.4-1连接电路。使铅笔芯一端的
夹子固定,移动另一端的夹子,观
察小灯泡的亮度。
小灯泡的亮度怎样变化?为什
图16.4-1
用铅笔芯控制小灯泡的亮度
么会这样变化?
在上面的实验中,随着夹子在铅笔芯上移动,
小灯泡的亮度会发生连续变化,接入电路中的铅笔
芯越短,电阻越小,小灯泡越亮。
变阻器
能改变接入电路中电阻大小的元件
C
P
D
叫做变阻器。例如,图16.4-2是学生实
验中常用的滑动变阻器。电阻丝外面涂
着绝缘层,密绕在绝缘管上。图中电阻
A
B
丝上水平方向的一条白线表示这里的绝
图16.4-2
68
物理
九年级
缘层已经刮掉,电阻丝可以与滑片P相连,而它的
两端连在A、B两个接线柱上。滑片P通过金属杆
和接线柱C、D相连,滑片移动到不同位置时,A、
C(或者B、C)
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。
变阻器在电路图中用符号“
”表示。
实 验
练习使用滑动变阻器
1.
观察滑动变阻器的结构
为什么与滑片接触处的电阻丝的绝缘层被刮
去?哪两个接线柱之间的电阻是不变的?哪两个接
线柱之间的电阻很小?移动滑片时,哪两个接线柱
之间的电阻随着改变?向哪个方向移动
时电阻变大?
2.
连接滑动变阻器
要使滑动变阻器和用
电器中的电流相同,滑动
变阻器应该与用电器串
联。按图16.4-3连接电路,
闭合开关,观察电路是否
接通。
3.
用滑动变阻器改变小灯
图16.4-3
泡的亮度
若要使小灯泡由暗变亮,图16.4-3滑动变阻器
的滑片应向哪个方向移动?
尝试移动滑片,观察电流表的示数或小灯泡的
亮度变化。
想一想,接通电路前应将滑片放到什么位置上?
在实验报告中写出选用的仪器、设计的电路、
实验操作步骤及你对上面几个问题的回答。实验过
程中你又发现了哪些新问题?和同伴们交流。
第十六章 电
压
电
阻
69
4.
用滑动变阻器控制电阻两端的电压
按图
16.4-4连接电路,其
中R是
定值电阻,
S
R
′是滑动变阻器。
(1)闭合开关
S,调节滑动变阻器的滑片,使
R
两端的电压成整数倍地变化,如
2 V、4 V、6 V
等。
(2)换用不同的定值电阻,使电阻成整数倍地
变化,如5 Ω、10 Ω、15
Ω
等。闭合开关,调节
变阻器的滑片,保持每次接入的定值电阻两端的电
压不变。
变阻器的应用
变阻器通常标有最大电阻和允许通过的最大电
流,使用时要根据需要进行选择,不能使通过的电
流超过最大值,否则会烧坏变阻器。通常在使用前
应将电阻调节到最大。
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。
滑动变阻器一般只在实验室中应用。有些家用
电器音量调节的器件也是一种变阻器,通常称为电
位器。图16.4-5
是一种电位器的结构图。它通过机
械式旋钮调节阻值的大小。电位器也可以用在其他
电器上,例如,可调亮度的电灯,可调温度的电热
毯、电饭锅,等等。
除机械式电位器外,数字电位器被人们越来越
广泛地使用。数字电位器是一种用数字信号控制阻
值的器件(
集成电路
)。与机械式电位器相比,数
字电位器具有可程序控制改变阻值、耐震动、噪声
小、寿命长、抗环境污染等重要优点,因而,已在
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(图
16.4-6)。
70
物理
九年级
A
R
R
V
图16.4-4
滑片
电阻丝
图16.4-5
图16.4-6
利用电位器调
节耳机音量
1.
请用笔画线表示接线,连接图
16.4-7的电路,使滑动变阻器能够控制灯
泡的亮度。在你连的电路中,要使灯泡
越来越亮,变阻器的滑片应该向哪个方
向移动?
2.
图16.4-8是一位同学按照上题要
图16.4-7
求所连的电路。这个电路能不能满足题
目的要求?为什么?按这个图进行操作
时,实验现象是怎样的?
3. 图16.4-9是滑动变阻器的结构和
连入电路的示意图。当滑片P向右滑动
时,连入电路的电阻变小的是哪个?
P
A
P
B
图16.4-9
图16.4-8
P
C
P
D
4.
图16.4-10是一种测定油箱内油量的装
置。其中R是滑动变阻器的电阻片,滑动变阻
器的滑片跟滑杆连接,滑杆可以绕固定轴O转
动,另一端固定着一个浮子。油箱中的油量
R
0
O
R
A
减少时,油面下降,浮子随液面落下,带动
滑杆使滑动变阻器滑片向上移动,从而改变
了电路中电流表的示数。因此,电流表上一
定的示数便对应着油面的一定高度,把电流
表刻度盘改为相应的油量体积数,就可以直
图16.4-10
接读出油箱中的油量。请问:在这个装置中,
电流表示数越大,表示油箱中的油量越多还
是越少?请说明理由。
第十六章 电
压 电
阻
71
学到了什么
1.
电压
电压表的使用
电源给用电器两端提供电压。电压通常用字母U代表,单位是伏特,符号是V 。
电压表与被测用电器并联,正、负接线柱的接法要正确(正接线柱靠近电源的正极,
负接线柱靠近电源的负极),被测电压不能超过电压表的最大测量值。
2.
串、并联电路中电压的规律
串联电路中电源两端电压等于各用电器两端电压之和,用符号表示时可以写为
U =
U
1
+ U
2
并联电路中电源两端电压与各支路用电器两端的电压相等,用符号表示时可以写为
U
=
U
1
=U
2
3.
电阻
变阻器
电阻表示导体对电流阻碍作用的大小,通常用字母R代表,单位是欧姆,符号是 。
导体的电阻是导体本身的一种性质,它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积。
变阻器是能改变接入电路中电阻大小的一种元件。
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物理
九年级