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3.3 敏感电阻引起的动态变化(L2)

欧姆定律及其应用 · 初三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 电路中接入电阻随外界条件(如温度、光照)变化的元件,导致电流或电压发生动态改变的现象。

从哪来 基于 3.3 电阻与温度的关系(L2) 理解电阻变化机制,结合 5.1 电流与电压、电阻的关系(L2) 进行定量分析,并运用 6.1 串联电路综合规律(L2-L3) 和 6.2 并联电路综合规律(L2-L3) 判断电路整体响应。

为什么 欧姆定律 $I=U/R$ 表明,在电源电压 $U$ 不变的前提下,电流 $I$ 与总电阻 $R$ 成反比。敏感电阻(如热敏电阻)的阻值 $R_{sens}$ 随外界刺激(如温度升高)发生显著变化,从而改变电路总电阻。根据串并联电路规律,总电阻的变化必然引起电路中电流分布或各部分电压分配的改变,进而导致电表读数或用电器工作状态发生动态变化。

动态追踪法
适合逻辑推理能力强、擅长数学推导的学生。 步骤:1. 确定敏感电阻变化方向(如温度升,$R_{NTC}$ 降);2. 分析总电阻变化(串联中总阻减小);3. 判断干路电流变化($I=U/R_{total}$,总阻减小则电流增大);4. 分析定值电阻电压($U_1=IR_1$,电流增则电压增);5. 利用串联分压规律判断敏感电阻电压($U_2=U-U_1$,总电压不变,$U_1$ 增则 $U_2$ 减)。强调“牵一发而动全身”的因果链条。
生活类比法
适合形象思维强、对抽象公式感到困难的学生。 类比:将电路比作水管系统。电源是水泵(水压不变),导线是水管,电阻是阀门。敏感电阻是一个“智能阀门”,当它感受到温度升高时,会自动开大(电阻变小)。阀门开大,水流(电流)就会变大。水流变大后,流经普通阀门(定值电阻)的水压降(电压)也会变大,留给智能阀门本身的水压降(电压)就会变小。通过水流大小和水压分配来理解电流和电压的变化。
极端假设法
适合容易混淆正负变化关系、需要直观验证的学生。 方法:假设敏感电阻变化到极端情况。例如,假设热敏电阻温度极高,阻值趋近于0(短路)。此时电路总电阻最小,电流最大,定值电阻分得全部电压,敏感电阻分压为0。再假设温度极低,阻值趋近于无穷大(断路)。此时电流为0,定值电阻分压为0,敏感电阻分压等于电源电压。通过对比这两个极端状态下的电表读数,反推中间过程的变化趋势,避免死记硬背“增反减同”。
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练一道
基础题
如图,电源电压恒为6V,定值电阻 $R_1=10\Omega$,$R_2$ 为负温度系数(NTC)热敏电阻(温度升高阻值减小)。闭合开关,当环境温度升高时,电流表示数如何变化?$R_1$ 两端电压如何变化?
变式
在上题电路中,若将电压表并联在 $R_2$ 两端,当环境温度升高时,电压表示数如何变化?
试试手自己判
检测题
如图所示,电源电压保持不变,$R_0$ 为定值电阻,$R$ 为光敏电阻(光照增强时阻值减小)。闭合开关,当光照增强时,下列说法正确的是( ) A. 电流表示数变小 B. 电压表示数变大 C. 电路总功率变小 D. $R_0$ 消耗的电功率变大
看答案和判分标准
答案:D
判对标准:
1. 学生能正确判断光照增强导致 $R$ 减小。
2. 能推导出总电阻减小,电流 $I$ 增大(排除A)。
3. 能推导出 $R_0$ 两端电压 $U_0 = IR_0$ 增大(排除B,若电压表测 $R_0$ 则B对,若测 $R$ 则B错,需看具体图示,此处假设电压表测 $R_0$ 或题目隐含 $R_0$ 电压变化,通常此类题电压表测 $R_0$ 或 $R$。若电压表测 $R$,则 $U_R$ 减小;若测 $R_0$,则 $U_0$ 增大。题目选项B说“电压表示数变大”,若电压表测 $R$,则B错;若测 $R_0$,则B对。但D选项 $P_0 = I^2 R_0$,因 $I$ 增大,$P_0$ 必然增大,这是绝对正确的。C选项 $P_{total} = UI$,因 $I$ 增大,$P_{total}$ 增大,C错。因此无论电压表测谁,D都是对的。若电压表测 $R$,则A错,B错,C错,D对。若电压表测 $R_0$,则A错,B对,C错,D对。通常单选题只有一个正确答案,故推测电压表测的是光敏电阻 $R$,此时B错。或者题目设计为多选?不,通常是单选。让我们重新审视:如果电压表测 $R$,则 $U_R$ 减小,B错。如果电压表测 $R_0$,则 $U_0$ 增大,B对。此时B和D都对?这说明题目可能有歧义或我假设的电压表位置不对。
*修正检测题设计以避免歧义*:
修正题目:
如图所示,电源电压保持不变,$R_0$ 为定值电阻,$R$ 为光敏电阻(光照增强时阻值减小)。闭合开关,当光照增强时,下列说法一定正确的是( )
A. 电流表示数变小
B. 光敏电阻 $R$ 两端的电压变大
C. 电路总功率变小
D. 定值电阻 $R_0$ 消耗的电功率变大

修正答案:D
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