初中物理 16 电压、电阻：变压器

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一、电压——电流的“动力源”

电压是推动电荷定向移动形成电流的“动力”，如同水路中的“水压”推动水流，是电路工作的必要条件。

（1）电压的定义与物理意义

定义：电压是使电路中自由电荷发生定向移动形成电流的原因，用符号“U”表示。

物理意义：电压反映了电路中“电能转化的能力”——导体两端有电压，说明电源（或用电器）能将其他形式的能转化为电能（如干电池将化学能转化为电能，提供电压；电灯两端有电压，电能转化为光能和内能）。

常见电压值（需记忆，用于估算和计算）：

一节干电池电压：1.5V；

一节铅蓄电池电压：2V；

家庭电路电压：220V（动力电路为380V，初中阶段重点记220V）；

人体安全电压：不高于36V（超过36V的电压可能对人体造成触电伤害）；

手机电池电压：约3.7V~4.2V。

（2）电压的测量工具——电压表

符号：电路中用“○V”表示，有两个量程（初中常用）：

1. 小量程：0~3V，分度值（每一小格代表的电压）为0.1V；

2. 大量程：0~15V，分度值为0.5V。

使用规则（核心，常考易错点）：

1. 并联接入电路：电压表必须与被测用电器（或被测电路部分）并联（若串联，电路相当于断路，电压表测电源电压，用电器不工作）；

2. 电流“正进负出”：电流从电压表的正接线柱流入，从负接线柱流出（若接反，指针会反向偏转，可能损坏指针）；

3. 选择合适量程：根据被测电压大小选择量程（若电压未知，先用0~15V大量程“试触”，观察指针偏转是否在量程内；若指针偏转很小，换用小量程，测量更精确）；

4. 可直接接电源两极：电压表内阻极大，直接接电源正负极时，电路中电流极小，不会损坏电表，此时测量的是“电源电压”（这是与电流表的关键区别——电流表绝对不能直接接电源两极）。

（3）串联、并联电路的电压规律

串联电路电压规律：串联电路的总电压等于各用电器两端电压之和，即

U总 = U₁ + U₂ + … + Uₙ

例：两个电灯L₁和L₂串联，L₁两端电压U₁=2V，L₂两端电压U₂=3V，则电源电压（总电压）U总=2V+3V=5V。

注意：串联电路中，各用电器电压之比等于电阻之比（U₁:U₂=R₁:R₂，由欧姆定律推导，初中阶段可结合电阻知识理解）。

并联电路电压规律：并联电路中，各支路两端电压相等，且等于电源电压，即

U总 = U₁ = U₂ = … = Uₙ

例：两个电灯L₁和L₂并联在3V电源两端，则L₁两端电压U₁=3V，L₂两端电压U₂=3V，与电源电压相等。

注意：这是家庭电路中用电器均采用并联的核心原因——保证每个用电器两端电压都等于220V，正常工作。

二、电阻——电流的“阻碍者”

电阻是导体本身的一种性质，反映导体对电流的阻碍作用，如同水路中的“水管阻力”阻碍水流。

（1）电阻的定义与单位

定义：导体对电流的阻碍作用，用符号“R”表示。导体电阻越大，对电流的阻碍作用越强，相同电压下通过的电流越小。

单位：国际主单位是“欧姆”，简称“欧”，符号为“Ω”；常用单位有千欧（kΩ，1kΩ=10³Ω）、兆欧（MΩ，1MΩ=10⁶Ω）。

例：实验室常用定值电阻阻值为10Ω、20Ω、50Ω；人体电阻约10⁴Ω~10⁵Ω（干燥时大，潮湿时小，因此潮湿环境易触电）。

（2）影响电阻大小的因素（控制变量法探究）

导体的电阻是“固有属性”，与电压、电流无关，只与导体本身的以下因素有关（初中阶段重点掌握4个因素）：

1. 材料：不同材料的导体，电阻不同（其他条件相同时，如铜丝电阻小于铁丝，因此导线常用铜制作）；

2. 长度：导体长度越长，电阻越大（其他条件相同时，如相同粗细的铜丝，1m长的电阻小于2m长的，类似“水管越长，水流阻力越大”）；

3. 横截面积：导体横截面积越大（越粗），电阻越小（其他条件相同时，如相同长度的铜丝，粗铜丝电阻小于细铜丝，类似“水管越粗，水流阻力越小”）；

4. 温度：多数导体（如金属）温度越高，电阻越大（如电灯灯丝，常温下电阻小，通电后温度升高，电阻变大；少数导体如半导体，温度越高电阻越小，用于制作热敏电阻）。

结论：电阻大小由导体的材料、长度、横截面积和温度决定，与导体两端是否有电压、是否有电流通过无关（即使导体未接入电路，电阻依然存在）。

（3）常见电阻元件

定值电阻：电阻值固定不变的元件，电路符号为“▭”，常用于调节电路中的电流和电压（如实验中的“5Ω定值电阻”）；

滑动变阻器：能通过改变接入电路的电阻丝长度，来改变自身电阻的元件（核心作用：① 保护电路；② 改变电路中的电流和用电器两端的电压）。

结构：金属杆、滑片、电阻丝、接线柱（电阻丝是导电部分，滑片移动时，接入电路的电阻丝长度变化）；

电路符号：“ ”（左侧为电阻丝，右侧为金属杆）；

接线规则：“一上一下”接入电路（若接“两下”，接入全部电阻丝，电阻最大且不变；若接“两上”，接入金属杆，电阻为0，相当于导线，失去调节作用）。

三、变压器（初中基础版）——改变交流电压的装置

变压器是电力系统和电子设备中常用的元件，核心功能是“改变交流电压”，初中阶段只需掌握基本原理和应用，不涉及复杂公式。

（1）变压器的基本原理

工作基础：电磁感应现象（初中阶段简单理解为“变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场再产生电流”）；

结构：由铁芯（通常是硅钢片叠成，增强磁场）和绕在铁芯上的两个线圈组成：

1. 原线圈：与电源连接的线圈，接入“输入电压”（如家庭电路220V）；

2. 副线圈：与用电器连接的线圈，输出“输出电压”（如手机充电器输出5V）。

核心规律（初中定性理解）：

变压器的输出电压与线圈匝数成正比——原线圈匝数（N₁）与副线圈匝数（N₂）的比值，等于输入电压（U₁）与输出电压（U₂）的比值，即

U₁/U₂ = N₁/N₂

若N₂ > N₁（副线圈匝数多），则U₂ > U₁，称为“升压变压器”（如高压输电线路中，将220V升压到110kV，减少输电损耗）；

若N₂ < N₁（副线圈匝数少），则U₂ < U₁，称为“降压变压器”（如手机充电器、台灯变压器，将220V降压到5V、12V等安全电压）。

（2）变压器的使用特点

只对交流电（AC）有效：直流电（DC）产生的磁场是恒定的，无法通过电磁感应改变副线圈电压，因此变压器不能改变直流电压（如干电池是直流，无法用变压器改变其1.5V电压）；

常见应用：手机充电器、笔记本电源适配器、家庭电路中的配电箱（降压）、高压输电线路（升压和降压）。

例题1：电压的单位换算与常见值记忆 题目：下列电压值中，符合实际的是（  ）

A. 一节干电池电压为2V  B. 家庭电路电压为110V  C. 人体安全电压为不高于36V  D. 手机电池电压为220V

解析：一节干电池电压为1.5V（A错误）；家庭电路电压为220V（B错误）；人体安全电压不高于36V（C正确）；手机电池电压约3.7V~4.2V（D错误）。

答案：C

例题2：电压表的使用规则（并联与正进负出） 题目：如图所示，要测量电灯L₁两端的电压，电压表应如何连接？（  ）

A. 并联在L₁和L₂两端  B. 并联在L₁两端，正接线柱接电源正极一侧  C. 串联在L₁支路中  D. 并联在电源两端

解析：测量L₁两端电压，电压表需与L₁并联（A、C、D错误）；且电流需从正接线柱流入（接电源正极一侧，靠近L₁的左端），负接线柱流出（靠近L₁的右端）（B正确）。

答案：B

例题3：串联电路的电压规律计算 题目：将L₁和L₂串联在电源两端，已知电源电压为6V，L₂两端电压为2.5V，求L₁两端的电压。

解析：串联电路总电压等于各用电器电压之和，即U总=U₁+U₂；因此U₁=U总-U₂=6V-2.5V=3.5V。

答案：3.5V

例题4：并联电路的电压规律判断 题目：两个电阻R₁和R₂并联在12V的电源两端，下列说法正确的是（  ）

A. R₁两端电压为6V，R₂两端电压为6V  B. R₁两端电压为12V，R₂两端电压为12V  C. R₁两端电压大于12V，R₂两端电压小于12V  D. 无法确定两端电压

解析：并联电路各支路电压等于电源电压，因此R₁和R₂两端电压均等于12V（B正确，A、C、D错误）。

答案：B

例题5：影响电阻大小的因素（材料与长度） 题目：其他条件相同（横截面积、温度相同）时，下列导体电阻最大的是（  ）

A. 1m长的铜丝  B. 2m长的铜丝  C. 1m长的铁丝  D. 2m长的铁丝

解析：电阻与长度成正比，与材料有关（铁丝电阻大于铜丝）；因此2m长的铁丝长度最长、材料电阻大，电阻最大（D正确，A、B、C错误）。

答案：D

例题6：滑动变阻器的接线与电阻变化 题目：滑动变阻器接入电路时，选择“左下”和“右上”接线柱，当滑片向右移动时，接入电路的电阻会如何变化？（  ）

A. 变大  B. 变小  C. 不变  D. 无法判断

解析：接“左下”和“右上”，接入电路的电阻丝是“左下到滑片”的部分；滑片向右移动时，这部分电阻丝长度变长，电阻变大（A正确，B、C、D错误）。

答案：A

例题7：变压器的基本原理（交流与直流） 题目：下列电源中，能通过变压器改变电压的是（  ）

A. 干电池（1.5V直流）  B. 手机电池（3.7V直流）  C. 家庭电路（220V交流）  D. 蓄电池（2V直流）

解析：变压器只对交流电有效，直流电无法通过变压器改变电压；家庭电路是交流（C正确，A、B、D错误）。

答案：C

例题8：电阻的固有属性（与电压、电流无关） 题目：一个定值电阻两端加5V电压时，通过的电流为0.5A；若两端加10V电压，该电阻的阻值为（  ）

A. 5Ω  B. 10Ω  C. 20Ω  D. 无法确定

解析：电阻是固有属性，与电压无关；先算电阻R=U₁/I₁=5V/0.5A=10Ω；加10V电压时，电阻仍为10Ω（B正确，A、C、D错误）。

答案：B

例题9：电压表的量程选择与读数 题目：用电压表测量某用电器两端电压，选用0~3V量程，指针指在第15小格处，该用电器两端电压为（  ）

A. 1.5V  B. 7.5V  C. 0.15V  D. 15V

解析：0~3V量程分度值为0.1V，第15小格的电压为15×0.1V=1.5V（A正确，B、C、D错误）。

答案：A

例题10：串联电路电压规律的实验探究 题目：在探究串联电路电压规律的实验中，测得L₁两端电压U₁=1.8V，L₂两端电压U₂=2.2V，电源电压应为（  ）

A. 0.4V  B. 1.8V  C. 2.2V  D. 4V

解析：串联总电压U总=U₁+U₂=1.8V+2.2V=4V（D正确，A、B、C错误）。

答案：D

例题11：滑动变阻器的保护电路作用 题目：闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移到（  ）

A. 阻值最小处  B. 阻值最大处  C. 中间位置  D. 任意位置

解析：滑片移到最大阻值处时，电路总电阻最大，电流最小，能保护电表和电源（B正确，A、C、D错误）。

答案：B

例题12：变压器的升压与降压判断 题目：某变压器原线圈匝数N₁=1000匝，副线圈匝数N₂=50匝，输入电压U₁=220V，输出电压U₂为（  ）

A. 11V  B. 440V  C. 220V  D. 0V

解析：根据U₁/U₂=N₁/N₂，得U₂=U₁×N₂/N₁=220V×50/1000=11V（副线圈匝数少，是降压变压器，A正确，B、C、D错误）。

答案：A

例题13：影响电阻大小的因素（横截面积） 题目：将一根粗细均匀的铜丝对折后，其电阻会（  ）

A. 变大  B. 变小  C. 不变  D. 无法判断

解析：对折后，铜丝长度变为原来的1/2（电阻变小），横截面积变为原来的2倍（电阻变小），总电阻变小（B正确，A、C、D错误）。

答案：B

例题14：电压表的故障分析（无示数） 题目：串联电路中，电压表并联在L₁两端，闭合开关后电压表无示数，可能的故障是（  ）

A. L₁断路  B. L₁短路  C. L₂断路  D. 电源损坏

解析：L₁短路时，其两端电压为0，电压表无示数（B正确）；L₁断路时，电压表测电源电压（有示数，A错误）；L₂断路或电源损坏时，电路无电流，电压表也无示数，但结合选项，B是最直接的故障（C、D不符合“最可能”）。

答案：B

例题15：并联电路电压与电阻的关系 题目：两个电阻R₁=5Ω和R₂=10Ω并联在6V电源两端，通过R₁和R₂的电流之比为（  ）

A. 1:2  B. 2:1  C. 1:1  D. 无法确定

解析：并联电路电压相等（U₁=U₂=6V），电流I=U/R，因此I₁:I₂=R₂:R₁=10Ω:5Ω=2:1（B正确，A、C、D错误）。

答案：B

例题16：变压器的应用（手机充电器） 题目：手机充电器的作用是将家庭电路的220V交流电压，降压到5V给手机充电，该充电器中的变压器属于（  ）

A. 升压变压器  B. 降压变压器  C. 既升压又降压  D. 无法判断

解析：输入电压220V > 输出电压5V，是降压变压器（B正确，A、C、D错误）。

答案：B

例题17：电阻与温度的关系（灯丝电阻） 题目：电灯的灯丝电阻在通电后会变大，原因是（  ）

A. 灯丝长度变长  B. 灯丝横截面积变小  C. 灯丝温度升高  D. 灯丝材料改变

解析：金属导体温度升高，电阻变大；灯丝通电后温度升高，电阻变大（C正确，A、B、D错误）。

答案：C

例题18：串联电路电压的分配（电阻之比） 题目：R₁=2Ω和R₂=3Ω串联在电源两端，总电压为10V，R₁两端电压为（  ）

A. 4V  B. 6V  C. 2V  D. 3V

解析：串联电路电压之比等于电阻之比（U₁:U₂=R₁:R₂=2:3）；总电压U总=10V，因此U₁=10V×(2/(2+3))=4V（A正确，B、C、D错误）。

答案：A

例题19：滑动变阻器改变灯泡亮度的原理 题目：在“用滑动变阻器改变灯泡亮度”的实验中，灯泡变亮的原因是（  ）

A. 滑动变阻器接入电阻变大，电路电流变大  B. 滑动变阻器接入电阻变小，电路电流变大  C. 滑动变阻器接入电阻变大，灯泡两端电压变大  D. 滑动变阻器接入电阻变小，灯泡两端电压变小

解析：灯泡亮度由实际功率决定，电流越大功率越大；滑动变阻器接入电阻变小，总电阻变小，电路电流变大，灯泡变亮（B正确，A、C、D错误）。

答案：B

例题20：电压、电阻的综合应用（安全用电） 题目：某用电器额定电压为12V，电阻为6Ω，若接在家庭电路（220V）中，会发生什么现象？为什么？

解析：家庭电路电压220V远大于用电器额定电压12V；根据I=U/R，接220V时电流I=220V/6Ω≈36.7A，远大于用电器正常工作的电流（正常电流I额=12V/6Ω=2A）；过大的电流会使用电器发热过多，烧毁用电器，甚至引发火灾。

答案：用电器会被烧毁。因为家庭电路220V远大于用电器额定电压12V，导致通过用电器的电流过大，产生过多热量，烧毁用电器。

物理基础