高中物理第3章恒定電流學(xué)案(打包7套)魯科版.zip
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第4節(jié) 串聯(lián)電路和并聯(lián)電路
學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)
知 識(shí) 脈 絡(luò)
1.理解串、并聯(lián)電路的電流、電壓、電阻特點(diǎn)和性質(zhì),會(huì)用其解決實(shí)際問題.(重點(diǎn))
2.能用分流和分壓原理將小量程電流表改裝成大量程電流表和電壓表,并會(huì)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算.(重點(diǎn),難點(diǎn))
3.會(huì)畫混聯(lián)電路的等效電路圖.(重點(diǎn))
串 聯(lián) 電 路 的 分 壓 作 用 和 電 壓 表
特點(diǎn)
(1)在串聯(lián)電路中,各處的電流相等,表達(dá)式為I=I1=I2=…=In
(2)串聯(lián)電路的總電壓等于各部分電壓之和,表達(dá)式為U=U1+U2+…+Un
性質(zhì)
(1)串聯(lián)電路的等效總電阻為各電阻阻值之和
(2)電壓分配:各電阻兩端的電壓跟它們的阻值成正比
(3)功率分配:各電阻消耗的功率跟它們的阻值成正比
作用
由串聯(lián)電路的性質(zhì)(2)可知,串聯(lián)電路中的每一個(gè)電阻都要分擔(dān)一部分電壓,電阻越大,它分擔(dān)的電壓就越多,串聯(lián)電阻的這種作用稱為串聯(lián)電路的分壓作用
應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)室中常用的電壓表就是利用串聯(lián)電路的分壓作用,由小量程的電流計(jì)改裝而成的
1.串聯(lián)電路中,當(dāng)其中一個(gè)電阻增大,總電阻就增大.(√)
2.電流表改裝成電壓表時(shí)是串聯(lián)一個(gè)電阻.(√)
3.串聯(lián)電路中,在電路兩端電壓一定的情況下,電阻越大,其分得的電壓就越大.(√)
串聯(lián)電路的總功率和串聯(lián)電路中各電阻的功率有何關(guān)系?
【提示】 串聯(lián)電路的總功率等于串聯(lián)電路中各電阻的功率之和.
實(shí)驗(yàn)室有一表頭G,滿偏電流3 mA,內(nèi)阻100 Ω.
探討1:表頭G的滿偏電壓是多少?
【提示】 Ug=IgRg=0.3 V.
探討2:用它作為電壓表測(cè)3 V的電壓,能直接測(cè)量嗎?怎么辦?
【提示】 不能,讓表頭G與一個(gè)電阻串聯(lián).
1.對(duì)小量程電流表G(表頭)的認(rèn)識(shí)
(1)主要結(jié)構(gòu):永久磁鐵和可轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈.
(2)工作原理:通電后,線圈在磁場(chǎng)力的作用下帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn),指針的偏角與通過指針的電流成正比.
(3)表頭的三個(gè)主要參數(shù)
①內(nèi)阻Rg:小量程電流表G的電阻.
②滿偏電流Ig:電流表G指針偏轉(zhuǎn)到最大刻度時(shí)的電流.
③滿偏電壓Ug:電流表G通過滿偏電流時(shí),加在它兩端的電壓.
由歐姆定律可知:Ug=IgRg.
圖3-4-1
2.將小量程電流計(jì)改裝成大量程的電壓表
(1)電流表改裝成電壓表的原理:將電流表的示數(shù)根據(jù)歐姆定律Ug=IgRg換算成電壓值,可直接用于測(cè)電壓,只是量程Ug很小.如果給小量程電流表串聯(lián)一個(gè)分壓電阻,就可以用來測(cè)量較大的電壓,如圖3-4-2所示.
圖3-4-2
(2)改裝流程圖:如圖所示.
(3)分壓電阻的計(jì)算:
由串聯(lián)電路的特點(diǎn):U=IgRg+I(xiàn)gR,解得:R=-Rg=Rg=Rg,因?yàn)殡妷罕頂U(kuò)大量程的倍數(shù)n=,所以R=(n-1)Rg.
1.如圖3-4-3所示,a、b、c為同一種材料做成的電阻,b與a的長(zhǎng)度相等,橫截面積b是a的兩倍;c與a的橫截面積相等,長(zhǎng)度是a的兩倍.當(dāng)開關(guān)閉合后,三個(gè)理想電壓表的示數(shù)關(guān)系是( )
【導(dǎo)學(xué)號(hào):34022024】
圖3-4-3
A.V2的示數(shù)是V1的2倍
B.V3的示數(shù)是V1的2倍
C.V3的示數(shù)是V2的2倍
D.V2的示數(shù)是V3的2倍
【解析】 由電阻定律R=ρ知Ra=2Rb,Rc=2Ra=4Rb,由串聯(lián)電路的電壓分配關(guān)系知==,故U2=U1,U3=2U1,U3=4U2,B正確,A、C、D錯(cuò)誤.
【答案】 B
2.如圖3-4-4所示為一雙量程電壓表的示意圖,已知電流表G的量程為0~100 μA,內(nèi)阻為600 Ω,則圖中串聯(lián)的分壓電阻R1=________Ω,R2=________Ω.
圖3-4-4
【解析】 用5 V量程時(shí),Ig=;用15 V量程時(shí),Ig=,由以上兩式解得:R1=4.94×104 Ω,R2=105 Ω.
【答案】 4.94×104 105
理解電表改裝的兩點(diǎn)注意
1.無論表頭G改裝成電壓表還是電流表,它的三個(gè)特征量Ug、Ig、Rg是不變的,即通過表頭的最大電流Ig并不改變.
2.電表改裝的問題實(shí)際上是串、并聯(lián)電路中電流、電壓的計(jì)算問題,只要把表頭G看成一個(gè)電阻Rg即可,切記通過表頭的滿偏電流Ig是不變的.
并 聯(lián) 電 路 的 分 流 作 用 和 電 流 表 混 聯(lián) 電 路
1.并聯(lián)電路的特點(diǎn)及應(yīng)用
特點(diǎn)
(1)并聯(lián)電路中各支路的電壓相等.表達(dá)式為U=U1=U2=…=Un
(2)并聯(lián)電路的總電流等于各支路電流之和,表達(dá)式為I=I1+I(xiàn)2+…+I(xiàn)n
性質(zhì)
(1)并聯(lián)電路的等效總電阻R與各支路的電阻R1,R2……Rn的關(guān)系:=++…+
(2)電流分配:通過各支路電阻的電流跟它們的阻值成反比
(3)功率分配:各個(gè)電阻消耗的功率跟它們的阻值成反比
作用
由并聯(lián)電路的性質(zhì)(2)可知,并聯(lián)電路中的每一個(gè)電阻都要分擔(dān)總電流的一部分,電阻越小,它分擔(dān)的電流就越大.并聯(lián)電阻的這種作用就稱為并聯(lián)電路的分流作用
應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)室中常用的電流表就是利用并聯(lián)電路的分流作用,由電流計(jì)改裝而成的
2.混聯(lián)電路
(1)形式:串聯(lián)之中有并聯(lián),并聯(lián)之中有串聯(lián)的電路.
(2)方法:不管混聯(lián)電路多復(fù)雜,大都可以簡(jiǎn)化為串聯(lián)電路和并聯(lián)電路.
1.并聯(lián)電路中,當(dāng)其中一個(gè)支路電阻增大時(shí),電路總電阻減?。?×)
2.混聯(lián)電路中,任一個(gè)電阻增大,總電阻就增大.(√)
3.并聯(lián)電路中,并聯(lián)電阻的個(gè)數(shù)越多總電阻越?。?√)
并聯(lián)電路的總功率和各支路功率有何關(guān)系?
【提示】 并聯(lián)電路的總功率等于各支路功率之和.
實(shí)驗(yàn)室有一表頭G,滿偏電流3 mA,內(nèi)阻100 Ω.
圖3-4-5
探討1:用它能直接測(cè)量3 A的電流嗎?
【提示】 不能.
探討2:要改裝成一個(gè)大量程的電流表是串聯(lián)一個(gè)電阻,還是并聯(lián)一個(gè)電阻?
【提示】 并聯(lián).
1.關(guān)于電阻的幾個(gè)常用推論
(1)串聯(lián)電路的總電阻大于其中任一部分電路的電阻.
(2)并聯(lián)電路的總電阻小于其中任一支路的電阻.
(3)n個(gè)相同電阻R并聯(lián)時(shí)其總電阻為R總=.
(4)n個(gè)相同電阻R串聯(lián)時(shí)其總電阻為R總=nR.
(5)多個(gè)電阻無論串聯(lián)還是并聯(lián),其中任一電阻增大或減小,總電阻也隨之增大或減小,以兩電阻R1、R2為例加以說明.串聯(lián)時(shí)R=R1+R2,并聯(lián)時(shí)R==.可見,當(dāng)R1或R2增大或減小時(shí),R都隨之增大或減?。?
(6)當(dāng)一個(gè)大電阻和一個(gè)小電阻并聯(lián)時(shí),總電阻接近小電阻.
(7)當(dāng)一個(gè)大電阻和一個(gè)小電阻串聯(lián)時(shí),總電阻接近大電阻.
2.小量程電流表改成大量程電流表
(1)改裝原理:給小量程的電流計(jì)并聯(lián)一個(gè)分流電阻,就可以用來測(cè)量一個(gè)較大的電流,也就擴(kuò)大了電流計(jì)的量程.
(2)改裝流程圖:如圖3-4-6所示.
圖3-4-6
(3)分流電阻的計(jì)算:由并聯(lián)電路的特點(diǎn):IgRg=(I-Ig)R,解得R==Rg/,因?yàn)殡娏饔?jì)的量程擴(kuò)大后的倍數(shù)為n=,所以分流電阻的阻值為R=.
3.由4個(gè)電阻連接成的混聯(lián)電路如圖3-4-7所示.
圖3-4-7
(1)求a、d之間的總電阻.
(2)如果把42 V的電壓加在a、d兩端,通過每個(gè)電阻的電流是多少?
【解析】 (1)由題圖可知Rcd== Ω=2 Ω
故Rad=R1+R2+Rcd=8 Ω+4 Ω+2 Ω=14 Ω.
(2)由歐姆定律知I== A=3 A,此即為通過R1、R2的電流.設(shè)通過R3、R4的電流分別為I3、I4,
則由并聯(lián)電路電壓相等,I3R3=I4R4
即6I3=3I4而I3+I(xiàn)4=3 A,解得I3=1 A,I4=2 A.
【答案】 (1)14 Ω (2)3 A 3 A 1 A 2 A
4.現(xiàn)有一個(gè)靈敏電流計(jì),它的滿偏電流為Ig=1 mA,內(nèi)阻Rg=200 Ω,若要將它改裝成量程為5 A的電流表,應(yīng)________一個(gè) ________Ω的電阻,改裝后的電流表測(cè)量電流時(shí),指針指在表盤上原來0.2 mA處,則被測(cè)電流的大小是________.
【解析】 要把電流計(jì)改裝成量程更大的電流表,需要并聯(lián)一個(gè)小電阻,根據(jù)并聯(lián)的特點(diǎn)可知,兩支路兩端電壓相等,則IgRg=(I-Ig)R,代入數(shù)據(jù)可得R≈0.04 Ω.因?yàn)榱砍虜U(kuò)大了5 000倍,所以原來0.2 mA處對(duì)應(yīng)的電流為1 A.
【答案】 并聯(lián) 0.04 1 A
電表改裝四要點(diǎn)
(1)改裝電壓表需串聯(lián)一個(gè)大電阻,且串聯(lián)電阻的阻值越大,改裝后電壓表的量程越大;
(2)改裝電流表需并聯(lián)一個(gè)小電阻,且并聯(lián)電阻的阻值越小,改裝后電流表的量程越大;
(3)改裝過程把表頭看成一個(gè)電阻Rg,通過表頭的滿偏電流Ig是不變的;
(4)改裝后電表的量程指的是當(dāng)表頭達(dá)到滿偏電流時(shí)串聯(lián)電路的總電壓或并聯(lián)電路的總電流.
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