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2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第二章 第4節(jié) 串聯(lián)電路和并聯(lián)電路 教案1 三維目標(biāo) 知識與技能 1．進一步學(xué)習(xí)電路的串聯(lián)和并聯(lián)，理解串、并聯(lián)電路的電壓關(guān)系、電流關(guān)系和電阻關(guān)系，并能運用其解決有關(guān)問題； 2．了解電流表（表頭）的原理，知道什么是滿偏電流和滿偏電壓。知道常用的電壓表和電流表都是由小量程的電流表G（表頭）改裝而成的。利用電路的串、并聯(lián)規(guī)律分析電表改裝的原理，會求分壓電阻和分流電阻的阻值。 過程與方法 1．通過分壓電阻和分流電阻阻值的計算，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)物理知識解決實際問題的能力； 2．通過復(fù)習(xí)、歸納、小結(jié)把知識系統(tǒng)化。 情感態(tài)度與價值觀 通過學(xué)習(xí)，學(xué)會在學(xué)習(xí)中靈活變通和運用。要培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用意識，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)心實際問題，有志于把所學(xué)物理知識應(yīng)用到實際中去。 教學(xué)重點 串、并聯(lián)電路的特點、規(guī)律。 教學(xué)難點 表頭G改裝成大量程電壓表V和電流表A的原理，并會計算分壓電阻和分流電阻。 教學(xué)方法 講授、討論、練習(xí)。 教　　具 表頭、電阻箱、投影片、多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。 教學(xué)過程 ［新課導(dǎo)入］ 我們在初中已經(jīng)學(xué)知道，把幾個導(dǎo)體首尾相連，接入電路，這樣的連接方式叫做串聯(lián)；把幾個導(dǎo)體的一端連在一起，另一端也連在一起，然后把這兩端接入電路，這樣的連接方式叫做并聯(lián)。這一節(jié)，我們分別研究串聯(lián)電路和并聯(lián)電路中各部分電流的關(guān)系、各部分電壓的關(guān)系，以及各部分電阻的關(guān)系。 在初中我們已經(jīng)研究過其中的某些問題，現(xiàn)在用高中的物理知識做進一步分析。 ［新課教學(xué)］ 一、串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的電流 1．串聯(lián)和并聯(lián)的接法 （1）串聯(lián)接法 ①串聯(lián)的接法 把幾個導(dǎo)體首尾相連，接入電路，這樣的連接方式叫做串聯(lián)。 ②串聯(lián)接法的特點 兩電阻串聯(lián)，一端等電勢，另一端不等電勢。 （2）并聯(lián)接法 ①并聯(lián)的接法 把幾個導(dǎo)體的一端連在一起，另一端也連在一起，然后把這兩端接入電路，這樣的連接方式叫做并聯(lián)。 ②并聯(lián)接法的特點 兩電阻并聯(lián)，兩端分別為高低等勢點。 2．串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的電流 引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的電流規(guī)律，學(xué)生閱讀教材，并進行推導(dǎo)。 （1）串聯(lián)電路的電流 0 1 2 3 在恒定電流電路內(nèi)各處電荷的分布是穩(wěn)定的，任何位置的電流都不可能越來越多或越來越少。在如圖所示的串聯(lián)電路中，要使串聯(lián)電路中各處的電荷分布保持不變，相同時間內(nèi)通過0、1、2、3各點的電荷量必須相等，因此，串聯(lián)電路各處的電流相等。 串聯(lián)電路各處的電流相等，即 I0＝I1＝I2＝I3…… 0 1 2 3 （2）并聯(lián)電路的電流 在如圖所示的并聯(lián)電路中，只有在相同時間內(nèi)流過干路0點的電荷量等于進入各支路1、2、3各點的電荷量之和，才能保持電路中各處電荷的分布恒定不變，因此，并聯(lián)電路的總電流等于各支路電流之和。 并聯(lián)電路的總電流等于各支路電流之和，即 I0＝I1＋I2＋I3…… 二、串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的電壓 （1）串聯(lián)電路的電壓 在前面的串聯(lián)電路中，用φ0、φ1、φ2、φ3分別表示電路中0、1、2、3各點的電勢，以U01、U12、U23、U03分別表示0與1、1與2、2與3、0與3的電勢差（即電壓）。引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出串聯(lián)電路的電壓規(guī)律。 學(xué)生閱讀教材，進行推導(dǎo)。 由電勢差跟電勢的關(guān)系知道： U01＝φ0－φ1，U12＝φ1－φ2，U23＝φ2－φ3 因此，U01＋U12＋U23＝φ0－φ3 另一方面同，φ0－φ3＝U03 即串聯(lián)電路兩端的電壓總等于各部分電路電壓之和。 串聯(lián)電路兩端的電壓總等于各部分電路電壓之和，即 U0＝U01＋U12＋U23＋…… （2）并聯(lián)電路的電壓 在前面的并聯(lián)電路中，不考慮導(dǎo)線的電阻，0、1、2、3各點之間沒有電勢差，它們具有相同的電勢。同樣，幾個電阻右邊的電勢也相同，用U1、U2、U3代表圖中三個電阻兩端的電壓，則 U0＝U1＝U2＝U3 并聯(lián)電路的總電壓與各支路電壓相等，即 U0＝U1＝U2＝U3＝…… 三、串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的電阻 引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的電阻規(guī)律。學(xué)生閱讀教材，進行推導(dǎo)。 1．串聯(lián)電路的電阻 如圖所示，兩電阻R1、R2串聯(lián)起來接到電路里，作為一個整體，它們相當(dāng)于一個電阻，這個電阻有大小與原來兩個電阻的大小有什么關(guān)系？ 由于R1與R2是串聯(lián)的，它們兩端的總電壓U等于兩個電阻上的電壓U1、U2之和，即 U＝U1＋U2 流過這兩個電阻的電流I是一樣的，上式兩旁同除以電流I，于是得到 由歐姆定律，可得 R＝R1＋R2 不難證明，如果多個電阻串聯(lián)，那么 R＝R1＋R2＋…… 串聯(lián)電路的總電阻等于各部分電路電阻之和。 2．并聯(lián)電路的電阻 如圖所示，兩電阻R1、R2并聯(lián)起來接到電路里，作為一個整體，它們相當(dāng)于一個電阻，這個電阻有大小與原來兩個電阻的大小有什么關(guān)系？ 由于R1與R2是并聯(lián)的，流過它們的總電流I等于兩個電阻上的電流I1、I2之和，即 I＝I1＋I2 兩個電阻上的電壓U是相同的，把上式兩旁同除以電壓U，于是得到 由歐姆定律，可得： 不難證明，如果多個電阻并聯(lián)，那么： ＋…… 并聯(lián)電路總電阻的倒數(shù)等于各支路電阻的倒數(shù)之和。 四、電壓表和電流表 1．串聯(lián)電路的電壓分配 在串聯(lián)電路里電流都相等，各電阻兩端的電壓分別為： U1＝IR1、U2＝IR2，U3＝IR3……Un＝IRn、U＝IR。 U1∶U2∶U3……Un＝R1∶R2∶R3……Rn，Un∝Rn 在串聯(lián)電路中電壓與電阻成正比分配。 2．并聯(lián)電路的電流分配 在并聯(lián)電路里電壓都相等，根據(jù)部分電路歐姆定律有： U＝I1R1、U＝I2R2，U＝I3R3……U＝InRn、U＝IR。 I1R1＝I2R2＝I3R3＝I3R3＝InRn＝IR，In∝ 在并聯(lián)電路中電流與電阻成反比分配。 3．電壓表和電流表 （1）電流表G（表頭）的構(gòu)造和工作原理 ①主要構(gòu)造 表頭G是指小量程的電流表，即靈敏電流計。 常用的表頭主要由永磁鐵和放入永磁鐵磁場中可轉(zhuǎn)動的線圈組成。 ②工作原理 當(dāng)線圈中有電流通過時，線圈在磁場力的作用下帶著指針一起偏轉(zhuǎn)，通過線圈的電流越大，指針偏轉(zhuǎn)的角度就越大，且θ∝I，電流表和電壓表的刻度是均勻的。這樣根據(jù)指針的偏角就可以知道電流的大小。若在表頭刻度盤上標(biāo)出電流值就可以測量電流了。 ③表頭G的主要參數(shù) a．滿偏電流Ig 表頭的線圈準(zhǔn)許通過的最大電流很小，一般不超過幾十微安到幾毫安，這個電流值叫表頭的滿偏電流，用Ig表示。 表頭指針偏轉(zhuǎn)到最大刻度時的電流，叫滿偏電流Ig。 如果通過表頭的電流超過滿偏電流Ig，不但指針指不出示數(shù)，表頭還可能被燒壞。 b．表頭的內(nèi)阻Rg 表頭的線圈電阻一般為幾歐到幾百歐，這個電阻值叫做表頭的內(nèi)阻，用Rg表示。 表頭線圈的電阻，叫做表頭的內(nèi)阻Rg。 說明：每個表頭都有它的滿偏電流Ig和內(nèi)阻Rg，Rg和Ig是表頭的兩個重要參數(shù)。 c．滿偏電壓Ug 由歐姆定律知道，通過表頭的電流跟加在表頭兩端的電壓成正比，即I∝U。由于θ∝I，I∝U，故U∝θ。如果在刻度盤上標(biāo)出電壓值，由指針?biāo)傅奈恢茫涂梢宰x出加在表頭兩端的電壓。 問題：利用表頭能夠測量的最大電流和最大電壓分別是多大？能不能根據(jù)Ig、Rg概括出什么叫做滿偏電壓？ G Ig Ug Rg 表頭通過滿偏電流時加在它兩端的電壓，叫滿偏電壓，用Ug表示。 問題：滿偏電流Ig、內(nèi)阻Rg、滿偏電壓Ug三者之間有什么關(guān)系？ 據(jù)部分電路歐姆定律可知： Ug＝IgRg 總結(jié)：表頭G的滿偏電壓Ug和滿偏電流Ig一般都比較小，測量較大的電壓和較大的電流時，需要把小量程的表頭G加以改裝。 （2）把表頭G改裝成電壓表V ①把表頭G改裝成電壓表V的方法 用表頭G雖然能夠用來測量電壓，但由于表頭的滿偏電流一般很小，因此表頭能夠測量的最大電壓也很小，所以不能直接用來測量較大的電壓。當(dāng)加在表頭兩端的電壓大于滿偏電壓時，通過表頭的電流就大于滿偏電流，可能將表頭燒壞。 問題：同學(xué)們能不能想一個辦法用表頭去測較大的電壓呢？ 分析：利用串聯(lián)電阻的分壓作用，給表頭G串聯(lián)一個適當(dāng)?shù)碾娮鑂，能將表頭改裝成一個量程較大的電壓表V，用改裝后的電壓表V就可以測量較大的電壓。 G Ig Rg R Ug UR U V Ig U RV 方法：給表頭G串聯(lián)一個適當(dāng)?shù)姆謮弘娮鑂。 ②把表頭G改裝成電壓表V的原理 原理：串聯(lián)電阻的分壓作用。 (介紹電壓表V的組成及量程) 電壓表V由表頭G和分壓電阻R組成，如圖虛線框內(nèi)所示。 所謂量程U，意思是當(dāng)電壓表V兩端的電壓為U時，表頭G分擔(dān)的電壓為滿偏電壓Ug，通過表頭G 的電流為滿偏電流Ig，指針指在最大刻度處，所以表盤最大刻度處的電壓值為量程U。 在表頭的刻度盤上標(biāo)出對應(yīng)的電壓值，就改裝成了電壓表。 ③分壓電阻的計算 問題：有一個表頭G，其內(nèi)阻為Rg，滿偏電流為Ig，將它改裝成量程為U的電壓表，要串聯(lián)一個多大的電阻R？ 分析：根據(jù)串聯(lián)電路基本特點可知，當(dāng)表頭G滿偏時，流過分壓電阻R的電流為Ig。 表頭滿偏時表頭兩端的電壓Ug＝IgRg，分壓電阻R兩端的電壓UR＝U－Ug＝U－IgRg。 Ig＝ R＝ n＝為電壓量程擴大的倍數(shù)。 ④改裝后電壓表的內(nèi)阻 問題：改裝后電壓表V的內(nèi)阻是多大？ 分析：改裝后的電壓表由表頭和分壓電阻串聯(lián)而成，電壓表的內(nèi)阻RV應(yīng)為兩者串聯(lián)的電阻。 RV＝Rg＋R＝ ⑤改裝后的電壓表標(biāo)度 問題：如何給改裝后的電壓表V標(biāo)度？ 分析：當(dāng)流過表頭的電流為I1時，加在電壓表V兩端的電壓UAB＝I1(Rg＋R)，表明加在電壓表兩端的電壓與電流成正比。當(dāng)流過表頭的電流為滿偏電流Ig時，電壓表V兩端的電壓達到最大值，即改裝后的量程U，則U＝Ig(Rg＋R)。 因此，只要將原來表頭的刻度盤的每一刻度值擴大為原來的(Rg＋R)倍，就得到改裝后的電壓表V的表盤。 （3）把表頭G改裝成電流表A ①把表頭G改裝成電流表A的方法 用表頭G雖然能夠用來測量電流，但是由于表頭的滿偏電流Ig很小，因此，表頭能夠測量的最大電流也很小，所以不能用表頭去測量較大的電流。 問題：同學(xué)們能不能想辦法用表頭去測量較大的電流呢？ 分析：利用并聯(lián)電阻的分流作用，給表頭G并聯(lián)一個適當(dāng)?shù)姆至麟娮鑂，將表頭G改裝成一個量程較大的電流表A，利用改裝后的電流表A就可以測量較大的電流了。 G Ig Rg R I A I U RA IR 方法：給表頭G并聯(lián)一個適當(dāng)?shù)姆至麟娮鑂。 ②把表頭G改裝成電流表A的原理 原理：并聯(lián)電阻的分流作用。 電流表A由表頭G和電阻R并聯(lián)組成，如圖虛線框內(nèi)所示。 所謂量程I，意思是通過電流表A的電流為I時，通過表頭G的電流為滿偏電流Ig，指針指在最大刻度處，所以改裝后電流表A的表盤最大刻度處標(biāo)值為I。 在表頭的刻度盤上標(biāo)出對應(yīng)的電流值，就改裝成了電流表。 ③分流電阻的計算 問題：有一個表頭G，其內(nèi)阻為Rg，滿偏電流為Ig，將它改裝成量程為I的電流表，要并聯(lián)一個多大的電阻R？ 分析：當(dāng)表頭G滿偏時，加在表頭兩端的電壓為Ug＝IgRg。根據(jù)并聯(lián)電路的基本特點，加在電阻兩端的電壓UR＝Ug＝IgRg。通過分流電阻R的電流IR＝I－Ig。根據(jù)并聯(lián)電路的基本特點和部分歐姆定律有： UR＝Ug＝IgRg＝IRR＝(I－Ig)R R＝ n＝為電流量程擴大的倍數(shù)。 ④改裝后電流表的內(nèi)阻 問題：改裝后電流表A的內(nèi)阻是多大？ 分析：改裝后的電流表由表頭和分流電阻并聯(lián)而成，電流表的內(nèi)阻RA應(yīng)為兩者并聯(lián)的電阻。 RA＝ ⑤改裝后的電流表標(biāo)度 問題：如何給改裝后的電流表A標(biāo)度？ 分析：當(dāng)流過表頭G的電流為滿偏電流Ig時，流過電流表A的電流最大，為改裝后電流表的量程I。 I＝Ig＋IR＝Ig＋ 因此，只要將原來表頭的刻度盤的每一刻度值擴大為原來的倍，就得到了改裝后的電流表A的表盤。 ［小結(jié)］ 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，主要學(xué)習(xí)了以下幾個問題： 1．串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的電流、電壓和電阻，串聯(lián)電路的電壓分配和并聯(lián)電路的電流分配。 2．表頭G的三個重要參量：滿偏電流Ig,內(nèi)阻Rg和滿偏電壓Ug。把表頭G改裝成電壓表時，需要串聯(lián)一個適當(dāng)?shù)碾娮鑂；把表頭G改裝成電流表時，需要并聯(lián)一個適當(dāng)?shù)碾娮鑂。 ［布置作業(yè)］ 教材第52頁“問題與練習(xí)”。