2021-2022版高中物理-第二章-恒定电流-4-串联电路和并联电路学案-新人教版选修3-1.doc

2021-2022版高中物理 第二章 恒定电流 4 串联电路和并联电路学案 新人教版选修3-12021-2022版高中物理 第二章 恒定电流 4 串联电路和并联电路学案 新人教版选修3-1年级：姓名：- 18 -串联电路和并联电路目 标 导 航思 维 脉 图1.知道串、并联电路的电流和电压特点。(物理观念)2.掌握串、并联电路的有关计算。(科学思维)3.了解小量程电流表(表头)的原理,知道什么是满偏电流和满偏电压。(物理观念)4.理解表头改装成常用电压表和电流表的原理,会求分压电阻和分流电阻的阻值。(科学探究)必备知识自主学习一、串联电路和并联电路家庭中使用的各种用电器在工作时,其中一个用电器断电其他用电器是否也会同时断电?提示:家庭中使用的用电器都是并联关系,当一个断电时其他用电器仍可以正常工作。1.串联:把几个导体依次首尾相连,接入电路,这样的连接方式叫作串联。2.并联:把几个导体的一端连在一起,另一端也连在一起,然后把这两端接入电路,这样的连接方式叫作并联。3.串联电路和并联电路的电流(1)串联电路各处的电流相等,即I=I1=I2=In。(2)并联电路的总电流等于各支路电流之和,即I=I1+I2+In。4.串联电路和并联电路的电压(1)串联电路两端的总电压等于各部分电路电压之和,即U=U1+U2+Un。(2)并联电路的总电压与各支路电压相等,即U=U1=U2=Un。5.串联电路和并联电路的电阻(1)串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和,即R=R1+R2+Rn。(2)并联电路总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和,即=+。二、电流表和电压表实验室所用的电流表量程比较小,如果想要测量大电流或大电压,应该如何对其进行改装?提示:将小量程的电流表与大电阻串联可以改装成为大量程电压表;将小量程电流表与小电阻并联可以改装成为大量程电流表。1.小量程电流表(表头)的三个参数2.电表改装(1)电压表的改装(2)电流表的改装3.下列说法中有科学依据的是。在串联电路中增大任一电阻,总电阻将增大在并联电路中增大任一电阻,总电阻将减小电路中电阻的个数越多,电路的总电阻越大将小量程的电流表改装成大量程的电流表,需并联一个电阻将小量程的电流表装成电压表时,串联的电阻越大改装后的电压表量程越大(1)串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻。()(2)并联电路的总电阻小于电路中任意一个电阻。()(3)并联电路中某电阻变大时,总电阻减小。()(4)若将分压电阻串联在电流表上改装成电压表后,增大了原电流表的满偏电压。()关键能力合作学习知识点一串、并联电路的基本规律1.关于电压和电流的分配关系(1)串联电路中各电阻两端的电压跟它们的阻值成正比。(2)并联电路中通过各支路电阻的电流跟它们的阻值成反比。2.串、并联电路总电阻的比较比较串联电路的总电阻R总并联电路的总电阻R总不同点n个相同电阻R串联,总电阻R总=nRn个相同电阻R并联,总电阻R总=R总大于任一电阻阻值R总小于任一电阻阻值一个大电阻和一个小电阻串联时,总电阻接近大电阻一个大电阻和一个小电阻并联时,总电阻接近小电阻相同点多个电阻无论串联还是并联,其中任一电阻增大或减小,总电阻也随之增大或减小提醒:参与并联的其中一个电阻增大,总电阻也增大。装饰用的小彩灯之间以及家用电路中的开关和它所控制的用电器之间都是串联的关系。(1)串联电路中开关的特点是什么?提示:串联开关控制整个电路,与开关位置无关。(2)如果一个彩灯停止工作,其他彩灯能否正常工作?提示:不能。【典例】由四个电阻连接成的电路如图所示。R1=8 ,R2=4 ,R3=6 ,R4=3 。(1)求a、d之间的总电阻;(2)如果把42 V的电压加在a、d两端,则通过每个电阻的电流是多少?【解析】(1)由题图可知Rcd= =2 。故Rad=R1+R2+Rcd=8 +4 +2 =14 。(2)由欧姆定律知I= A=3 A,即为通过R1、R2的电流。设通过R3、R4的电流分别为I3、I4,则由并联电路电压相等,得I3R3=I4R4;又I3+I4=3 A,解得I3=1 A,I4=2 A。答案:见解析解决简单混联电路的方法(1)准确地判断出电路的连接方式,画出等效电路图。(2)准确地利用串、并联电路的基本规律、特点。(3)灵活地选用恰当的物理公式进行计算。1.(母题追问) 上例中,如果将1 A的电流通过a、d电路,则每个电阻两端的电压分别是多少?a、d之间的总电压是多少?【解析】由U1=IR1=8 VU2=IR2=4 VU3=U4=IRcd=2 VUad=U1+U2+U3=14 V。答案:见解析2.如图所示,R1=2 ,R2=10 ,R3=10 ,A、B两端接在电压恒定的电源上,则()A.S断开时,R1与R2的电流之比为 15B.S闭合时通过R1与R2的电流之比为25C.S断开与闭合两情况下,电阻R1两端的电压之比为21D.S断开与闭合两情况下,电路中的总电阻之比为127【解析】选D。S断开时,R1与R2为串联关系,电流之比为11,故A错误;S闭合时,U1U2=R1R2=25,根据欧姆定律I=,则I1I2=21,故B错误; S断开时,R1两端的电压U1=UAB;S闭合时,R1两端的电压:U2=UAB;S断开与闭合两情况下,电阻R1两端的电压之比为712,故C错误;S断开时,总电阻为R1+R2=12 ;S闭合时,总电阻为=7 ;S断开与闭合两情况下,电路中的总电阻之比为127,故D正确。【加固训练】如图所示为两电阻R1和R2的伏安特性曲线。关于它们的电阻值及串联或并联后电路中的总电流比较正确的是()A.电阻R1的阻值比电阻R2的阻值大B.电阻R2阻值比电阻R1的阻值大C.两电阻串联后比并联后接入同一电源,电路中的总电流大D.两电阻并联后比串联后接入同一电源,电路中的总电流小【解析】选B。由图可知,该图象是I-U图线,图象的斜率表示电阻的倒数,斜率越大,电阻越小,所以R2的阻值大于R1的阻值,故A项错误,B项正确;两电阻串联后的总电阻要比并联时的总电阻大,故串联后的电路中的总电流要小,故C项错误,D项错误。知识点二电表的改装两表改装对比改装成电压表V改装成电流表A内部电路扩大后的量程UI电阻R的作用分压分流电阻R的数值R=-Rg=(n-1)Rg(n=)R=(n=)电表的总内阻RV=Rg+R=RA=提醒:(1)无论表头G改装成电压表还是电流表,它的三个特征量Ug、Ig、Rg是不变的,即通过表头的最大电流Ig并不改变。(2)改装后电压表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的R与表头串联电路的电压;改装后电流表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的R与表头并联电路的总电流。(1)小量程电流表有哪三个参数?三个参数之间有什么关系?提示:三个参数:内阻Rg、满偏电流Ig、满偏电压Ug,Ug=IgRg。(2)对于小量程电流表,其额定电压比较小,如何将该电流表改装成大量程的电压表?提示:需将表头串联一个阻值较大的分压电阻,改装成大量程的电压表。(3)对于小量程电流表,其额定电流比较小,如何将该电流表改装成大量程的电流表?提示:需将表头并联一个阻值较小的分流电阻,改装成大量程的电流表。【典例】一个电流表的、内阻Rg=500 ,要把它,应在电流表上()A.串联一个15 k的电阻B.串联一个14.5 k的电阻C.并联一个15 k的电阻D.并联一个14.5 k的电阻【审题关键】序号信息提取最大电流串联大电阻【解析】选B。把电流表改装成电压表需要串联电阻从而进行分压,串联电阻阻值R=-Rg=14.5 k, 故B正确。电表改装的步骤(1)先明确小量程电流表G的两个参数:Ig、Rg,并算出满偏电压Ug=IgRg。(2)用欧姆定律求改装时需要串联或并联的电阻。改装成电压表时要串联一个阻值较大的电阻以分压,它的阻值用它分担的电压(改装后的电压表量程减去Ug)除以最大电流(即Ig)确定。改装成电流表时要并联一个阻值较小的电阻以分流,它的阻值用它两端的电压(即表头的Ug)除以通过它的电流(即改装后的电流表量程减去Ig)确定。1.电流表的量程为I,其内阻为RA,现欲把这电流表的量程扩大至原来的N倍,则()A.应该串联一个阻值为RA的N倍的电阻B.应该并联一个阻值为的电阻C.刻度盘的最小刻度是原来的N倍D.刻度盘的最小刻度是原来的【解析】选C。根据改装原理可知,电流表扩大量程,需要并联电阻,根据并联电路规律可知,R=,A、B选项错误;改装后满偏刻度为NI,最小分度将变为原来的N倍,C选项正确,D选项错误。2.一量程为100 A的电流表,内阻为100 ,现串联一个9 900 的电阻将它改装成电压表,该电压表的量程是V。用它来测量电压,表盘指针位置如图所示。该电压的大小是V。【解析】改装电压表的量程U=Ig(Rg+R)=10010-6(100+9 900)V=1 V。图示位置的示数为0.85 V。答案:10.85【加固训练】1.有一个电流表G,内阻Rg=10 ,满偏电流Ig=3 mA。要把它改装成量程03 V的电压表,则()A.要串联一个阻值为990 的电阻B.要并联一个阻值为990 的电阻C.要串联一个阻值为0.10 的电阻D.要并联一个阻值为0.10 的电阻【解析】选A。把电流表改装为电压表,应串联一个分压电阻,串联电阻阻值为R=-Rg=-10=990 ,故A项正确。2.如图所示的甲、乙两个电路,都是由一个灵敏电流计G和一个变阻器R组成,它们之中一个是测电压的电压表,另一个是测电流的电流表,那么以下结论中正确的是()A.甲表是电流表,R增大时量程增大B.甲表是电压表,R增大时量程增大C.乙表是电流表,R增大时量程增大D.乙表是电压表,R增大时量程增大【解析】选D。甲表是电流表,R增大时分流变小。量程减小,故A项错误;甲表是电流表不是电压表,故B项错误;乙表是电压表,R增大时分压变大,量程增大,故C项错误,D项正确。知识点三伏安法测电阻1.原理:由R=知,只要测出电阻两端的电压及通过导体的电流就可算出导体的电阻。2.电路:如图(a)所示,电流表接在电压表的两接线柱外侧,通常叫“外接法”;如图(b)所示,电流表接在电压表的两接线柱内侧,通常叫“内接法”。3.伏安法测电阻的误差分析如图(a)(b)所示,R为待测电阻,因为电流表、电压表分别有分压、分流作用,因此两种方法测量电阻都有误差。(1)电流表外接法电压表示数:UV=UR,电流表示数:IA=IR+IVIR,R测=UR,电流表示数:IA=IR,R测=R真,测量值偏大,适用于测量大阻值电阻。内接法误差来源于电流表的分压作用,分压越小,误差越小,所以该电路适用于测量大电阻,即RRA。4.伏安法测电阻时电路选择的方法(1)定量判定法当已知待测电阻的大约值为Rx,电流表的内阻为RA和电压表的内阻为RV,则当,即Rx时,选用电流表内接法;当,即Rx时,选用电流表外接法;当=,即Rx=时,选用电流表的两种接法都可以。(2)试触法若不知Rx的大概值,为了选择正确的电路接法以减小误差,可将电路按如图所示连接,只空出电压表的一个接头S,然后将S分别与a、b接触一下,观察电压表和电流表的示数变化情况:若电流表示数有显著变化,说明电压表的分流作用较强,即Rx是一个高阻值电阻,应选用内接法,S应接b测量;若电压表示数有显著变化,说明电流表的分压作用较强,即Rx是一个低阻值电阻,应选用外接法,S应接a测量。5.滑动变阻器的两种接法及其作用比较内容限流接法分压接法电路图(图中R为负载电阻,R0为滑动变阻器)闭合电键前滑片位置滑动触头在最左端,即保证滑动变阻器接入电路中的阻值最大滑片在最左端,即开始时R上得到的电压为零负载两端的电压调节范围UU0U通过负载的电流调节范围0内接法和外接法所测量的电阻结果与真实值相比,偏大还是偏小?提示:外接法偏小,内接法偏大。【典例】用伏安法测量某电阻Rx的阻值,现有实验器材如下:A.待测电阻Rx:范围在58 ,额定电流0.45 AB.电流表A1:量程00.6 A(内阻0.2 )C.电流表A2:量程03 A(内阻0.05 )D.电压表V1:量程03 V(内阻3 k)E.电压表V2:量程015 V(内阻15 k)F.滑动变阻器R:0100 G.蓄电池:电动势12 VH.导线,开关为了较准确地测量,并保证器材安全,电流表应选,电压表应选,并画出电路图。【解析】待测电阻Rx的额定电流为0.45 A,应选电流表A1,额定电压Umax=0.458 V=3.6 V,应选电压表V1;由于= ,Rx,因此选用电流表的外接法测电阻;因为电压表V1量程小于3.6 V,且要较准确地测量,故变阻器R应选择分压式接法,其电路如图所示。答案:A1V1见解析图电表与滑动变阻器解法的注意事项:(1)无论电流表是内接法还是外接法,都会对电阻的测量带来系统误差,但是对同一个待测电阻而言,选用两种不同的测量方法,相对误差是不一样的,所以应该本着精确的原则,尽量选择相对误差较小的测量方法。(2)注意滑动变阻器两种接法中的连线特点分压式接法中必须有三个接线柱接入电路,且是“两下一上”,即将变阻器瓷筒上的两个接线柱和金属杆上的任意一个接线柱接入电路,变阻器的任何部分不短路。限流式接法可以只接入两个接线柱,“一下一上”,即是将瓷筒上的一个接线柱和金属杆上的一个接线柱连入电路,有时从形式上看,好像是瓷筒上的两个接线柱和金属杆上的一个接头连入电路,但金属杆将变阻器的部分电阻短路,其实质还是利用了“一上一下”两个接头。(2020惠州高二检测)用伏安法测电阻,可采用如图所示的甲、乙两种接法。若所用电压表内阻为5 000 ,电流表内阻为0.5 。(1)当测量100 左右的电阻时,宜采用(选填“甲”或“乙”)电路。(2)现采用乙电路测量某电阻的阻值时,两电表的读数分别为10 V、0.5 A,则此电阻的测量值为,真实值为。【解析】(1)= =50 ,故应采用电流表内接法,故原理图如图1所示。根据原理图画出对应的实物图如图2所示。答案:见解析