2020-2021學(xué)年高中物理 第3章 恒定電流 4 串聯(lián)電路和并聯(lián)電路學(xué)案 魯科版必修3

1、2020-2021學(xué)年高中物理 第3章 恒定電流 4 串聯(lián)電路和并聯(lián)電路學(xué)案 魯科版必修32020-2021學(xué)年高中物理 第3章 恒定電流 4 串聯(lián)電路和并聯(lián)電路學(xué)案 魯科版必修3年級：姓名：- 17 -第4節(jié)串聯(lián)電路和并聯(lián)電路新 課 程 標(biāo) 準(zhǔn)學(xué) 業(yè) 質(zhì) 量 目 標(biāo)了解串、并聯(lián)電路電阻的特點。合格性考試1.形成串聯(lián)、并聯(lián)的概念,解釋相關(guān)生活現(xiàn)象。2.通過分析串并聯(lián)電路電流、電壓和電阻的關(guān)系,能夠觀察常見的電路,并提出與串并聯(lián)相關(guān)的問題。選擇性考試1.通過串并聯(lián)電路的分析,能夠利用其電流、電壓和電阻之間的關(guān)系解決有關(guān)問題。2.能夠?qū)嶋H問題中的對象和過程轉(zhuǎn)化為串并聯(lián)電路問題。3.通過探究電表的

2、改裝,能夠解釋電流表和電壓表的工作原理。必備知識自主學(xué)習(xí)一、串聯(lián)電路的分壓作用節(jié)日的彩燈,一串串,一簇簇,或掛在樹上,或裝飾在物品上。那它們是怎樣和電源連接的?一串彩燈中,當(dāng)其中一個小燈泡燒斷,是否會影響其他小燈泡呢?提示:和電源是串聯(lián)的關(guān)系。一串彩燈中,當(dāng)其中一個小燈泡燈絲燒斷時,其余的小燈泡將會被斷路,不再發(fā)光。1.串聯(lián)電路的特點:(1)在串聯(lián)電路中,各處的電流相等,即i=i1=i2=in。(2)串聯(lián)電路的總電壓等于各部分電壓之和,即u=u1+u2+un。2.三個重要性質(zhì):(1)串聯(lián)電路的等效總電阻阻值等于各電阻阻值之和,即r=r1+r2+rn。(2)串聯(lián)電路中各電阻兩端的電壓與其阻值成正

3、比,即=i。(3)串聯(lián)電路中各電阻消耗的功率與其阻值成正比,即=i2。3.分壓作用:阻值越大,分得的電壓越大。4.電壓表的改裝:(1)改裝電壓表的原因:電流計的滿偏電壓和滿偏電流都很小,不能測量較大的電壓。(2)改裝的方法:給電流計串聯(lián)一個較大的電阻,分擔(dān)一個較大的電壓ur,如圖所示。二、并聯(lián)電路的分流作用家用電器使人們的生活越來越方便。當(dāng)家庭中的各種用電器同時工作時,若其中的一個用電器發(fā)生斷電,是否會影響其余用電器的正常工作?提示:家庭用電器都是并聯(lián)關(guān)系,當(dāng)一個斷電時其余的用電器仍可正常工作。1.并聯(lián)電路的特點:(1)在并聯(lián)電路中,各支路的電壓相等,即u=u1=u2=un。(2)并聯(lián)電路的總

4、電流等于各支路電流之和,即i=i1+i2+in。2.三個重要性質(zhì):(1)并聯(lián)電路的等效總電阻阻值的倒數(shù)等于各支路的電阻阻值的倒數(shù)之和,即=+。(2)并聯(lián)電路中各支路電流與其阻值成反比,即i1r1=i2r2=inrn=u。(3)并聯(lián)電路中各支路電阻消耗的功率與其阻值成反比,即p1r1=p2r2=pnrn=u2。3.分流作用:阻值越小,分得的電流越大。4.電流表的改裝:(1)改裝原因:電流計的滿偏電流ig很小,不能直接用來測大電流。(2)改裝方法:給電流計并聯(lián)一個較小的電阻,分擔(dān)較大的電流ir,如圖所示。(1)在電路中的任何一個位置串聯(lián)一個電阻時,電路中的總電阻一定變大。()(2)兩并聯(lián)電阻的電流

5、與電阻成反比,兩串聯(lián)電阻的電壓與電阻成正比。()(3)把小量程的電流表改裝成大量程的電流表需串聯(lián)一個電阻。()(4)若將分壓電阻串聯(lián)在電流表上改裝成電壓表,增大了原電流表的滿偏電壓。()(5)若將分流電阻并聯(lián)在電流表兩端改裝成電流表,分流電阻和電流表兩端的電壓相等。()關(guān)鍵能力合作學(xué)習(xí)知識點一串、并聯(lián)電路的比較1.關(guān)于電阻的五個常用推論:(1)串聯(lián)電路的總電阻大于其中任一部分電路的電阻,并且串聯(lián)電阻個數(shù)越多,總電阻越大。(2)并聯(lián)電路的總電阻小于其中任一支路的電阻,并且并聯(lián)電阻越多,總電阻越小。(3)n個相同的電阻r并聯(lián),其總電阻為r總=。(4)多個電阻無論串聯(lián)還是并聯(lián),其中任一電阻增大或減小

6、,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r=r1+r2,并聯(lián)時r=?？梢?當(dāng)r1或r2增大或減小時,r都隨之增大或減小。(5)當(dāng)一個大電阻和一個小電阻并聯(lián)時,總電阻小于小電阻但接近小電阻。2.串、并聯(lián)電路的比較:串聯(lián)電路并聯(lián)電路電流各處電流相等,i=i1=i2=in總電流等于各支路電流之和,i=i1+i2+in電壓總電壓等于各部分電壓之和u=u1+u2+un=,即電壓分配和電阻成正比各支路兩端電壓相等,即u=u1=u2=un,i1r1=i2r2=inrn,即電流分配與電阻成反比電阻總電阻等于各電阻之和,即r=r1+r2+rn總電阻的倒數(shù)等于各電阻的倒數(shù)之和,即=+功率總

7、功率等于各部分消耗功率之和,即p=p1+p2+pn=i2即功率的分配和電阻成正比總功率等于各部分消耗功率之和,即p=p1+p2+pnp1r1=p2r2=pnrn=u2即功率的分配和電阻成反比不同阻值的電阻在電路中的連接方式不同,總電阻也不同,如圖所示。(1)如圖甲所示,各電阻串聯(lián),總電阻與其中的最大電阻有何關(guān)系?(2)如圖乙所示,各電阻并聯(lián),總電阻與其中的最小電阻有何關(guān)系?提示:(1)串聯(lián)電阻的總電阻大于其中最大的電阻。(2)并聯(lián)電阻的總電阻總是小于其中最小的電阻?！镜淅咳鐖D所示,r1=6 ,r2=3 ,r3=4 ,接入電路后下列判斷錯誤的是()a.總電阻r=6 b.電壓之比u1u2u3=2

8、21c.電流之比i1i2i3=123d.功率之比p1p2p3=126【解題探究】(1)串、并聯(lián)電路有什么特點?(2)串、并聯(lián)電路的各部分有什么特點?提示:(1)串聯(lián)電路的電流處處相等,總電壓等于各部分電壓之和,總電阻為各部分電阻之和,總功率為各部分功率之和;并聯(lián)電路的各支路電壓相等,總電流為各支路電流之和,總電阻的倒數(shù)為各支路電阻倒數(shù)之和,總功率為各部分功率之和。(2)串聯(lián)電路各部分電壓與各部分電阻成正比,各部分功率與各部分電阻也成正比;并聯(lián)電路各部分支路的電流與各支路的電阻成反比,各支路的功率與各支路的電阻也成反比?！窘馕觥窟xb。電阻r1與r2并聯(lián)后與r3串聯(lián);并聯(lián)電阻為:r12= =2 ,

9、總電阻為:r=r12+r3=(2+4) =6 ,故a正確;并聯(lián)電路電壓相等,串聯(lián)電路電壓比等于電阻比,故u并u3=r12r3=24=12,所以u1u2u3=112,故b錯誤;串聯(lián)電路電流相等,并聯(lián)電路電流比等于電阻的反比,=,i3=i1+i2,所以i1i2i3=123,故c正確;根據(jù)電功率公式p=ui,p1p2p3=u1i1u2i2u3i3=126,故d正確。串、并聯(lián)電路分析的關(guān)鍵(1)明確電路的串、并聯(lián)結(jié)構(gòu)。(2)牢記串、并聯(lián)電路電流與電壓的關(guān)系。(3)掌握電壓與功率的公式。1.用完全相同的電阻組成甲、乙兩個電路,電阻阻值r不隨電壓變化,r的額定電壓為u0,額定電流為i0?，F(xiàn)將甲、乙電路分別

10、接入各自能承受的最大電壓,則()a.甲電路的電壓較大b.乙電路的電壓較大c.甲電路的電功率較大d.乙電路的電阻較大【解析】選a。因為串聯(lián)電路總電壓為各用電器電壓之和,并聯(lián)電路總電壓等于各支路電壓,所以甲電路的電壓為2u0,乙電路的電壓為u0,甲電路電壓大,故a正確,b錯誤;因為功率為標(biāo)量,電路中的總功率等于各用電器功率之和,故甲、乙的電功率都為2u0i0,故c錯誤;甲電路的總電阻為r甲=2,乙電路的總電阻為r乙=,所以甲電路的電阻較大,故d錯誤。2.現(xiàn)有額定電壓都是110 v,額定功率pa=100 w,pb=40 w的燈泡兩盞。若接在電壓為220 v的電路上,使兩盞燈泡均能正常發(fā)光,且消耗功率

11、最小的電路是()【解析】選d。由題知,兩燈泡額定電壓相等,a燈泡的額定功率較大,由p=可知,a燈泡的電阻較小,即rbra。a圖中燈泡a和b串聯(lián)在220 v的電源上,由串聯(lián)電路的分壓特點可知,兩燈泡兩端的電壓均不等于110 v,所以都不能正常工作,故a錯誤;b圖中燈泡a和燈泡b并聯(lián)后又與可變電阻r串聯(lián),當(dāng)可變電阻的阻值和兩燈泡并聯(lián)的總電阻相等時它們可以同時發(fā)光;由并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和可知,b中電路的總電流等于a和b兩燈泡的額定電流之和,由p=ui可知,電路中消耗的電功率較大,故b錯誤;c圖中燈泡a和可變電阻r并聯(lián)后又和燈泡b串聯(lián),由并聯(lián)電路中電阻越并越小且小于任何一個分電阻可知,

12、b燈泡的電阻一定大于并聯(lián)部分的總電阻,由串聯(lián)電路的分壓特點可知,兩燈泡兩端的電壓均不等于110 v,所以都不能正常工作,故c錯誤;d圖中燈泡b和可變電阻r并聯(lián)后又和燈泡a串聯(lián),由電阻的并聯(lián)可知,可變電阻調(diào)節(jié)合適時,可以使并聯(lián)部分的總電阻和燈泡a的電阻相等,即兩燈泡可以同時正常發(fā)光,且電路中的電流等于a燈泡的額定電流,消耗的電功率最小,故d正確?！炯庸逃?xùn)練】1.試畫出圖中的等效電路圖?！窘馕觥考僭O(shè)電流的流向從a流向d,則電路中的等電勢點為a、b,電勢從高到低為ab、c、d,觀察電路,r2、r3接在ab與c之間,r1接在ab與d之間,r4接在c與d之間,故等效電路圖如圖所示。答案:見解析圖2.如圖

13、所示的兩個串聯(lián)電阻r1=12 k,r2=36 k,a、b兩端的電壓保持15 v不變,那么(1)r1、r2兩端的電壓分別是多少?(2)如果電壓表v的內(nèi)阻是12 k,當(dāng)s分別與c、d接觸時電壓表的讀數(shù)分別是多少?【解析】(1)根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點知ur,所以u1=u=15 v=3.75 v,u2=u=15 v=11.25 v。(2)當(dāng)s與c接觸時,電壓表與r1并聯(lián),測并聯(lián)支路電壓,并聯(lián)電阻r并= k=6 k;同理,當(dāng)s與d接觸時r并= k=9 k,u并=u=15 v= v,u并=u=15 v= v。答案:(1)3.75 v11.25 v(2) v v知識點二電流表和電壓表的改裝1.電壓表與電流表

14、改裝比較:小量程的電流計g改裝成電壓表小量程的電流計g改裝成大量程的電流表內(nèi)部電路r的作用分壓分流擴大量程計算u=ig(r+rg)r=-rg=(n-1)rg;(其中n=)igrg=(i-ig)rr=(其中n=)電表的總內(nèi)阻rv=rg+rra=2.電表改裝的幾點技巧:(1)先明確小量程電流計g的兩個參數(shù):ig、rg,并算出滿偏電壓ug=igrg。(2)用歐姆定律求改裝時需要串聯(lián)或并聯(lián)的電阻:改裝成電壓表時要串聯(lián)一個阻值較大的電阻以分壓,它的阻值用它分擔(dān)的電壓(改裝后的電壓表量程減去ug)除以最大電流(即ig)確定。改裝成電流表時要并聯(lián)一個阻值較小的電阻以分流,它的阻值用它兩端的電壓(即“表頭”的

15、ug)除以通過它的電流(即改裝后的電流表量程減去ig)確定。實驗室常用來測量小電流和小電壓用到的儀器為靈敏電流計,如圖所示。(1)靈敏電流計測量電流或電壓有什么局限性?(2)為了能測量大電流或大電壓,該如何改進靈敏電流計?提示:(1)靈敏電流計的量程小,只能測量小電流或小電壓,不能測量大電流或大電壓。(2)將靈敏電流計的兩端并聯(lián)一個小電阻,可以改裝成大量程的電流表;或是與其串聯(lián)一個大電阻改裝成大量程的電壓表?！镜淅咳鐖D所示的電路中,小量程電流表的內(nèi)阻rg=100 ,滿偏電流ig=1 ma,r1=1 900 ,r2= 。(1)當(dāng)s1和s2均斷開時,改裝成的是什么表?量程多大?(2)當(dāng)s1和s2

16、均閉合時,改裝成的是什么表?量程多大?【解析】(1)當(dāng)s1和s2均斷開時,電流表和電阻r1串聯(lián),改裝成電壓表;設(shè)電壓表最大量程為u,則有:u=ig(rg+r1)=2 v。(2)當(dāng)s1和s2均閉合時,電流表和r2并聯(lián),改裝成電流表;設(shè)最大值為i,則有:i=ig+=1 a。答案:(1)電壓表2 v(2)電流表1 a電表改裝的注意事項(1)明確小量程電流計的三個參數(shù):rg、滿偏電流ig和滿偏電壓ug。(2)區(qū)分改裝的電表類型:改裝電流表并聯(lián)小電阻,改裝電壓表串聯(lián)大電阻。(3)牢記串、并聯(lián)電路的特點:串聯(lián)電流處處相等,電壓為各個電阻電壓之和;并聯(lián)電壓處處相等,總電阻的倒數(shù)為各支路電阻的倒數(shù)之和。用兩個

17、相同的小量程電流表,分別改裝成了兩個量程不同的大量程電流表a1、a2,若把a1、a2分別采用并聯(lián)或串聯(lián)的方式接入電路,如(a)、(b)圖所示,則閉合開關(guān)后,下列有關(guān)電表的示數(shù)和指針偏轉(zhuǎn)角度的說法正確的是()a.圖(a)中的a1、a2的示數(shù)不相同b.圖(a)中的a1、a2的指針偏角不相同c.圖(b)中的a1、a2的示數(shù)不相同d.圖(b)中的a1、a2的指針偏角相同【解析】選a。圖(a)中的a1、a2并聯(lián),表頭的電壓相等,電流相等,指針偏轉(zhuǎn)的角度相同,量程不同的電流表讀數(shù)不同,故a正確,b錯誤;圖(b)中的a1、a2串聯(lián),a1、a2的示數(shù)相同。由于量程不同,內(nèi)阻不同,電表兩端的電壓不同,流過表頭的

18、電流不同,指針偏轉(zhuǎn)的角度不同。故c、d錯誤?！炯庸逃?xùn)練】1.有一塊滿偏電流ig=1 ma,線圈電阻rg=100 的小量程電流表。(1)把它改裝成滿偏電壓u=10 v的電壓表。(2)把它改裝成滿偏電流i=0.6 a的電流表,請畫出電路圖,計算有關(guān)數(shù)據(jù)?！窘馕觥?1)小量程電流表的滿偏電壓ug=igrg=0.1 vu,因此需串聯(lián)一個適當(dāng)?shù)姆謮弘娮?即可將其改裝成電壓表,改裝的電路如圖所示,由歐姆定律u=ig(rg+rx),解得rx=-rg=9 900 。(2)小量程電流表的滿偏電流igr2,則下列說法正確的是()a.甲的量程等于乙的量程b.甲的量程小于乙的量程c.測量同一電壓時,甲、乙兩表指針的偏轉(zhuǎn)角度相同d.測量同一電壓時,甲