高中必修第三冊《4串聯(lián)電路和并聯(lián)電路》優(yōu)質(zhì)課教案教學設計-高中物理教案

4串聯(lián)電路和并聯(lián)電路[學習目標]1.知道串、并聯(lián)電路的電流、電阻和電壓特點．(重點)2.掌握串、并聯(lián)電路的相關計算．(重點)3.了解電流表(表頭)的原理，知道什么是滿偏電流和滿偏電壓．(難點)4.理解表頭改裝成常用電壓表和電流表的原理，會求分壓電阻和分流電阻的阻值．(難點)一、串、并聯(lián)電路的特點串聯(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各支路兩端電壓相等：U＝U1＝U2＝…＝Un總電阻總電阻等于各部分電阻之和：R＝R1＋R2＋…＋Rn總電阻倒數(shù)等于各支路電阻倒數(shù)之和：eq\f(1,R)＝eq\f(1,R1)＋eq\f(1,R2)＋…＋eq\f(1,Rn)二、電流表和電壓表1．表頭小量程的電流表，符號為G.2．表頭的三個參數(shù)滿偏電流Ig、_滿偏電壓Ug、內(nèi)阻Rg，根據(jù)歐姆定律，三個參數(shù)之間的關系是Ug＝IgRg.3．改裝(1)電壓表改裝：測量較大的電壓時，將表頭上串聯(lián)一個較大的電阻，就改裝成了電壓表．(2)電流表改裝：測量較大的電流時，將表頭上并聯(lián)一個較小的電阻，就改裝成了量程較大的電流表．1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)串聯(lián)電路的總電阻大于電路中任意電阻． (√)(2)并聯(lián)電路的總電阻小于電路中任意電阻． (√)(3)并聯(lián)電路中某電阻變大時，總電阻減小． (×)(4)若將分壓電阻串聯(lián)在電流表上改裝成電壓表后，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后，分流電阻和電流表兩端的電壓相等． (√)2．(多選)把電流表改裝成電壓表時，下列說法正確的是()A．改裝的原理是串聯(lián)電阻有分壓作用B．改裝成電壓表后，原電流表本身允許通過的最大電流值也隨著變大了C．改裝后原電流表自身的電阻也增大了D．改裝后使用時，加在原電流表兩端的電壓的最大值不變AD[電流表改裝成電壓表的原理是串聯(lián)電路的分壓作用，故A正確；電流表改裝成電壓表后Rg、Ig、Ug均不變，故B、C錯誤，D正確．]3．(多選)電阻R1、R2、R3串聯(lián)在電路中．已知R1＝10Ω、R3＝5Ω，R1兩端的電壓為6V，R2兩端的電壓為12V，則()A．電路中的電流為0.6AB．電阻R2的阻值為20ΩC．三只電阻兩端的總電壓為21VD．電阻R3兩端的電壓為4VABC[電路中電流I＝eq\f(U1,R1)＝eq\f(6,10)A＝0.6A；R2阻值為R2＝eq\f(U2,I)＝eq\f(12,0.6)Ω＝20Ω，三只電阻兩端的總電壓U＝I(R1＋R2＋R3)＝21V；電阻R3兩端的電壓U3＝IR3＝0.6×5V＝3V．]對串、并聯(lián)電路的理解1.串聯(lián)電路、并聯(lián)電路總電阻的比較串聯(lián)電路的總電阻R總并聯(lián)電路的總電阻R總不同點n個相同電阻R串聯(lián)，總電阻R總＝nRn個相同電阻R并聯(lián)，總電阻R總＝eq\f(R,n)R總大于任一電阻阻值R總小于任一電阻阻值一個大電阻和一個小電阻串聯(lián)時，總電阻接近大電阻一個大電阻和一個小電阻并聯(lián)時，總電阻接近小電阻相同點多個電阻無論串聯(lián)還是并聯(lián)，其中任一電阻增大或減小，總電阻也隨之增大或減小2.串、并聯(lián)電路中，電壓和電流的分配關系(1)串聯(lián)電路中各電阻兩端的電壓跟它的阻值成正比．推導：在串聯(lián)電路中，由于U1＝I1R1，U2＝I2R2，U3＝I3R3…Un＝InRn，I＝I1＝I2＝…＝In，所以有eq\f(U1,R1)＝eq\f(U2,R2)＝…＝eq\f(Un,Rn)＝eq\f(U,R總)＝I.(2)并聯(lián)電路中通過各支路電阻的電流跟它們的阻值成反比．推導：在并聯(lián)電路中，U1＝I1R1，U2＝I2R2，U3＝I3R3…Un＝InRn，U1＝U2＝…＝Un，所以有I1R1＝I2R2＝…＝InRn＝I總R總＝U.【例1】由四個電阻連接成的電路如圖所示．R1＝8Ω，R2＝4Ω，R3＝6Ω，R4＝3Ω.(1)求a、d之間的總電阻；(2)如果把42V的電壓加在a、d兩端，則通過每個電阻的電流是多少？思路點撥：(1)分清四個電阻的串、并聯(lián)關系．(2)流過R3和R4的電流與其電阻值成反比．[解析](1)由題圖可知Rcd＝eq\f(R3R4,R3＋R4)＝eq\f(6×3,6＋3)Ω＝2Ω.故Rad＝R1＋R2＋Rcd＝8Ω＋4Ω＋2Ω＝14Ω.(2)由歐姆定律知I＝eq\f(U,Rad)＝eq\f(42,14)A＝3A，即為通過R1、R2的電流．設通過R3、R4的電流分別為I3、I4，則由并聯(lián)電路電壓相等，得I3R3＝I4R4；又I3＋I4＝3A，解得I3＝1A，I4＝2A.[答案]見解析上例中，如果將1A的電流通過a、d電路，則每個電阻兩端的電壓分別是多少？a、d之間的總電壓是多少？提示：由U1＝IR1＝8VU2＝IR2＝4VU3＝U4＝IRcd＝2VUad＝U1＋U2＋U3＝14V.解決簡單混聯(lián)電路的方法(1)準確地判斷出電路的連接方式，畫出等效電路圖．(2)準確地利用串、并聯(lián)電路的基本規(guī)律、特點．(3)靈活地選用恰當?shù)奈锢砉竭M行計算．1.如圖所示電路，R1＝2Ω，R2＝3Ω，R3＝4Ω.(1)如果已知流過電阻R1的電流I1＝3A，則干路電流多大？(2)如果已知干路電流I＝3A，則流過每個電阻的電流多大？思路點撥：(1)干路中的電流等于流過三個電阻中的電流之和．(2)R1、R2、R3三個電阻兩端的電壓相等．(3)根據(jù)干路電流和總電阻可求出A、B間電壓．[解析](1)由歐姆定律得R1兩端的電壓U1＝I1R1＝3×2V＝6VR1、R2、R3并聯(lián)，三者兩端電壓應相等，即U1＝U2＝U3R2中的電流為I2＝eq\f(U2,R2)＝eq\f(6,3)A＝2AR3中的電流為I3＝eq\f(U3,R3)＝eq\f(6,4)A＝1.5A干路中的電流為I＝I1＋I2＋I3＝6.5A.(2)設并聯(lián)后的總電阻為R，則eq\f(1,R)＝eq\f(1,R1)＋eq\f(1,R2)＋eq\f(1,R3)所以R＝eq\f(12,13)Ω并聯(lián)電路兩端的電壓為U＝IR＝3×eq\f(12,13)V＝eq\f(36,13)V電流分別為I1＝eq\f(U,R1)＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(36,13))),2)A≈1.38AI2＝eq\f(U,R2)＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(36,13))),3)A≈0.92AI3＝eq\f(U,R3)＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(36,13))),4)A≈0.69A.[答案](1)6.5A(2)1.38A0.92A0.69A電壓表和電流表的改裝1.電表的改裝分析小量程的表頭G改裝成電壓表V小量程的表頭G改裝成電流表A內(nèi)部電路R的作用分壓分流擴大量程計算U＝Ig(R＋Rg)R＝eq\f(U,Ig)－Rg＝(n－1)Rg其中n＝eq\f(U,Ug)＝eq\f(U,IgRg)IgRg＝(I－Ig)RR＝eq\f(IgRg,I－Ig)＝eq\f(Rg,n－1)其中n＝eq\f(I,Ig)電表的總內(nèi)阻RV＝Rg＋RRA＝eq\f(RRg,R＋Rg)把電流表或電壓表接入電路時，對原電路會產(chǎn)生影響，如果這種影響很小并可以忽略時，電流表或電壓表就可以看成理想電表，即認為電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻無窮大．2．電表的校對按圖所示的電路對改裝后的電表進行校對．校對時注意搞清楚改裝后電表刻度盤每一小格表示多大的數(shù)值．(1)測電壓時，電壓表由于并聯(lián)在電路中，使整個電路的電阻減小，內(nèi)阻越大，測量時對電路的影響越?。?2)測電流時，電流表由于串聯(lián)在電路中，使整個電路的電阻增大，內(nèi)阻越小，測量時對電路的影響越?。纠?】有一電流表G，內(nèi)阻Rg＝100Ω，滿偏電流Ig＝1mA.(1)要把它改裝成量程為0～3V的電壓表，應串聯(lián)一個多大的電阻？改裝后電壓表的內(nèi)阻是多大？(2)要把它改裝成量程為0～0.6A的電流表，需要并聯(lián)一個多大的電阻？改裝后電流表的內(nèi)阻是多大？[解析](1)由題意知電流表G的滿偏電壓Ug＝IgRg＝0.1V改裝成量程為0～3V的電壓表，當達到滿偏時，分壓電阻R的分壓UR＝U－Ug＝2.9V所以分壓電阻R＝eq\f(UR,Ig)＝eq\f(2.9,0.001)Ω＝2900Ω改裝后電壓表的內(nèi)阻RV＝Rg＋R＝3000Ω.(2)改裝成量程為0～0.6A的電流表，當達到滿偏時，分流電阻R的分流IR＝I－Ig＝0.599A所以分流電阻R＝eq\f(Ug,IR)≈0.167Ω改裝后電流表的內(nèi)阻RA＝eq\f(RgR,Rg＋R)≈0.167Ω.[答案](1)2900Ω3000Ω(2)0.167Ω0.167Ω電表改裝問題的兩點提醒(1)無論表頭G改裝成電壓表還是電流表，它的三個特征量Ug、Ig、Rg是不變的，即通過表頭的最大電流Ig并不改變．(2)電表改裝的問題實際上是串、并聯(lián)電路中電流、電壓的計算問題，只要把表頭G看成一個電阻Rg即可，切記通過表頭的滿偏電流Ig是不變的．(3)改裝后的電壓表的表盤上顯示的是表頭和分壓電阻兩端的總電壓，改裝后的電流表表盤上顯示的是通過表頭和分流電阻的總電流．2.一量程為0.6A的電流表，其刻度盤如圖所示，若此電流表的兩端并聯(lián)一個電阻，其阻值等于該電流表內(nèi)阻的一半，使其成為一個新的電流表，則圖示的刻度盤上的一個小格表示多少安培？[解析]設該表內(nèi)阻為Rg，并聯(lián)電阻值為eq\f(Rg,2)的分流電阻后，分流電阻承擔的電流為IR＝eq\f(IgRg,\f(Rg,2))＝eq\f(0.6,\f(1,2))A＝1.2A所以改裝后的電流表的量程為I＝IR＋Ig＝(1.2＋0.6)A＝1.8A所以每一個小格表示I0＝eq\f(1.8,30)A＝0.06A.[答案]0.06A伏安法測電阻1.電流表的兩種接法內(nèi)接法外接法電路誤差分析電壓表示數(shù)UV＝UR＋UA>UR，電流表示數(shù)IA＝IR，R測＝eq\f(UV,IA)>eq\f(UR,IR)＝R真電壓表示數(shù)UV＝UR，電流表示數(shù)IA＝IR＋IV>IR，R測＝eq\f(UV,IA)<eq\f(UR,IR)＝R真誤差來源電流表的分壓作用電壓表的分流作用兩種電路選擇條件R越大UR越接近UV，R測越接近R真，該電路適合測大電阻R?RAR越小，IR越接近IA，R測越接近R真，該電路適合測小電阻R?RV2.選擇內(nèi)、外接的常用方法(1)直接比較法：適用于Rx、RA、RV的大小大致可以估計，當Rx?RA時，采用內(nèi)接法，當Rx?RV時，采用外接法，即大電阻用內(nèi)接法，小電阻用外接法．(2)公式計算法：當Rx>eq\r(RARV)(或eq\f(Rx,RA)>eq\f(RV,Rx))時，用內(nèi)接法，當Rx<eq\r(RARV)時(或eq\f(Rx,RA)<eq\f(RV,Rx))，用外接法，當Rx＝eq\r(RARV)時，兩種接法效果相同．(3)試觸法：如圖所示，把電壓表的接線端分別接b、c兩點，觀察兩電表的示數(shù)變化，若電流表的示數(shù)變化明顯，說明電壓表的分流對電路影響大，應選用內(nèi)接法，若電壓表的示數(shù)有明顯變化，說明電流表的分壓作用對電路影響大，所以應選外接法．【例3】用伏安法測量某電阻Rx的阻值，現(xiàn)有實驗器材如下：A．待測電阻Rx：范圍在5～8Ω，額定電流0.45AB．電流表A1：量程0～0.6A(內(nèi)阻0.2Ω)C．電流表A2：量程0～3A(內(nèi)阻0.05Ω)D．電壓表V1：量程0～3V(內(nèi)阻3kΩ)E．電壓表V2：量程0～15V(內(nèi)阻15kΩ)F．滑動變阻器R：0～100ΩG．蓄電池：電動勢12VH．導線，開關為了較準確地測量，并保證器材安全，電流表應選________，電壓表應選________，并畫出電路圖．思路點撥：解答本題可按以下思路分析：(1)根據(jù)Rx的額定電流選電流表量程．(2)根據(jù)Rx兩端最大電壓值選電壓表量程．(3)由Rx、RV、RA的大小關系選內(nèi)外接法．(4)根據(jù)Rx與變阻器的阻值關系選分壓限流接法．[解析]待測電阻Rx的額定電流為0.45A，應選電流表A1，額定電壓Umax＝0.45×8V＝3.6V，應選電壓表V1；由于eq\r(RVRA)＝eq\r(3000×0.2)＝eq\r(600)Ω，Rx<eq\r(RVRA)，因此選用電流表的外接法測電阻；因為電壓表V1量程小于3.6V，且要較準確地測量，故變阻器R應選擇分壓式接法，其電路如圖所示．[答案]A1V1見解析圖3．用伏安法測電阻，可采用如圖所示的甲、乙兩種接法．若所用電壓表內(nèi)阻為5000Ω，電流表內(nèi)阻為0.5Ω.甲乙(1)當測量100Ω左右的電阻時，宜采用________(選填“甲”或“乙”)電路．(2)現(xiàn)采用乙電路測量某電阻的阻值時，兩電表的讀數(shù)分別為10V、0.5A，則此電阻的測量值為________Ω，真實值為________Ω.[解析](1)eq\r(RARV)＝eq\r(5000×0.5)Ω＝50Ω<Rx，Rx為大電阻，故電流表采用內(nèi)接法誤差較小，應用甲電路．(2)如果采用乙電路，則有：R測＝eq\f(U,I)＝eq\f(10,0.5)Ω＝20Ω，eq\f(U,Rx)＋eq\f(U,RV)＝I解得Rx＝20.1Ω.[答案](1)甲(2)2020.1課堂小結知識脈絡1.串、并聯(lián)電路的特點及電路計算．2．電流表、電壓表的改裝原理與電路．3．用伏安法測電阻的原理、內(nèi)接與外接的判斷及誤