2019-2020学年高中物理 第2章 4 串联电路和并联电路课件 新人教版选修3-1

第二章恒定电流4串联电路和并联电路[学习目标]1.知道串、并联电路的电流、电阻和电压特点。(重点)2.掌握串、并联电路的相关计算。(重点)3.了解电流表(表头)的原理，知道什么是满偏电流和满偏电压。(难点)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。(难点)自主预习探新知一、串、并联电路的特点串联电路并联电路电流各处电流相等：I＝总电流等于各支路：I＝电压总电压等于各部分：U＝各支路两端电压：U＝U1＝U2＝…＝UnI1＝I2＝…＝In电流之和I1＋I2＋…＋In_电压之和U1＋U2＋…＋Un相等总电阻总电阻等于各部分电阻：R＝总电阻倒数等于各支路电阻：1R＝1R1＋1R2＋…＋1RnR1＋R2＋…＋Rn之和倒数之和二、电流表和电压表1．表头小量程的电流表，符号为G。2．表头的三个参数满偏电流Ig、_____________、内阻Rg，根据欧姆定律，三个参数之间的关系是。Ug＝IgRg满偏电压Ug3．改装(1)电压表改装：测量较大的电压时，将表头上一个的电阻，就改装成了电压表。(2)电流表改装：测量较大的电流时，将表头上一个的电阻，就改装成了量程较大的电流表。较小串联较大并联1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)串联电路的总电阻大于电路中任意电阻。()(2)并联电路的总电阻小于电路中任意电阻。()(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。()(5)若将分流电阻并联在电流表两端改装成电流表后，分流电阻和电流表两端的电压相等。()√√√××2．(多选)把电流表改装成电压表时，下列说法正确的是()A．改装的原理是串联电阻有分压作用B．改装成电压表后，原电流表本身允许通过的最大电流值也随着变大了C．改装后原电流表自身的电阻也增大了D．改装后使用时，加在原电流表两端的电压的最大值不变AD[电流表改装成电压表的原理是串联电路的分压作用，故A正确；电流表改装成电压表后Rg、Ig、Ug均不变，故B、C错误，D正确。]3．(多选)电阻R1、R2、R3串联在电路中。已知R1＝10Ω、R3＝5Ω，R1两端的电压为6V，R2两端的电压为12V，则()A．电路中的电流为0.6AB．电阻R2的阻值为20ΩC．三只电阻两端的总电压为21VD．电阻R3两端的电压为4VABC[电路中电流I＝U1R1＝610A＝0.6A；R2阻值为R2＝U2I＝120.6Ω＝20Ω，三只电阻两端的总电压U＝I(R1＋R2＋R3)＝21V；电阻R3两端的电压U3＝IR3＝0.6×5V＝3V。]合作探究攻重难对串、并联电路的理解1.串联电路、并联电路总电阻的比较串联电路的总电阻R总并联电路的总电阻R总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＝RnR总大于任一电阻阻值R总小于任一电阻阻值不同点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2.串、并联电路中，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的阻值成正比。推导：在串联电路中，由于U1＝I1R1，U2＝I2R2，U3＝I3R3…Un＝InRn，I＝I1＝I2＝…＝In，所以有U1R1＝U2R2＝…＝UnRn＝UR总＝I。(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。推导：在并联电路中，U1＝I1R1，U2＝I2R2，U3＝I3R3…Un＝InRn，U1＝U2＝…＝Un，所以有I1R1＝I2R2＝…＝InRn＝I总R总＝U。【例1】由四个电阻连接成的电路如图所示。R1＝8Ω，R2＝4Ω，R3＝6Ω，R4＝3Ω。(1)求a、d之间的总电阻；(2)如果把42V的电压加在a、d两端，则通过每个电阻的电流是多少？思路点拨：(1)分清四个电阻的串、并联关系。(2)流过R3和R4的电流与其电阻值成反比。[解析](1)由题图可知Rcd＝R3R4R3＋R4＝6×36＋3Ω＝2Ω。故Rad＝R1＋R2＋Rcd＝8Ω＋4Ω＋2Ω＝14Ω。(2)由欧姆定律知I＝URad＝4214A＝3A，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＝3A，解得I3＝1A，I4＝2A。[答案]见解析上例中，如果将1A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？提示：由U1＝IR1＝8VU2＝IR2＝4VU3＝U4＝IRcd＝2VUad＝U1＋U2＋U3＝14V。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．如图所示电路，R1＝2Ω，R2＝3Ω，R3＝4Ω。(1)如果已知流过电阻R1的电流I1＝3A，则干路电流多大？(2)如果已知干路电流I＝3A，则流过每个电阻的电流多大？思路点拨：(1)干路中的电流等于流过三个电阻中的电流之和。(2)R1、R2、R3三个电阻两端的电压相等。(3)根据干路电流和总电阻可求出A、B间电压。[解析](1)由欧姆定律得R1两端的电压U1＝I1R1＝3×2V＝6VR1、R2、R3并联，三者两端电压应相等，即U1＝U2＝U3R2中的电流为I2＝U2R2＝63A＝2AR3中的电流为I3＝U3R3＝64A＝1.5A干路中的电流为I＝I1＋I2＋I3＝6.5A。(2)设并联后的总电阻为R，则1R＝1R1＋1R2＋1R3所以R＝1213Ω并联电路两端的电压为U＝IR＝3×1213V＝3613V电流分别为I1＝UR1＝36132A≈1.38AI2＝UR2＝36133A≈0.92AI3＝UR3＝36134A≈0.69A。[答案](1)6.5A(2)1.38A0.92A0.69A电压表和电流表的改装1.电表的改装分析小量程的表头G改装成电压表V小量程的表头G改装成电流表A内部电路R的作用分压分流扩大量程计算U＝Ig(R＋Rg)R＝UIg－Rg＝(n－1)Rg其中n＝UUg＝UIgRgIgRg＝(I－Ig)RR＝IgRgI－Ig＝Rgn－1其中n＝IIg电表的总内阻RV＝Rg＋RRA＝RRgR＋Rg把电流表或电压表接入电路时，对原电路会产生影响，如果这种影响很小并可以忽略时，电流表或电压表就可以看成理想电表，即认为电流表内阻为零，电压表内阻无穷大。2．电表的校对按图所示的电路对改装后的电表进行校对。校对时注意搞清楚改装后电表刻度盘每一小格表示多大的数值。(1)测电压时，电压表由于并联在电路中，使整个电路的电阻减小，内阻越大，测量时对电路的影响越小。(2)测电流时，电流表由于串联在电路中，使整个电路的电阻增大，内阻越小，测量时对电路的影响越小。【例2】有一电流表G，内阻Rg＝100Ω，满偏电流Ig＝1mA。(1)要把它改装成量程为0～3V的电压表，应串联一个多大的电阻？改装后电压表的内阻是多大？(2)要把它改装成量程为0～0.6A的电流表，需要并联一个多大的电阻？改装后电流表的内阻是多大？[解析](1)由题意知电流表G的满偏电压Ug＝IgRg＝0.1V改装成量程为0～3V的电压表，当达到满偏时，分压电阻R的分压UR＝U－Ug＝2.9V所以分压电阻R＝URIg＝2.90.001Ω＝2900Ω改装后电压表的内阻RV＝Rg＋R＝3000Ω。(2)改装成量程为0～0.6A的电流表，当达到满偏时，分流电阻R的分流IR＝I－Ig＝0.599A所以分流电阻R＝UgIR≈0.167Ω改装后电流表的内阻RA＝RgRRg＋R≈0.167Ω。[答案](1)2900Ω3000Ω(2)0.167Ω0.167Ω电表改装问题的两点提醒(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)电表改装的问题实际上是串、并联电路中电流、电压的计算问题，只要把表头G看成一个电阻Rg即可，切记通过表头的满偏电流Ig是不变的。(3)改装后的电压表的表盘上显示的是表头和分压电阻两端的总电压，改装后的电流表表盘上显示的是通过表头和分流电阻的总电流。2．一量程为0.6A的电流表，其刻度盘如图所示，若此电流表的两端并联一个电阻，其阻值等于该电流表内阻的一半，使其成为一个新的电流表，则图示的刻度盘上的一个小格表示多少安培？[解析]设该表内阻为Rg，并联电阻值为Rg2的分流电阻后，分流电阻承担的电流为IR＝IgRgRg2＝0.612A＝1.2A所以改装后的电流表的量程为I＝IR＋Ig＝(1.2＋0.6)A＝1.8A所以每一个小格表示I0＝1.830A＝0.06A。[答案]0.06A伏安法测电阻1.电流表的两种接法内接法外接法电路误差分析电压表示数UV＝UR＋UAUR，电流表示数IA＝IR，R测＝UVIAURIR＝R真电压表示数UV＝UR，电流表示数IA＝IR＋IVIR，R测＝UVIAURIR＝R真误差来源电流表的分压作用电压表的分流作用两种电路选择条件R越大UR越接近UV，R测越接近R真，该电路适合测大电阻R≫RAR越小，IR越接近IA，R测越接近R真，该电路适合测小电阻R≪RV2.选择内、外接的常用方法(1)直接比较法：适用于Rx、RA、RV的大小大致可以估计，当Rx≫RA时，采用内接法，当Rx≪RV时，采用外接法，即大电阻用内接法，小电阻用外接法。(2)公式计算法：当RxRARV(或RxRARVRx)时，用内接法，当RxRARV时(或RxRARVRx)，用外接法，当Rx＝RARV时，两种接法效果相同。(3)试触法：如图所示，把电压表的接线端分别接b、c两点，观察两电表的示数变化，若电流表的示数变化明显，说明电压表的分流对电路影响大，应选用内接法，若电压表的示数有明显变化，说明电流表的分压作用对电路影响大，所以应选外接法。【例3】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5～8Ω，额定电流0.45AB．电流表A1：量程0～0.6A(内阻0.2Ω)C．电流表A2：量程0～3A(内阻0.05Ω)D．电压表V1：量程0～3V(内阻3kΩ)E．电压表V2：量程0～15V(内阻15kΩ)F．滑动变阻器R：0～100ΩG．蓄电池：电动势12VH．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。思路点拨：解答本题可按以下思路分析：(1)根据Rx的额定电流选电流表量程。(2)根据Rx两端最大电压值选电压表量程。(3)由Rx、RV、RA的大小关系选内外接法。(4)根据Rx与变阻器的阻值关系选分压限流接法。[解析]待测电阻Rx的额定电流为0.45A，应选电流表A1，额定电压Umax＝0.45×8V＝3.6V，应选电压表V1；由于RVRA＝3000×0.2＝600Ω，RxRVRA，因此选用电流表的外接法测电阻；因为电压表V1量程小于3.6V，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3．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5000Ω，电流表内阻为0.5Ω。甲乙(1)当测量100Ω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10V、0.5A，则此电阻的测量值为________Ω，真实值为________Ω。[解析](1)RARV＝5000×0.5Ω＝50ΩRx，Rx为大电阻，故电流表采用内接法误差较小，应用甲电路。(2)如果采用乙电路，则有：R测＝UI＝100.5Ω＝20Ω，URx＋URV＝I解得Rx＝20.1Ω。[答案](1)甲(2)2020.1课堂小结知识脉络1.串、并联电路的特点及电路计算。2.电流表、电压表的改装原理与电路。3.