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这节课知识内容繁多,这节课从上节课内容:“恒定电流电路内电荷分布是稳定的,同一时间内的流出、定向移动的电荷的电量保持不变”分析得出串联、并联电路的电流关系;利用电势差的基本概念,通过逻辑推导得出串、并联电路的电压关系;在此基础上通过欧姆定律,得出串、并联电路的电阻关系。与初中相比,这一分析过程更加的深入导线中电流的微观本质,有助于学生提高理论分析能力,提升抽象思维能力。
学生在初中对电流、电阻、电压都有一些初步的了解,结合高中前两节学习学生知道了电流的定义及微观表达式,了解电流的强弱与哪些因素有关,通过上节课导体中的电阻知识,学生知道了电阻的作用,导线也有电阻,及决定电阻大小的因素。进一步从微观角度对电流的形成,电阻的认识,深入了解电阻与电流之间的关系,为学习串联、并联电路打好物理思维基础。但是由于学生基础计算能力薄弱,缺乏物理逻辑思维,因此学生在分析电表改装电路时,公式推导方面有很大的难度。
物理观念:理解串、并联电路的电流、电压的关系,从而推导知道电阻的关系,会使用公式进行基本计算,会利用结论分析问题。
科学思维:根据实例,了解串联电路与并联电路的应用限流电路、分压电路的结构与作用,归纳分析电表改装的原理,利用该原理解决问题。
科学探究:运用恒定电流的概念理解串、并联电路中的电流、电压、电阻的关系。
科学态度与责任:通过实例分析、交流与讨论等学习活动,培养学生尊重客观事实、实事求是的科学态度。
重点:熟练掌握串并联电路的特点;电阻的串并联的计算。
难点:表头G改装成大量程电压表和电流表的原理,并会计算分压电阻和分流电阻的阻值。
11.4串联电路和并联电路
一、串并联电路中的电阻
1.串联电路的电阻关系:R总=R1+R2+...+Rn
2.并联电路的电阻关系:
二、串并联电路的应用
1、应用一:限流电路与分压电路
2、应用二:电压表与电流表的改装
表头串联一个大电阻改装成电压表;
表头并联一个小电阻改装成电流表。
初中我们学习串并联电路,都是说两个灯泡串并联之后的电流电压的与原来电流电压的关系。现在如果把两个电阻R1、R2串联或并联后看成一个电阻,你认为这个电阻跟R1、R2应该是怎样的关系?
要获得R的阻值,我们由上节课内容R=U/I,就必须要看R两端的电压与电流,现在用高中物理知识作进一步分析在串并联电路中,电流电压的特点。在此基础上,讨论串、并联电路中各部分电阻的关系。
(一)串、并联电路中的电流
串联电路中的电流有什么特点呢?
初中我们做过实验串联电路中电流各处都相等。
从微观上可以这样解释,在恒定电流电路中各处电荷的分布是保持动态平衡,也就是说对于任何位置的电荷在相等的时间内流入和流出的电荷量必须相等。所以在串联的整条电路中,相同时间内通过0、1、2、3各点的电荷量必然相等。
因此串联电路中的电流处处相等。即I0=I1=I2=I3
在并联电路中,如图在这0点,由于电荷的分布是保持动态平衡。同一时间内从干路流到0点的电荷量,必须等于进入各支路电荷量之和,不然电路就不是动态平衡。
因此并联电路的总电流等于各支路电流之和。即I0=I1+I2+I3
(二)串、并联电路中的电压
电流关系清楚了那电压之间有什么关系呢?
电压就是各点的电势差,图上0点的电势φ0比1点的电势的φ1高U1,同样点1比点2电势高U2,同样点2比点3电势高U3,连起来就是点0比点3电势高U1+U2+U3,这就是串联电路中的电压关系了。
所以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+U3
在并联电路当中电阻左端各点是等电势的,电阻右端各点也是等电势的。
所以并联电路中各支路两端的电压相等。U=U1=U2=U3
三 串、并联电路中的电阻
①串联电路:
两个电阻R1、R2串联起来接到电路里,作为一个整体,它相当于一个电阻R。这个电阻的大小与原来两个电阻的大小有什么关系?
所以就是第一个导体的电压除以第一个导体的电流,也就是第一个导体的电阻。类似的就是第二个导体的电阻。即R总=R1+R2
如果有n个电阻串联,那就在后面加上即可。
于是串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和。即R总=R1+R2+...+Rn
从这个关系可以看出随着串联电阻的增多,电路的总电阻也随着增大。
并联电路的电阻又有什么特点呢?
②并联电路
我们从电流关系开始推导:
总电流等于各支路的电流之和:I=I1+I2
电流可以写成电压与电阻的比值,两边同除以电压U:
小结:
结论:串联电路中每一个电阻都要分担一部分电压,电阻越大分担的电压越多,这就是串联电路的分压作用。
结论:并联电路中每一个电阻都要分担一部分电流,电阻越大分担的电流越小,这就是并联电路的分流作用。
我们知道了电阻在串、并联电路的作用,下面我们来了解都有哪些应用呢?
四 、串、并联电路的应用
1.应用一: 分流电路和分压电路
图1:限流电路 图2:分压电路
2.应用二:电压表和电流表电路结构
常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表(表头)改装而成的。从电路的角度看,表头就是一个电阻,同样遵从欧姆定律。表头与其他电阻的不同在于,通过表头的电流是可以从刻度盘上读出来的。通过的电流越大,指针偏转就越大。它有几个重要的参数。
表头的作用:测电路中的电流
原理:磁场对通电导线的作用
符号:
几个重要的参数:
①表头的电阻 Rg叫作电流表的内阻。是指表头线圈的内阻一般只有几欧是很小的。
②指针偏转到最大刻度时的电流Ig叫作满偏电流。也就是表头的电流量程,一般是几mA左右。
③表头通过满偏电流时,加在它两端的电压 Ug叫作满偏电压: Ug=IgRg
也就是表头的电压量程,大约零点几伏。
思考3:它们的量程如此的小,要想测量日常的电流电压该怎么办呢?
测量较大的电压时,要串联一个电阻R,把表头改装成电压表。串联电阻R的作用是分担一部分电压,起这种作用的电阻常常被叫作分压电阻。分析原理图及串联的电阻公式如下图:
测量较大的电流时,则要并联一个电阻R,把小量程的表头改装成大量程的电流表。并联电阻R的作用是分去一部分电流,起这种作用的电阻常常被叫作分流电阻。分析原理图及串联的电阻公式如下图:
例2:有两个量程的电压表,当使用A、B两个端点时,量程为0-10V,当使用A、C两个端点时,量程为0-100V。已知电流表的内阻Rg为500Ω,满偏电流Ig为1mA,求电阻R1、R2的值。
解题提示:AB之间把Rg和R1看成一个电阻,AB满偏最大电压为10V,满偏电流为1mA,且处处相等。
由欧姆定律得:UAB=Ig(Rg+R1)
代入数据得:10=1×10-3(500+R1)
解得:R1=9.5×103Ω
同理:UAC=Ig(Rg+R1+R2)
代入数据得:100=1×10-3(500+R1+R2)
解得:R2=9×104Ω
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