选修3-1第二章 第4节 串联电路和并联电路
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一、串、并联电路的特点┄┄┄┄┄┄┄┄①(1)串联电路中各电阻两端的电压跟它的阻值成正比,即I =U 1R 1=U 2R 2=…=U n R n =U 总R 总。
(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,即U =I 1R 1=I 2R 2=…=I n R n =I 总R 总。
①[判一判]1.在电路中的任何一个位置串联一个电阻时,电路中的总电阻一定变大(√) 2.在电路中的任何一个位置并联一个电阻时,电路中的总电阻不一定变小(×) 3.两并联电阻的电流与电阻成反比,两串联电阻的电压与电阻成正比(√) 二、电流表和电压表┄┄┄┄┄┄┄┄② 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I g 、满偏电压U g 、内阻R g ,根据欧姆定律,三个参数之间的关系是U g =I g R g 。
3.改装(1)电压表改装:测量较大的电压时,将表头上串联一个较大的电阻,就改装成了电压表。
(2)电流表改装:测量较大的电流时,将表头上并联一个较小的电阻,就改装成了量程较大的电流表。
[说明](1)电表的改装分析略,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[判一判]1.同一表头改装成的电压表,串联的电阻越大,改装后的电压表的量程越大(√) 2.同一表头改装成的电流表,并联的电阻越大,改装后的电流表的量程越大(×) 3.改装后的电压表的内阻是表头内阻与串联电阻之和,改装后的电流表的内阻是表头内阻与并联电阻的并联值(√)1.关于电阻串、并联的几个结论(1)串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的电阻。
(2)并联电路的总电阻小于其中任一支路的电阻,且小于其中最小的电阻。
(3)几个相同的电阻R 并联,其总电阻为R 总=Rn 。
(4)多个电阻并联时,其中任一电阻增大或减小,总电阻也随之增大或减小。
可用两个电阻R 1与R 2的并联加以说明,R =R 1R 2R 1+R 2=R 21+R 2R 1=R 11+R 1R 2,可见,当R 1或R 2增大或减小时,R 都是增大或减小的。
4 串联电路和并联电路学习目标知识脉络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)串、并联电路的特点[先填空]串联电路并联电路电流各处电流相等,即I=I1=I2=…=I n总电流等于各支路电流之和,即I=I1+I2+…+I n电压总电压等于各部分电压之和,即U=U1+U2+…+U n各支路两端电压相等,即U=U1=U2=…=U n总电阻总电阻等于各部分电阻之和,即R=R1+R2+…+R n总电阻倒数等于各支路电阻倒数之和,即1R=1R1+1R2+…+1R n[再判断]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.串联电路中有一电阻变大,总电阻变大.(√)4.并联电路中某电阻变大时,总电阻减小.(×)[后思考]1.试想马路上的路灯是如何连接的?【提示】照明电路的电压为220 V,而每个灯泡的额定电压也是220 V,因此欲使路灯同时正常工作,它们之间只能是并联.2.串联电路中各电阻两端的电压跟它的阻值有什么关系?【提示】电压与电阻成正比.[合作探讨]如图2-4-1所示,图甲为电阻R1、R2、R3组成的串联电路;图乙为电阻R1、R2、R3组成的并联电路.甲乙图2-4-1探讨1:图甲中总电压U与各电阻两端电压U R1、U R2、U R3存在怎样的关系?各电阻两端电压与电阻存在怎样的关系?【提示】U=U R1+U R2+U R3各电阻两端电压与电阻成正比.探讨2:图乙中总电流I与各支路电流I1、I2、I3存在怎样的关系?各支路的电流与电阻存在怎样的关系?【提示】I=I1+I2+I3各支路的电流与电阻成反比.[核心点击]1.串、并联电路中总电阻R总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=RnR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2.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的阻值成正比.推导:在串联电路中,由于U1=I1R1,U2=I2R2,U3=I3R3,…,U n=I n R n,而I=I1=I2=…=I n,所以有U1R1=U2R2=…=U nR n=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,…,U n=I n R n,而U1=U2=…=U n,所以有I1R1=I2R2=…=I n R n=I总R总=U.1.如图2-4-2所示,R2=R4,理想电压表V1的示数为70 V,理想电压表V2的示数为50 V,则A、B间的电压为()图2-4-2A.140 V B.120 VC.100 V D.无法计算【解析】理想电压表所在支路不通,则题图所示电路是四个电阻串联,电压表V1测量的是R1和R2两端的电压之和,电压表V2测量的是R2和R3两端的电压之和.因为R 2=R 4,所以电压表V 2相当于测的是R 3和R 4两端的电压之和,即A 、B 间的电压为电压表V 1的示数与电压表V 2的示数之和,则A 、B 间的电压为50 V +70 V =120 V ,选项B 正确.【答案】 B2.由四个电阻连接成的电路如图2-4-3所示.R 1=8 Ω,R 2=4 Ω,R 3=6 Ω,R 4=3 Ω.图2-4-3(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?【导学号:34522024】【解析】 (1)由题图可知R c d =R 3R 4R 3+R 4=6×36+3Ω=2 Ω. 故R ad =R 1+R 2+R c d =8 Ω+4 Ω+2 Ω=14 Ω.(2)由欧姆定律知I =U R ad=4214A =3 A , 即为通过R 1、R 2的电流.设通过电阻R 3、R 4的电流分别为I 3、I 4,由U c d =IR c d ,I 3=U c d R 3、I 4=U c d R 4可得: I 3=1 A ,I 4=2 A.【答案】 (1)14 Ω(2)3 A 、3 A 、1 A 、2 A(1)处理串联、并联电路以及简单的混联电路的方法:① 准确地判断出电路的连接方式,画出等效电路图;② 正确利用串联、并联电路的基本规律、性质;③灵活选用恰当的公式进行计算.(2)电路简化的原则:① 无电流的支路去除;②电势相等的各点合并;③理想导线可长短任意;④理想电流表的电阻为零,理想电压表的电阻为无穷大;⑤电压稳定时电容器可认为断路.电压表和电流表[先填空]1.小量程电流表Ⓖ(表头)的三个参数2.电压表的改装3.电流表的改装[再判断]1.把小量程的电流表改装成大量程的电流表需串联一个电阻.(×)2.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.(×)3.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.(√)[后思考]把一个小量程的电流表改装成一个大量程的电压表后,通过校对发现电压表量程偏大,若要符合改装要求,怎么办?【提示】电压表改装利用的是串联电路正比分压的特点,改装后的电压表量程偏大,说明串联电阻偏大,应该换用阻值小的符合改装要求的电阻.[合作探讨]如图2-4-4所示,为一个满偏电流为3 mA,电阻为100 Ω的表头.图2-4-4探讨1:现在欲用它作为电压表测量3 V的电压,能直接测量吗?若不能,应采取什么措施?【提示】因表头的满偏电压U g=I g R g=0.3 V,不能直接测量3 V的电压,应给表头串联一个为2900 Ω的分压电阻.探讨2:现在欲用它作为电流表测量6 mA的电流,应采取什么措施?【提示】应并联一个阻值为100 Ω的电阻.[核心点击]电表的改装问题,实际上是串、并联电路中电流、电压的计算问题,具体分析见表:两表改装小量程的表头G(I g,R g)改装成电压表小量程的表头G(I g,R g)改装成电流表Ⓐ内部电路扩大后量程U I R的作用分压分流R的数值R=UI g-R g或R=(n-1)R g(n=R=I g R gI-I g或R=R gn-1(n=II g)UU g)电表的总内阻R V=R g+R或R V=UI gR A=RR gR+R g或R A=I g R gI3.如图2-4-5所示,电流表G的内阻不可忽略不计,R1、R2是两个可变电阻,当a、b间的电压为4 V时,电流表的指针刚好满偏(指针指在刻度盘的最大值处),当a、b间的电压为3 V时,如果仍要使电流表G的指针满偏,下列方法中可行的是()图2-4-5①保持R2不变,增大R1②增大R1,减小R2③保持R2不变,减小R1④增大R2,减小R1A.①②B.①④C.②③D.③④【解析】当a、b间的电压为3 V时,要使电流表G的指针满偏,则使G 和R1的并联电阻增大或者使R2减小,故①②可以,选A.【答案】 A4.如图2-4-6所示是一个电流表、电压表两用的电路,电流表G的量程是100 μA,内阻是1 000 Ω.电阻R1=0.1 Ω,R2=99 kΩ,当双刀双掷开关合到a、b上时,电流表改装成什么表?其量程是多少?当双刀双掷开关合到c、d上时,电流表改装成什么表?其量程是多少?【导学号:34522025】图2-4-6【解析】当双刀双掷开关合到a、b上时,电路变成如图甲所示的电路,此时R1与电流表G并联,R1起分流作用,所以电流表G改装成大量程电流表根据并联电路的特点,电流表的量程为:I=I g+I R1=I g+I g R g R1=10-4 A+100×10-6×1 0000.1A≈1 A.甲乙当开关合到c、d上时,电路变成如图乙所示的电路,此时大电阻R2与电流表G串联,R2起分压作用,所以电流表G改装成电压表.根据串联电路的特点,电压表量程为:U=I g(R g+R2)=0.000 1×(1 000+99 000) V=10 V.【答案】见解析电表改装问题的三点提醒(1)无论表头G改装成电压表还是电流表,它的三个特征量U g、I g、R g是不变的,即通过表头的最大电流I g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R g即可,切记通过表头的满偏电流I g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.高中物理考试答题技巧及注意事项在考场上,时间就是我们致胜的法宝,与其犹犹豫豫不知如何落笔,倒不如多学习答题技巧。