高中4 串联电路和并联电路教学设计及反思
展开[科目] 物理
[关键词] 教案/串联电路 并联电路
[年级] 高二
[文件] jan1.doc
[标题] 第三单元 串联电路和并联电路
[内容]
第三单元 串联电路和并联电路
【教学结构】
一、串联电路:如图1所示
串联电路的特点
1.串联电路中各处电流强度相等,图1中R1、R2中电流强度为I1、I2
I1=I2 若3个电阻串联I1=I2=I3
2.串联电路中,总电压等于各部分电路电压之和,电路AB两端总电压为U,R1、R2的电压为U1、U2,U=U1+U2
上面所述为串联电路基本特点,有必要通过实验让学生观察,并达到深信的目的。
3.串联电路分压:串联电路中各个电阻两端电压跟它的阻值成正比。图1所示电路中R1电流强度I1= R2:I2=, ∵I1=I2 =
4.串联电路的总电阻等于各导体的电阻之和,U=R总I U1=R1I1 U2=R2I2
∵U=U1+U2 ∴R总=R1+R2
5.串联电路消耗总功率等于各电阻消耗
功率之和即P=P1+P2
二、并联电路:如图2所示
并联电路的特点
1.并联电路中各支路两端电压相等,AB电路总电压,R1、R2两端电压分别为U、U1、U2,则:U=U1=U2
2.并联电路总电流强度等于各支路电流强度之和 即 I=I1+I2
3.并联电路总电阻倒数,等于各个导体的电阻倒数之和。I=,I1=,I2=
则=+∵U=U1=U2∴ =+
使用此关系式时应明确,R=,R<R1,R<R2,并联电阻越多总电阻越小,但不是R1或R2越大,总电阻越小。例如两个2电阻并联总电阻为1,两个4电阻并联总电阻为2,又如R1与R2并联R1不变,R2增大,并联总电阻应是增大而不是减小。
4.分流作用:并联电路中通过各导体的电流强度跟它的电阻成反比
I1 R1=U I2 R2=U =
可见在并联电路中,电阻越小通过电流强度越大。
5.并联电路功率分配:并联电路中各电阻消耗电功率跟它阻值成反比。
P1=U2/R1 P2=U2/R2 ∴=
可见在并联电路中,电阻越小消耗电功率越大。
三、串、并联电路的判断。
在串、并联同时存在的电路,如何分清各个电阻连接关系,学生必须搞清楚,并且需要学生会把较复杂的特殊电路改画为习惯的电路,
学生必须具备这种能力。
如图3所示,AB间电路的连接方式:R2、R3、R4串联,
然后与R1并联。其方法是假设电流由A流入B流出,
根据电流流向,很容易得到上述结论。
如图4所示,用导线连接AD,R2、R3串联与电阻
为零的导线并联,电阻R2、R3被短路。AB间电路
就是R1与R2并联。被短路的电阻,虽然仍接在电
路中,但不会有电流流过,不能起到电阻作用,
把R2、R3取走也不影响电路。
如图5所示,用导线连接AD、BC,导线AD与BC
相交而不相连,认真分析电路可知,AD不能短路
R2、R3、BC也不能短路R3、R4,进一步分析,导线
AD把4个电阻一端连在一起,导线BC把4个电阻
另一端连在一起,因此4个电阻应为并联。
并联电路特点之一,电压相等,即并联电阻的两端电势分别相等,图2中R1与R2左端电势相等,右端电势也相等,R1、R2关联。图5中AD使4个电阻一端电势相等,BC使4个电阻一端电势相等,BC使4个电阻另一端电势相等,因此四个电阻并联。用电势方法判断并联电路是很有效的方法。
【解题要点】
例1.如图6所示,AB间电路是电路的一部分,
若三个电阻通过电流分别为I1、I2、I3,电压为
U1、U2、U3,消耗电功率为P1、P2、P3,
求I1:I2:I3=? U1:U2:U3=? P1:P2:P3=?
解:I1=I2+I3,I2:I3=R3:R2 I1:I2:I3=(R3+R2):R3:R2
R2与R3并联,∴U2=U3,R1与R2、R3并联电阻R23串联,根据串联电路特点:
U1:U2=R1:R23 R23=,∴U1:U2=R1 (R2+R3):R2 R3
U1:U2:U3=R1(R2+R3):R2R3:R2 R3
P1=U1I1 P2=U2 I2 P3=U3 I3
∴P1:P2:P3=R1(R2+R3)2:R2R23:R22R3
解答本题,必须能熟练使用串并联的特点,同时要求较高的数学能力。
例2.标有“10V,10W”的三个电阻,按图7方式连成电路,
此电路允许加电压的最大值Uab与电路允许消耗最大功率是( )
A 20V 30W B 20V 15W C 15V 20W D 15V 15W
解:三个电阻额定电压,额定功率相同,三个电阻阻值相等。电阻1与电阻2、3并联电阻串联,根据并联电阻阻值计算式,可得电阻1等2倍电阻2、3并联电阻值,I1=2I2 U1=2U2,电路加电压为20V时,U1=×20V>10V,电阻1被烧毁,电阻2、3也不能正常工作,选项A、B均是错误的。当电路最大电压为15V时,U1=10V,U2=U3=5V,电阻1加额定电压电功率为额定功率P1=10W,电阻2、3电压小于额定电压,实际消耗功率为额定功率的1/4,电阻2、3实际消耗功率为5W,电路加电压最大值为15V,因此电路允许消耗电功率也只有15W,选项C是错误的,选项D是正确的。
从解答过程中可知,不仅需要熟练掌握电流强度,电压,电功率这些概念和串并联电路特点,还必须有分析电路的能力,不然生搬硬套这些概念,特点,造成解答错误。因此必须提高分析电路的能力。
例3.如图8所示,在电路AB两端加电压UAB=11V,通过电阻R1的电流强度I1=2A,电阻R3消耗电功率为25W,已知R2=2,
求R1、R2。
解:R1两端电压为I1R1=2R1,R2中的电流强度
I2==R1
R3两端电压U3=11-2R1,R3中的电流强度I3=2+R1
根据题给的条件,P3=(11-2R1)(2+R1)=25,
P3的方程中只有一个未知数,R1可解出:R1=3或
R1=
当R1=3时,U3=5V,P3==25,R3=1
当R1=时,U3=10V =25,R3=4
把两组找回题中检验,两组解均正确。
R1=3 R3=1或R1= R3=4
综合使用电压,电流强度,电功率和串并联电路的特点的能力需要提高。
例4.甲乙两种同样材料制成的保险丝,直每径分别为d1=0.5mm和d=1mm,熔断电流分别为2A和6A,把以上两根保险丝各取等长一段并联后再接入电路中,允许通过的最大电流是( )
A.6.0A B.7.5A C.8A D.10A
解:根据电阻定律:R1=4R2,两保险丝并联后接入电路,电流分配应是I2=4I1。当I1=2A时,I2=8A>6A,保险丝R2会熔断,R1也会随之熔断,当I2=6A时,I1=1.5A,保险丝R1、R2均不会熔断。选项A,6.0A<7.5A不是最大电流,不应选,C、D选项均大于7.5A,也不应选,选项B是正确的。
例5.如图9所示,在电路AB处接电源,4个灯均能正常发光,
判断4个灯额定电压的大小关系。已知灯2电阻R2等于
灯1电阻R1。
解:4个灯均能正常发光,每个灯两端电压均为额定
电压。图示电路不容易判断出各灯电压关系,必须改
画成习惯的容易判断的电路,如图10所示。
灯L1与灯L2并联,电压相等,灯L1和灯L4额定
电压U1和U2相等。灯L1与灯L4的并联电阻
R14<R1=R2,串联电路分压,灯L2的电压U2>U1,
灯L3的电压U3=U1+U2,所以各灯额定电压关系是:U3>U2>U1=U4。
本题在解答过程中,关键是改画电路,会使用我们讲过的判断串、并联电路的方法,应加强这方面的练习。
【课余思考】
1.串、并联电路基本特点是什么,串联,并联电路的总电阻如何计算?
2.串、并联电路如何分配电压、电流、电功率?
【同步练习】
1.在电灯旁并联一个电炉子,电灯变暗这是由于( )
A.电炉子使电路的总电流减弱。
B.电路总电流没变,而电炉子从中分流。
C.干路电流增大,使干线上电压降增大。
D.干线上电压降没变,而电灯两端电压减小了。
2.在图11所示电路中,AB两端电压稳定,当K断开时,则各表读数将( )
A.A1变小,A2变小,V变小
B.A1变大,A2变小,V变小
C.A1变小,A2变大,V变大
D.A1变大,A2变大,V变小
3.如图12所示,灯A为“110V 60W”灯B为“110V 100W”为使它们在220V电路中都正常发光,且消耗电功率最小,应采用的接法是( )
图12
4.将滑动变阻器作分压器用,如图13所示,A、B为分压器的输出端,若把滑动变阻器的滑动触片放在变阻器正中,
则( )
A.空载时输出电压UAB=。
B.接上负载时,输出电压UAB<。
C.负载电阻R越大UAB越接近。
D.负载电阻越小UAB越接近。
5.如图14所示,是某一电路的一部分,其中R1=5,R2=1,R3=3,I1=0.2A,I2=0.1A,则电流表上的电流为( )
A. 0.2A 方向向右
B. 0.15A 方向向左
C. 0.2A 方向向左
D. 0.3A 方向向右
6.如图15所示的电路中,三个电阻的阻值相等,
电流表A1、A2、A3的内阻可以忽略不计,它们
的读数分别为I1、I2、I3,
则I1:I2:I3 = 。
7.如图16所示电路中,R0为定值电阻,要使
AB间的总电阻恰等于R0,则R1= 。
8.如图17所示,电路电源电压恒定,将电阻接在
a、b两点时电阻电功率9W,若将电阻接在
离a、b较远的c、d两点时,R消耗电功
率为4W,则导线ac和bd消耗总功率为 。
[参考答案]
1.C 2.C 3.C 4.A B C 5.C
6.3:2:2 7.R0 8.2W
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