11.4串联电路和并联电路（素养提升）导学案-2023-2024学年人教版（2019）高中物理必修第三册
展开11.4 串联电路和并联电路（素养提升）
【学习目标】
1．能分析电流表内接法和外接法测电阻的系统误差，在连接电路时能够做出正确的选择
2．能分析滑动变阻器的两种接法，在连接电路时能够做出正确的选择
3. 能结合具体情景设计电路
【质疑提升1】伏安法测电阻实验中的内接法与外接法
1. 伏安法测电阻实验原理是什么？
我们分别用伏特表、安培表测出电阻两端 和通过电阻 ，通过欧姆定律得电阻R＝ 。
2. 什么是内接法与外接法？各自又有怎样的误差？如何选用恰当的方法减小测量误差呢？
（1）内接法和内接法定义：所谓伏安法测电阻中的内、外接法是电流表相对电压表测量范围而言，若电阻和电流表串联，在电压表的测量范围之内，称 接法；若是电压表仅测量电阻的电压，电流表在电压表的测量范围之外，称为 接法。
（2）在大多数情况下，由于伏特表电阻较大，电流表电阻较小，所以我们处理问题时，可以将含伏特表这一支路的电流认为为零，相当于断路；含电流表这一支路中的电流表两端电压认为为零，相当于短路。但在实际中，伏特表、电流表并不是理想表，只是通过伏特表的电流相对较小，电流表两端的电压相对较小而已。尤其是在实验中，就要考虑由于电压表、电流表的存在造成的误差。结合以上说明和串并联电路的特点，试分析两电路测量时的误差成因：
内接法：
① 电压表测量的是不是电阻两端的电压？电流表测量的是不是通过电阻的电流？ ，
电流测量值和真实值的大小关系：I测 I真；电压测量值和真实值的大小关系：U测 U真；
② 分析待测电阻测量值和真实值的大小关系：R测 R真；
③ 造成这种误的原因是：
外接法：
① 电压表测量的是不是电阻两端的电压？电流表测量的是不是通过电阻的电流？ ，
电流测量值和真实值的大小关系：I测 I真；电压测量值和真实值的大小关系：U测 U真；
② 分析待测电阻测量值和真实值的大小关系：R测 R真；
③ 造成这种误的原因是：
(3) 由分析可知，当待测电阻阻值较大时，应采用 法，当待测电阻阻值较小时，应采用 法。
【学以致用1】
1．如图所示的电路测量待测电阻Rx电阻时，下列关于由电表产生误差的说法中，正确的是( )
A. 由于电压表的分流作用，使电阻值的测量值小于真实值
B. 由于电流表的分压作用，使电阻值的测量值小于真实值
C. 电压表的内电阻越大，测量越精确
D. 电流表的内电阻越大，测量越精确
2．伏安法测一个阻值约为5欧左右的电阻，所用的安培表内阻约为0.1欧、伏特表内阻约为10千欧，为了减小误差，应采用内接法或是外接法？测量值与真实值相比是偏大还是偏小？
外接法，偏小。
3．如图所示的电路待测电阻Rx电阻,已知电压表的读数为2V, 电流表读数为0.4A, 电压表的的内电阻为2kΩ,电流表的内电阻为2Ω,待测电阻Rx的测量值为 Ω,其真实值为 Ω。
5Ω 3Ω
4．如图是用伏安法测电阻的部分电路,开关先接通a和b时,观察电压表和电流表示数的变化, ( )
- 若电压表示数有显著变化, 测量R的值时,S应接a
- 若电压表示数有显著变化, 测量R的值时,S应接b
- 若电流表示数有显著变化, 测量R的值时,S应接a
- 若电流表示数有显著变化, 测量R的值时,S应接b
【质疑提升2】滑动电阻器的分压、限流两种接法
滑动变阻器在电路中起调节电路和保护电路作用，有限流式和分压式两种接法。如图所示，用最大阻值为R0的滑动变阻器调控阻值为R的负载电阻电压和电流，电源两端的电压为E，内阻不计。回答下面问题：
（1）限流式接法时负载R上电压U调节范围为： ；
（2）分压式接法时负载R上电压U调节范围为： ；
（3）结合以上分析，你是否可以处理以下问题：
① 要求测量电路的电流或电压实现从零开始可连续调节时，必须采用 式接法。
② 当测量电路电阻阻值R远大于滑动变阻器的最大值R0时，必须采用 式接法。
③ 若用“限流法”一般选用阻值大一些的滑动电阻器，但不是越大越好，因为阻值很大时，在实验过程中可能只用到其阻值较小的一部分，这样滑动触头只能在很短的范围内调节，使用起来很不方便，一般选择总阻值是待测电阻阻值的3倍（R滑＝3Rx）。
若用“分压式”，一般选择总阻值较小的滑动电阻器，这样可使待测电路的电压变化和在滑动电阻器上滑动的长度变化近似成正比，调节起来比较方便。
1. 为伏安法测一个定值电阻所需器材实物图，器材和规格如下：
待测电阻Rx（约100欧）
直流毫安表（量程0～50毫安、内阻约50欧）
直流电压表（量程0～3伏、内阻约5千欧）
直流电源（输出电压4伏、内阻不计）
滑动变阻器（阻值范围0～15欧、允许最大电流1安）
电键及导线若干
请根据器材的规格和实验要求，画出电路图。 分压外接、
【自主学习3】器材选择和实物图连线
1. 实验器材选择的原则和步骤
（1）实验器材选择的原则：
①安全：结合待测元件的需要，一般不超电压表和电流表的量程，不超电源、电阻等元件额定电流。
②精确：实验要尽可能减小误差，提高准确性。通常电表示数变化不小于量程1/3，可测多组数据。
③方便：是指选用的实验器件、电路设计要便于操作，主要是指选用的滑动电阻器。
（2）实验器材选择的步骤：
①设计实验电路原理图； ②先定唯一性的器材；
③据电源、待测元件估算I、U的最大值，选电压表、电流表；
④选择电阻适合的滑动变阻器。
2. 实物连线的方法和要求？
（1）实物连线的方法：
①依据实验原理，参照实物位置，画好电路图；
②先串干路后并支路；即从电源正极出发，先把一干路中串联的器件依次连接起来，直到电源负极，然后再把与干路并联支路上的其他器件并联接在电路中相应位置。
（2）电路实物连线应注意的几点要求
①电压表、电流表选择合适的量程，注意极性。
②所有的连线均应接在接线柱上，连线简短、不交叉。
③电键控制整个电路，即电键断开后，电源便无电流输出。
【典例精思1】为了测量某待测电阻Rx的阻值(约为5Ω)，有以下一些器材可供选择。
电流表A1(量程0～0.6A，内阻约10 Ω)； 电流表A2(量程0～3 A，内阻约0.12 Ω)；
电压表V1(量程0～3 V，2 kΩ)； 电压表V2(量程0～15 V，6 kΩ)；
滑动变阻器R1(0～5 Ω，最大电流2.0 A)； 滑动变阻器R2(0～1 kΩ，最大电流0.5 A)；
电源E(电动势约为3 V，内阻约为0.2 Ω)； 单刀单掷开关S一个，导线若干。
(1)电流表应选___A1_____，电压表应选_V1______，滑动变阻器应选__R1______。(填字母代号)
(2)请在下面的线框内画出测量电阻Rx的实验电路图并进行实物连线(要求电压表所测量范围尽可能大)。
分压外接
【知识达成 能力提升】
1．如下图所示，用伏安法测电阻，若电流表内阻10Ω，电压表内阻5000Ω，Rx约为200Ω，则下图中哪个测量结果较为准确？测量值比真实值偏大还是偏小 ( )
A．甲电路，偏大
B．甲电路，偏小
C．乙电路，偏大
D．乙电路，偏小
2．某同学探究一元件的电阻R随电压U的变化规律，需要用伏安法测定元件两端的电压和通过元件的电流，除开关、导线外，还有如下器材：
A．元件规格“6V 3W” B．直流电源6 ~ 8V
C．电流表（量程3A ，内阻0．2 Ω ） D．电流表（量程0．6A ，内阻 1 Ω ）
E．电压表（量程6 V ，内阻20 kΩ ） F．电压表（量程20V ， 内阻60 kΩ ）
G．滑动变阻器（0 ~ 5 Ω、2 A ） H．滑动变阻器（1 kΩ、0．5 A）
（1） 实验所用到的器材为 ABDEG （按字母的先后顺序填入）；
（2）在方框内画出设计实验电路图。
分压外接
1． 在伏安法测电阻的实验中，电阻R的电阻值约为300～400Ω，可供选择的主要器材如下：
A．电流表（内阻约4Ω，量程0～300ｍＡ） B．电流表（内阻约20Ω，量程0～50ｍＡ）
C．滑动变阻器（额定电流0.3A，阻值为1000Ω） D．滑动变阻器（额定电流1A，阻值为10Ω）
E．电压表（内阻约20ｋΩ，量程0～10Ｖ） F．电池组（9Ｖ，内阻为0.5Ω）
（1）电流表应选 A ，滑动变阻器应选 D ；
（2）结合实验电路原理图，连接实物图。
