科学八年级上册第4章 电路探秘第7节 电路分析与应用教学设计及反思
展开年级
八年级
授课时间
课题
4.7 电路分析与应用
教学
目标
科学观念:正确使用电压表接入串、并联电路,并能画出相应的电路图;分析实验数据,归纳总结串、并联电路各自电压的规律;利用串、并联电路的电压规律解决简单问题。
科学思维:学会在解决实际电路问题中进行归纳,学会用已有知识进行演绎推导能力,学会用类比方法来帮助理解串并电路的特点。
探究实践:利用已学知识对串联电路特点进行分析,通过交流学会互相协作;利用电路各个特点解决生活电路中实际问题。
态度责任:学习电路知识就具备生活的基本常识,通过尝试电路中相关问题,具备解决和解释生活中常见电的问题。
教学
重难点
重点:用欧姆定律对串并联电路特点进行分析和推导
难点:能运用串并联电路特点对生活中相关电路进行分析计算和应用
学情
分析
本节内容选自浙教版八上第四章第7节,本节主要内容:串联电路、并联电路。本节内容是在学习了电路三个基本物理量电流、电压、电阻三者间关系——欧姆定律之后,第一次真正意义上涉及到多个电路元件之间电学物理量间关系分析与计算的一节内容。理清串并联电路特点与欧姆定律,既是对前六节内容的一个总结,同时也是学生寻找多元件多物理量间关系的有效手段。
本节内容拟用1课时完成。
教学
准备
课件、课本、活动器材等
教学过程
教师活动
学生活动
新
课
导
入
实际生产和生活中,常会遇到一个电源给多个用电器供电。例如,教室里的电源线必须同时给几盏日光灯和多个插座供电。那么,这些电路是怎样连接的呢?不同的连接方式,其电路有什么不同的特点呢?
了解生活中用电器的连接方式,思考电路的特点
新 知 讲 授
一、串联电路
在研究串联电路的电流与电压特点的实验中(如图4-63), 我们已经知道串联电路中电流和电压特点:
电流特点:电流处处相等,即I1=I2=I3=I
电压特点:两灯上的电压之和等于它们的总电压U总=U1+U2
思考与讨论
(1)如果取下图4-63中的灯泡L1,另一个灯泡L2会亮吗?
若取下灯泡L1,电路断路,则电路中无电流,L2不亮;
(2)为什么串联电路中各处电流都相等?为什么两个电路串联后的总电阻比任何一个分电阻大?你能用类比方法解释吗?
串联电路的电流只有一条通路,经过一处的电流同样经过另一处。如同一条粗细均匀的管道中的水流,各处的流量相同;两个电阻串联后,相当于增加了电阻的长度,因此总电阻比每一个电阻都大。
思考:你能用欧姆定律推导出串联电路总电阻与各电阻的关系吗?
根据欧姆定律及串联电路电流、电压特点计算:
R=UI=U1+U2I=U1I+U2I=R1+R2
串联电路的总电阻等于各串联电阻之和
根据串联电路的电流规律:电流处处相等。
可列式:U1R1=U2R2=UR → U1U2=R1R2、U1U=R1R
由此可知,在串联电路中,各串联电阻起到分担电源电压的作用,各电阻分担的电压与其电阻大小成正比。
【例1】一个小灯泡正常发光时两端的电压是2.5伏,通过的电流为0.2安。现用一个电压为4.5伏的电源对其供电,为了使小灯泡能正常发光,需要串联一个多大的电阻?
解:在供电电压高于用电器工作电压的情况下,需串联一个电阻,使一部分电压由这个串联的电阻来分担,从而使用电器获得正常工作电压,如图所示。
已知正常工作时灯泡两端的电压和通过它的电流为:
U1=2.5V,I=0.2A
电阻R分担的电压应该是:U2=U−U1=4.5V−2.5V=2V
根据欧姆定律,电阻R=U2I=2V0.2A=10Ω
答:串联的电阻R的阻值是10Ω。
二、并联电路
在研究并联电路的电流与电压特点的实验中(如图4-65), 我们已经知道并联电路中电流和电压特点:
电流特点:干路上的电流等于各支路上的电流之和,即I=I1+I2
电压特点:两个支路两端的电压相等且等于总电压,即U=U1=U2
思考与讨论
为什么并联电路的干路电流等于两个支路的电流之和?你能用类比的方法来解释吗?
并联电路的干路电流进入两个支路时分为两部分,因此干路电流等于各支路电流之和。如同主干河道中的河水分流到两个支路中,主干水流量等于支路水流量之和。
根据并联电路总电流等于各支路电流之和,并联的电阻越多,干路电流越大。
I=UR1+UR2+UR3
电路中并联的灯泡(或其他用电器)越多,电源的输出电流会越大。因此,一个电路上并联过多的用电器会因电流过大、超出负载而损坏电源,或因导线过热而发生火灾。
思考与讨论
(1)家用电器是采用串联连接方式还是并联连接方式?你用什么证据证明你的判断?
家用电器采用的是并联连接方式。家庭电路中,一个用电器不工作,不影响其他用电器正常工作,用电器之间互不影响,故为并联电路。
(2)在并联电路中,你如何理解小电阻的支路上反而电流大?并联后的总电阻反而比任何一个分电阻小?可以用类比方法解释吗?
在并联电路中,各支路电压相等,根据欧姆定律I=UR,可知在电压U相等的情况下,电阻越小通过的电流越大。好比水龙头,在水压一样的情况下阻碍的东西越少,水流越大。
电阻并联后,相当于增大了电阻的横截面积,所以并联后的总电阻比任何一个分电阻小。如图道路变宽后车辆更通畅。
思考:你能用欧姆定律推导出并联电路总电阻与各电阻的关系吗?
根据欧姆定律及并联电路电流、电压特点计算:
R=UI=UI1+I2
1R=I1+I2U=I1U+I2U=1R1+1R2
并联电路的总电阻的倒数,等于各并联电阻的倒数之和。
根据并联电路电压规律:各支路电压均等于电源电压。
可列式:I1R1=I2R2 → I1I2=R2R1
由此可知,在并联电路中,各并联电阻起到分流的作用,各支路中的电流跟各支路电阻成反比。
【例2】一个电阻为100欧的线圈,允许通过的最大电流为0.01安。现在要把该线圈接在一个电流恒定为1安的电路中,需要在线圈两端并联一个多大的电阻才能保证线圈安全工作?
解:如图所示,线圈的电阻R1=100Ω,允许通过的电流I1=0.01A,而电路中的总电流I=1A 。根据并联电路的特点,并联电阻R2上的电流
是:I2=I−I1=1A−0.01A=0.99A,
因为R1、R2上的电压相等,所以I1R1=I2R2 ,
故R2=I1R1I2=0.01A×100Ω0.99A=1.01Ω≈1Ω
答:需要在线圈两端并联一个阻值为1欧的电阻。
总结归纳
串联电路
并联电路
电流特点
I1=I2=I3=…=In
I=I1+I2+I3+…+In
电压特点
U=U1+U2+…+Un
U=U1=U2=…=Un
电阻特点
R=R1+R2+…+Rn(电阻越串越大)
1R=1R1+1R2+…+1Rn(电阻越并越小,并联总电阻小于任何一个分电阻)
分配特点
U1U2=R1R2(分压)
I1I2=R2R1(分流)
回顾串联电路电流和电压特点,使用类比的方法了解电阻的特点。
用欧姆定律推导电阻的关系。并了解串联分压的特点。
运用串联电路特点进行计算
回顾并联电路电流和电压特点,使用类比的方法了解电阻的特点。
了解并联电路支路越多干路电流越大的特点
使用类比的方法理解并联电路电阻的特点。
用欧姆定律推导电阻的关系。并了解并联分流的特点。
运用并联电路特点进行计算
课
堂
练
习
典例1 在如图所示的电路中,电源电压保持不变。由于灯泡、电阻R可能出现了故障,开关S闭合后,电压表无示数。现将电压表并联在电阻R两端,下列判断正确的是( )
A.若电压表有示数,则一定是灯泡L短路
B.若电压表有示数,则一定是电阻R断路
C.若电压表无示数,则可能是灯泡L断路、电阻R断路
D.若电压表无示数,则可能是灯泡L断路、电阻R短路
【答案】D
【解析】由电路图可知,灯泡L和R串联,电压表并联在灯泡L两端。电键S闭合后,电压表无示数,说明所并联的灯泡短路或R开路。
AB.若将电压表并联在电阻R2两端时,当电压表有示数时,说明所并联的R可能开路,也可能是灯泡L短路了,故A、B错误;
CD.当电压表无示数时,说明所并联的R可能短路,也可能是灯泡L开路,故C错误,D正确。
故选D。
典例2 如图所示电路,闭合开关并向右移动滑片,电流表和电压表的示数变化叙述正确的是( )
A.电流表示数变小
B.电流表示数不变
C.电压表示数不变
D.电压表示数变大
【答案】C
【解析】由电路图知定值电阻R1与滑动变阻器R串联,电压表测量电源电压,电流表测量电路中的电流;
AB.闭合开关并向右移动滑片,滑动变阻器接入电路的电阻变小,电路的总电阻变小,由I=UR知电路的电流变大,电流表的示数变大,故AB错误;
CD.由于电源电压不变,所以滑片移动时电压表的示数不变,故C正确,D错误。
故选C。
典例3 如图甲所示的电路,电源电压保持不变,闭合开关S,滑动变阻器的滑片从最右端移到最左端的整个过程中,电流表示数与电压表示数U的关系图像如图乙所示。则下列说法正确的是( )
A.电源电压是6V
B.定值电阻R1的阻值是10Ω
C.滑动变阻器R2接入电路的阻值范围为0Ω~10Ω
D.当电流表示数为0.2A时,定值电阻R1和滑动变阻器R2两端电压之比是2:1
【答案】C
【解析】AB.根据图甲知,定值电阻和变阻器串联,电流表测电路的电流,电压表测变阻器的电压,由图乙知,当电压表示数为2V时,电流表示数为0.2A,当电压为0时,电流表示数为0.6A,根据欧姆定律和串联电路的规律有U=2V+0.2A×R1,U=0.6A×R1;解得电源电压为U=3V,R1=5Ω,故AB错误;
C.根据图乙知,当变阻器连入电路的电阻最大时,其两端的电压最大,电路的电流最小,变阻器的最大电阻为R2=U2R2=2V0.2A=10Ω,当变阻器连入电路的电阻为0时,电压表示数为0,滑动变阻器R2接入电路的阻值范围为0Ω~10Ω,故C正确;
D.电流表示数为0.2A时,定值电阻的电压为U1=U-U₂=3V-2V=1V,定值电阻R1和滑动变阻器R2两端电压之比是1:2,故D错误。
故选C。
典例4 如图电路,甲、乙电源电压相等且保持不变。在甲图中,闭合开关S,电压表示数为4V,电流表示数为0.4A;乙图中,闭合开关S,电压表示数为6V。求:
(1)R1、R2的阻值;
(2)乙图中电流表示数。
【答案】(1)10Ω;5Ω(2)1.8A
【解析】解:(1)R1=U1I=4V0.4A=10Ω,
R=UI=6V0.4A=15Ω
R2=R−R1=15Ω−10Ω=5Ω
(2)I=I1+I2=UR1+UR2=6V10Ω+6V5Ω=0.6A+1.2A=1.8A
课
堂
小
结
串联电路
并联电路
电流特点
I1=I2=I3=…=In
I=I1+I2+I3+…+In
电压特点
U=U1+U2+…+Un
U=U1=U2=…=Un
电阻特点
R=R1+R2+…+Rn(电阻越串越大)
1R=1R1+1R2+…+1Rn(电阻越并越小,并联总电阻小于任何一个分电阻)
分配特点
U1U2=R1R2(分压)
I1I2=R2R1(分流)
板
书
设
计
作
业
设
计
反
思
评
价
初中科学浙教版(2024)八年级上册第4章 电路探秘第6节 电流与电压、电阻的关系第2课时教案及反思: 这是一份初中科学浙教版(2024)八年级上册<a href="/kx/tb_c5712_t8/?tag_id=27" target="_blank">第4章 电路探秘第6节 电流与电压、电阻的关系第2课时教案及反思</a>,共9页。教案主要包含了欧姆定律,欧姆定律的应用等内容,欢迎下载使用。
浙教版(2024)八年级上册第5节 电压的测量第2课时教案: 这是一份浙教版(2024)八年级上册<a href="/kx/tb_c5711_t8/?tag_id=27" target="_blank">第5节 电压的测量第2课时教案</a>,共9页。教案主要包含了探究串联电路的电压规律,探究并联电路的电流规律等内容,欢迎下载使用。
初中科学浙教版(2024)八年级上册第4章 电路探秘第5节 电压的测量第1课时教案设计: 这是一份初中科学浙教版(2024)八年级上册<a href="/kx/tb_c5711_t8/?tag_id=27" target="_blank">第4章 电路探秘第5节 电压的测量第1课时教案设计</a>,共11页。教案主要包含了电压,电压的测量等内容,欢迎下载使用。