2019-2020年高二物理 串聯(lián)分壓和并聯(lián)分流知識精講 魯教版選修3-1.doc

2019-2020 年高二物理 串聯(lián)分壓和并聯(lián)分流知識精講 魯教版選修 3-1 【本講教育信息】 一. 教學內容： 串聯(lián)分壓和并聯(lián)分流 基礎知識 1. 串聯(lián)電路的基本特點和性質 （1）基本特點 在串聯(lián)電路中，各處的電流相等，即 I=I1=I2=In。 串聯(lián)電路的總電壓等于各部分電壓之和，即 U=U1+U2+Un。 （2）性質 串聯(lián)電路的等效總電阻為各電阻值 R1、R 2、R n 之和，即 R=R1+R2+Rn。 串聯(lián)電路的電壓分配關系是：各電阻兩端的電壓跟它們的阻值成正比，即。 串聯(lián)電路的功率分配關系是：各個電阻消耗的功率跟它們的阻值成正比，即。 2. 并聯(lián)電路的基本特點和性質 （1）基本特點 并聯(lián)電路中各支路的電壓相等，即 U=U1=U2=Un。 并聯(lián)電路的總電流等于各支路電流之和，即 I=I1+I2+In。 （2）性質 并聯(lián)電路的等效總電阻 R 與各支路的電阻 R1、R 2、R n 的關系是： 并聯(lián)電路的電流分配關系是： UII21 。 并聯(lián)電路的功率分配關系是： 2nPP 。 3. 電表的改裝 （1）電流計（“表頭” ）的參數(shù)有：I g、U g、R g，其中 Ig 叫滿偏電流，U g 叫滿偏電壓， 它們間的關系為：U g=IgRg。 （2）小量程的電流表改裝成電壓表需要串聯(lián)一個阻值較大的電阻。如圖所示，如果 Ig、R g、R 已知，那么改裝后的電壓表量程為 U=Ig(R+Rg)。 （3）小量程的電流表改裝成大量程的電流表需要并聯(lián)一個阻值較小的電阻，如圖所示， 如果 Ig、R g、R 已知，那么改裝后的電流表的量程為。如果用改裝后的電流表來測量某電 路中的電流 I，此時這只改裝后的電流表的讀數(shù)應該是流經(jīng) AC（或 BD）中的電流，但流 過“表頭”的電流實際上是流經(jīng) CD 中的電流。 方法點撥 1. 解答混聯(lián)電路問題的指導思想 （1）混聯(lián)電路，大都可以簡化為串聯(lián)電路或并聯(lián)電路。 （2）要充分利用“等效”思想。 例 1. 如圖所示，R 1=4，R 2=R3=2，R 4=4，R 5=6，求 AB 間的等效電阻。 解析：R 2，R 3 串聯(lián)，如果等效為一個電阻 R23，則 R23=R2+R3=4，此時電路如圖 （a）所示。 R23 與 R4 并聯(lián)，設它們的等效電阻為 R234，則： 此時電路如圖（b）所示，R 1 與 R234 串聯(lián) 設它們的等效電阻為 R0，則 R0=R1+R234=6，此時電路如圖所示。 R5 與 R0 并聯(lián)，它們的等效電阻就是 AB 間的等電阻值，則： （3）在混聯(lián)電路中，如果其余電阻值不變，當一個電阻變大時總電阻值增大（反之亦 然） ，例如在圖中，如果 R1， R2，R 3，R 4 都不變，R 5 減小，則 AB 間的總電阻值減小，這 一點在動態(tài)電路的分析中常用。 （4）在任何電路中，整個電路上消耗的總電功率等于各用電器消耗的功率之和（依據(jù) 能量守恒定律） ，即 n321PP總 例 2. 電阻 R1 和 R2 分別標有規(guī)格“100，4W”和“12.5，8W” ，將它們串聯(lián)起來之 后，能承受的最大電壓是（ ） A. 30V B. 90V C. 22.5V D. 25V 正解：R 1、R 2 的額定電流分別為 由于 R1 中允許通過的最大電流也就是串聯(lián)電路中允許通過的最大電流，所以 Um=I1（R 1+R2）=0.2 （ 100+12.5）V=22.5V 應選 C。 例 3. 如圖所示，燈泡 L1、L 2 上標有“110V，100W”字樣，燈泡 L3、L 4 上標有 “110V，60W ”字樣，今把它們接入電路中，燈泡最亮的是 _，最暗的是 _。 解析：由知，燈泡電阻 R3=R4>R1=R2，根據(jù)串聯(lián)電路的性質知 P4>P1，L 4 的實際功率 比 L1 的實際功率大，L 4 比 L1 亮。根據(jù)并聯(lián)電路的性質，P 2R2=P3R3=U232 知，P 2>P3，L 2 的 實際功率比 L3 的實際功率大，L 2 比 L3 亮。 由圖中可以看出流過 L1 的電流一定大于流過 L2 的電流，由 P=I2R 知 P1>P2，即 L1 比 L2 亮。由以上分析知：P 4>P1>P2>P3，所以最亮的燈泡是 L4，最暗的是 L3。 答案：L 4、L 3 例 4. 額定電壓都是 110V，額定功率 PA=100W，P B=40W 的電燈兩盞，若接在電壓是 220V 的電路上，使兩盞電燈均能正常發(fā)光，且電路中消耗功率最小的電路是下圖中的哪一 個（ ） 解析：判斷燈泡能否正常發(fā)光，就要判斷電壓是否是額定電壓，或電流是否是額定電 流。 由和已知條件可知，R A<RB。 對于 A 電路，由于 RA110V，B 燈被燒毀，兩燈不能正常發(fā)光。 對于 B 電路，由于 RB>RA，A 燈又并聯(lián)變阻器，并聯(lián)電阻更小于 RB，所以 UB>U 并 ， B 燈燒毀。 對于 C 電路，B 燈與變阻器并聯(lián)，電阻可能等于 RA，所以可能 UA=UB=110V，兩燈可 以正常發(fā)光。 對于 D 電路，若變阻器的有效電阻等于 A、B 的并聯(lián)電阻，則 UA=UB=110V，兩燈可 以正常發(fā)光。 比較 C、D 兩個電路，由于 C 電路中變阻器功率為（I AI B）110，而 D 電路中變阻 器功率為（I A+IB）110，所以 C 電路消耗電功率最小。 答案：C 2. 電流表和電壓表的使用 （1）接入方式 電壓表測電壓時應與被測電路并聯(lián)，應注意“+”接線柱接電勢的高端；電流表測電流 時應與被測電路串聯(lián)，應注意電流從“+”接線柱流進電流表。 （2）內阻對電路的影響 對理想的電流表，R A=0，在電路中視為短路，其讀數(shù)就是通過電流表的電流；對理 想的電壓表，R V=在電路中視為開路，其讀數(shù)就是接線柱兩端的電勢差（電壓） 。 當內阻的影響不能忽略時，電流表視為一阻值較小的電阻器，其讀數(shù)就是流過這個 電阻器的電流；電壓表視為一阻值較大的電阻器，其讀數(shù)就是這個電阻器兩端的電壓值。 （3）量程的選取方法 在保證不超量程的前提下，指針偏轉角度越大，讀數(shù)相對誤差越小。 （4）讀數(shù) 首先看量程，再根據(jù)表盤格數(shù)換算出最小分度值。如量程為 0.6A 的電流表，表盤格 數(shù)為 30，最小分度值就是 0.6/30=0.02A；量程為 15V 的電壓表，表盤格數(shù)為 30，最小分度 值就是 15/30=0.5V。 是否估讀：在實驗中，測量儀器的讀數(shù)規(guī)則為：測量誤差出現(xiàn)在哪一位，讀數(shù)就應 讀到哪一位，在中學階段一般可根據(jù)測量儀器的最小分度值來確定誤差出現(xiàn)的位數(shù)，具體 地說就是最小分度是“1”的儀器，讀數(shù)時應估讀到下一位。如：最小分度是 1mm 的刻度 尺，讀出的數(shù)以 mm 為單位，小數(shù)點后應有 1 位數(shù)（例如： 28.3mm） ；最小分度是 0.1A 的 電流表，讀出的數(shù)以 A 為單位，小數(shù)點后應有 2 位數(shù)（例如：0.36A ） 。最小分度不是 “1”的儀器，讀數(shù)時就讀到該位數(shù)。如：最小分度是 0.02A 的電流表，讀出的數(shù)以 A 為 單位，小數(shù)點后就是 2 位數(shù)（例如：0.49A ） ；最小分度是 0.5V 的電壓表，讀出的數(shù)以 V 為單位，小數(shù)點后就是 1 位數(shù)（例如：7.5V ） 。 疑難辨析 1. 對電壓表和電流表的讀數(shù)的理解 電壓表的測量值是新改裝后的電壓表內阻 Rg 與 R 串 兩端的電壓之和，電流表的測量值 是新改裝后的電流表 Rg 與 R 并 流過的電流之和。 2. 電壓表、電流表因使用不當而造成的結果 （1）電壓表、電流表當所測電壓或電流超過量程時極易損壞電表。 （2）如果錯誤地將電壓表串聯(lián)在電路中，將使原電路的電阻大大增加，幾乎可使電流 減小到零，無法測量待測電路的電壓。 （3）如果錯誤地將電流表并聯(lián)在待測電路的兩端，由于電流表內阻很小，將使電路的 電阻大大減小，且大部分電流會通過電流表，極易損壞電流表。 3. 用電壓、電流表測量對電路的影響 測電壓時，電壓表由于并聯(lián)在電路中，使整個電路的電阻減小，電壓表量程越大，內 阻越大，測量時對電路的影響越小；測電流時，電流表由于串聯(lián)在電路中，使整個電路的 電阻增大，電流表量程越大，內阻越小，測量時對電路的影響越小，但是量程太大，表針 擺角小會使讀數(shù)時誤差增大，所以使用時應選擇適當?shù)牧砍?，既要確保所測電壓、電流的 最大值不超出儀表的量程，又要使測量時表的指針偏轉角度較大。 例 5. 某電流表內阻 Rg 為 200，滿偏電流 Ig 為 2mA，如按圖甲、乙改裝成量程為 0.1A 和 1A 的兩個量程的電流表，試求在圖甲、乙兩種情況下，R 1 和 R2 各為多少？ 解析：按圖甲接法，由并聯(lián)電路中電流跟電阻成反比，可得 08.4210.RI3g1 .2g2 按乙圖接法，量程為 1A 時，R 2 和 Rg 串聯(lián)后與 R1 并聯(lián)；量程為 0.1A 時，R 1 和 R2 串 聯(lián)后與 Rg 并聯(lián)，分別得： )(I1.0(I21g 解得： 【模擬試題】 （答題時間：40 分鐘） 1. 在如圖所示的電路中，通過電阻 R1 的電流 I1 是（ ） A. B. C. D. 2. 如圖所示三個完全相同的電阻 R1=R2=R3，接在電路中，則它們電壓之比和消耗的電 功率之比為（ ） A. 1：1：1；1：2：2 B. 1：2：2；1：1：1 C. 1：4：4；4：1：1 D. 2：1：1；4：1：1 3. 把電流表改裝成電壓表時，下列說法正確的是（ ） A. 改裝的原理是串聯(lián)電阻有分壓作用 B. 改裝成電壓表后，原電流表本身允許通過的最大電流值也隨著變大了 C. 改裝后原電流表自身的電阻也增大了 D. 改裝后使用時，加在原電流表兩端的電壓的最大值不可能增大 4. 下列說法中正確的是（ ） A. 將一個電阻和一根電阻忽略不計的理想導線并聯(lián)，總電阻為零 B. 并聯(lián)電路中任一支路的電阻都大于電路的總電阻 C. 并聯(lián)電路中任一支路的電阻增大（其他支路不變） ，則總電阻一定增大 D. 并聯(lián)電路中任一支路的電阻增大（其他支路不變） ，則總電阻一定減小 5. 一個電壓表由表頭 G 和電阻 R 串聯(lián)而成，如圖所示，若在使用中發(fā)現(xiàn)此電壓表的讀 數(shù)總比準確值稍小一些，采用下列哪種措施可以加以改進？（ ） A. 在 R 上串聯(lián)一個比 R 小得多的電阻 B. 在 R 上串聯(lián)一個比 R 大得多的電阻 C. 在 R 上并聯(lián)一個比 R 小得多的電阻 D. 在 R 上并聯(lián)一個比 R 大得多的電阻 6.如圖所示，電阻。當 S 斷開時，a、b 兩點間的總電阻為 R1；當 S 閉合時，a、b 兩點 間的總電阻為 R2，則有（ ） A. R1>R2 B. R1<R2 C. R1=R2 D. 無法判定 7.有一只量程為 1mA 的小量程電流表，刻度盤共有 50 格，若給它并聯(lián)一個 10-2 的電 阻，則可將它改裝成一個量程為 1A 的電流表。若要把這個小量程的電流表改裝成一個量 程為 10V 的電壓表，則應在小量程的電流表上串接一個 _ 的電阻。將這個 電壓表接在某段電路上，指針偏轉 40 格，這段電路兩端的電壓是_V。 8. 如圖所示，將一個改裝的電流表接入電路和標準表進行校準，發(fā)現(xiàn)待測表的讀數(shù)比標 準表的讀數(shù)偏大一些，如表頭 G 的 Ig 是準確的，出現(xiàn)的誤差可能是下述哪種原因引起的（ ） A. Rg 的測量值比真實偏大 B. Rg 的測量值比真實偏小 C. 所并聯(lián)的 R 并 比公式計算出的偏小 D. 所并聯(lián)的 R 并 比公式計算出的偏大 9. 如圖所示的電路中，U=10V，R 1=2， 。電容器 C1=4F，C 2=1F，則 C1 所帶的電 荷量為 Q1=_C，C 2 所帶電荷量為 Q2=_C。 10. 如圖是一個電流表、電壓表兩用表的電路，電流表 G 的量程是 100A，內阻是 1000，電阻 R1=0.1，R 2=99000，當雙刀雙擲開關接到 a、b 上時，電流表改裝為 _表，其量程是_；當雙刀雙擲開關接到 c、d 上時，電流表改 裝成為_表，其量程是_。 11. 一個電壓表跟一個 R=10k 的電阻串聯(lián)接入 U0=120V 的電路中，電壓表的示數(shù) U1=60V，如果電壓表跟一個阻值未知的電阻 Rx 串聯(lián)起來，接入同一電路中，它的示數(shù)是 U2=20V，求未知電阻 Rx 的阻值大小。 12. 如圖所示的電路，R 1=2，R 3=4，總電壓 U=22V，U 2=10V，求 R2、U 1。 13. 如圖所示的電路中， R3=2，當給電路加上 U=4V 的電壓后，測得 R2 兩端的電壓 U2=1.2V，電阻 R1 消耗的電功率 P1=0.8W，求： （1）R 1 和 R2 的阻值； （2）電流通過 R3 時，在 1min 內產生的熱量。 【試題答案】 1. BC 2. D 3. AD 4. ABC 5. D 6. A 7. 9990；8 8. AD 9. 2.4； 10. 解析： 因雙刀雙擲開關的把柄是絕緣的，所以當開關合到 a、b 上時，電路轉換成如 圖所示的電路，此時小電阻 R1 與電流表 G 并聯(lián)，R 1 起分流作用，電流表改裝成電流表。 根據(jù)并聯(lián)電路的特點有： 電流表量程為： A11.0).(.R)(I1g 當開關合到 c、d 上時，電路變成如圖所示的電路，此時大電阻 R2 與電流表串聯(lián)，R 2 起分壓作用，所以，電流表已改裝成電壓表，根據(jù)串聯(lián)電路的特點，電壓表量程為： V0)9(.)(IU2g 答案：電流 1A 電壓 10V 11. 50k 12. 13. JR120)(.8