高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第4节 串联电路和并联电路课文配套课件ppt

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第4节　串联电路和并联电路[核心素养·明目标]核心素养学习目标物理观念知道串联电路、并联电路的电阻、电压、电流的特点，会用分压和分流原理将电流计改装成电压表和电流表。科学思维掌握串、并联电路和简单的混联电路，能进行相关计算，也能进行电表改装的有关计算，提高解决问题的能力。科学探究能够根据实际情况设计可行方案对电表改装，学会与他人合作交流，提升探究创新能力。科学态度与责任通过用串、并联关系改装电表，提升科学探索能力，体会电的使用对人类生活和社会发展的影响。知识点一　串联电路的分压作用1．串联电路的特点和性质电流各处电流相等：即I＝I1＝I2＝…＝In电压总电压等于各部分电压之和，即U＝U1＋U2＋…＋Un总电阻总电阻等于各部分电阻之和，即R＝R1＋R2＋…＋Rn电压分配关系＝＝…＝＝I功率分配关系＝＝…＝＝I22．电流表改装成电压表将电流表的示数根据欧姆定律U＝IR换算成电压值，可直接用于测电压，如果给小量程电流计串联一个分压电阻，就可以用来量度较大的电压，因此电压表就是一个串联了分压电阻的电流表。　电流表改装成电压表以后，此时表头电阻与串联的电阻之和为电压表的总内阻。1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)串联电路中总电阻大于任何一个电阻。 (√)(2)两个电阻串联，如果再串联上一个电阻，总电阻增大。 (√)(3)电流计改装成电压表时是串联一个电阻。 (√)知识点二　并联电路的分流作用1．并联电路的特点和性质电流总电流等于各支路电流之和，即I＝I1＋I2＋…＋In电压各支路两端电压相等，即U＝U1＝U2＝…＝Un电阻总电阻倒数等于各支路电阻倒数之和，即＝＋＋…＋电流分配关系I1R1＝I2R2＝…＝InRn＝U功率分配关系P1R1＝P2R2＝…＝PnRn＝U22．把小量程的电流表改装成大量程的电流表给小量程的电流计并联一个较小电阻就可以用来量度较大的电流，即扩大了电流表的量程。　因并联小电阻，此小电阻分担的电流大，使总电流变大很多，因而改装成了大量程的电流表。2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)并联电路的总电阻小于其中任一支路的电阻。 (√)(2)两个电阻并联时，其中一个电阻增大，则总电阻变小。 (×)3：填空如图所示的电路中，R1＝2 Ω，R2＝3 Ω，R3＝4 Ω，则电路的总电阻是 Ω。 考点1　串、并联电路的理解及应用电阻R1＝8 Ω，R2＝6 Ω，R3＝6 Ω，R4＝3 Ω，在电路两端加上U＝48 V的电压，通过每个电阻的电流是多少？提示：I1＝I2＝3 A，I3＝1 A，I4＝2 A。1．串、并联电路的两个规律(1)串联电路中导体两端的电压与导体电阻的阻值成正比，即U1∶U2∶U3＝R1∶R2∶R3。(2)并联电路中的各支路电流之比等于各支路电阻的反比，即I1∶I2＝R2∶R1。2．串、并联电路总电阻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＝R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【典例1】　(多选)一个T形电路如图所示，电路中的电阻R1＝10 Ω，R2＝120 Ω，R3＝40 Ω。另有一测试电源，电动势为100 V，内阻忽略不计，则(　　)A．当CD端短路时，AB之间的等效电阻是40 ΩB．当AB端短路时，CD之间的等效电阻是40 ΩC．当AB两端接通测试电源时，CD两端的电压为80 VD．当CD两端接通测试电源时，AB两端的电压为80 V思路点拨：(1)“短路”时相当于用导线相连。测“电压”时，相当于“断路”。(2)画出等效电路图，灵活应用串、并联特点。AC　[当CD端短路时，等效电路如图甲所示，R123＝R1＋＝40 Ω，选项A正确；同理可得选项B错误；甲　　　　　　　　乙当AB两端接通测试电源时，等效电路如图乙所示，根据欧姆定律得I＝＝ A＝2 A，所以UCD＝IR3＝80 V，故选项C正确；同理可得选项D错误。](1)处理串联、并联电路及混联电路问题的方法①准确地画出等效电路图。②利用串联、并联电路的特点和性质进行分析。③灵活选用恰当的公式进行计算。(2)有电压表和电流表接入电路时，要注意是否考虑电压表和电流表的内阻对电路的影响。[跟进训练]1．如图所示的三个电阻R1、R2、R3完全相同，每个电阻的额定功率都为1 W，在保证各电阻均不会超过额定功率的情况下，这部分电路的最大功率为多大？[解析]　该题考查串、并联电路的功率分配，解题的关键是利用串、并联电路的功率分配关系。三个电阻相同设为R，R2和R3并联的总电阻为，根据串联电路的功率分配和电阻成正比，则有R1和R并的功率之比为2∶1，所以电路的最大功率为P＝P1＋P并＝1.5 W。[答案]　1.5 W 考点2　电表的改装如图甲为电流表，图乙为电压表，甲　　　　　　　乙试探究：(1)同一电压表15 V量程内阻为3 V量程内阻的多少倍？(2)同一电流表3 A量程内阻为0.6 A量程内阻的多少倍？提示：(1)5倍。(2)倍。1．电压表、电流表的改装及其特点项目小量程电流计G改装成大量程电压表V小量程电流计G改装成大量程电流表A电路结构R的作用分压分流扩大量程的计算U＝Ig(R＋Rg)R＝－RgIgRg＝(I－Ig)RR＝Rg电表的总内阻RV＝Rg＋RRA＝使用并联在被测电路中，“＋”接线柱接电势较高的一端串联在被测支路中，电流从“＋”接线柱流入2．电表改装问题的两点提醒(1)无论表头G改装成电压表还是电流表，它的三个特征量Ug、Ig、Rg是不变的，即通过表头的最大电流Ig不改变。(2)改装后电压表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的电压与和表头串联的电路的总电压；改装后电流表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的电流与和表头并联的电路的总电流。【典例2】　有一电流计G，内阻Rg＝10 Ω，满偏电流Ig＝3 mA。(1)要把它改装成量程为0～3 V的电压表，应串联一个多大的电阻？改装后电压表的内阻是多大？(2)要把它改装成量程为0～0.6 A的电流表，需要并联一个多大的电阻？改装后电流表的内阻是多大？思路点拨：(1)搞清电流计G的主要参数。(2)根据并联分流和串联分压原理分析计算。[解析]　(1)由题意知电流计G的满偏电压Ug＝IgRg＝0.03 V改装成量程为0～3 V的电压表，当达到满偏时，分压电阻R的电压UR＝U－Ug＝2.97 V所以分压电阻R＝＝ Ω＝990 Ω改装后电压表的内阻RV＝Rg＋R＝1 000 Ω。(2)改装成量程为0～0.6 A的电流表，当达到满偏时，分流电阻R′的电流IR′＝I－Ig＝0.597 A，所以分流电阻R′＝≈0.05 Ω改装后电流表的内阻RA＝≈0.05 Ω。[答案]　(1)990 Ω　1 000 Ω　(2)0.05 Ω　0.05 Ω电表改装四要点(1)改装电压表需串联一个大电阻，且串联电阻的阻值越大，改装后电压表的量程越大。(2)改装电流表需并联一个小电阻，且并联电阻的阻值越小，改装后电流表的量程越大。(3)改装过程把表头看成一个电阻Rg，通过表头的满偏电流Ig是不变的。(4)改装后电表的量程指的是当表头达到满偏电流时串联电路的总电压值或并联电路的总电流值。[跟进训练]2．电流计G的内阻为Rg，用它测量电压时，量程为U，用它改装成较大量程的电流表，内阻为RA，量程为I，这几个量的关系(　　)A．RA＞Rg，＞Rg B．RA＞Rg＞C．RA＜Rg，＜Rg D．RA＜Rg＝C　[将电流计G改装成较大量程的电流表，需并联一个分流电阻，因此其内阻减小，即RA＜Rg。由题知RA＝，所以Rg＞，故C正确。]3．如图所示是有两个量程的电压表，当使用a、b两个端点时，量程为0～3 V，当使用a、c两个端点时，量程为0～15 V。已知电流计的内阻Rg为100 Ω，满偏电流为1 mA，则电阻R1的阻值是____________Ω，电阻R2的阻值是____________Ω。[解析]　由串联电路特点可知(R1＋Rg)Ig＝U1则R1＝－Rg＝ Ω＝2 900 Ω同理R2＝－(R1＋Rg)＝ Ω＝12 000 Ω。[答案]　2 900　12 0001．(多选)下列说法正确的是(　　)A．一个电阻和一根理想导线并联，总电阻为零B．并联电路任一支路的电阻都大于电路的总电阻C．并联电路任一支路电阻增大(其他支路不变)，则总电阻也增大D．并联电路任一支路电阻增大(其他支路不变)，则总电阻一定减小ABC　[由并联电路的特点知：并联电路的总电阻比各支路中的任意一个分电阻的阻值都要小，且任一支路电阻增大时(其他支路不变)，总电阻也增大，且并联总电阻＝＋＋…，故A、B、C正确，D错误。]2．一个电流计的满偏电流Ig＝1 mA，内阻为500 Ω，要把它改装成一个量程为10 V的电压表，则应在电流计上(　　)A．串联一个10 kΩ的电阻B．并联一个10 kΩ的电阻C．串联一个9.5 kΩ的电阻D．并联一个9.5 kΩ的电阻C　[把一个电流计改装成一个电压表，要串联一个电阻，B、D错误；通过电流表的电流为Ig时，电流表表头两端的电压Ug＝IgRg＝1×10－3×500 V＝0.5 V，串联电阻R分担的电压UR＝U－Ug＝10 V－0.5 V＝9.5 V，所以串联电阻的阻值R＝＝ Ω＝9.5 kΩ，C正确，A错误。]3．(多选)如图所示，R1＝6 Ω，R2＝3 Ω，R3＝4 Ω，接入电路后，关于这三个电阻的判断正确的是(　　)A．电流之比是I1∶I2∶I3＝4∶3∶6B．电压之比是U1∶U2∶U3＝1∶1∶2C．功率之比是P1∶P2∶P3＝1∶2∶6D．功率之比是P1∶P2∶P3＝6∶3∶4BC　[由于R1、R2并联后与R3串联，故U1＝U2，I1＋I2＝I3，R1、R2并联后阻值R12＝＝ Ω＝2 Ω。则＝＝＝，即U1∶U2∶U3＝1∶1∶2，B正确；电流之比I1∶I2∶I3＝∶∶＝∶∶＝1∶2∶3，A错误；功率之比P1∶P2∶P3＝U1I1∶U2I2∶U3I3＝1∶2∶6，C正确，D错误。]4．(新情境题，以“双量程电流表”为背景，考查电流表的改装)把一个电流计接成如图所示电路。三个端点a、b、c，一次使用a、b两个端点，一次使用a、c两个端点，已知改装之后的电流表有两个量程：0.1 A和1 A。已知电流计内阻Rg＝9 Ω，电流计满偏电流Ig＝10 mA。问题：使用a、b两个端点，量程是多少？使用a、c两个端点，量程是多少？两电阻阻值是多少？[解析]　根据电流表的改装原理可知，接a、b时，R1起分流作用为一支路，G与R2串联为一支路，量程Iab＝Ig同理接a、c时，R1＋R2为一支路起分流作用，G为一支路，量程Iac＝Ig可知：Iab＞Iac，故使用a、b两个端点，量程是1 A；使用a、c两个端点，量程是0.1 A；联立解得R1＝0.1 Ω，R2＝0.9 Ω。[答案]　见解析回归本节知识，自我完成以下问题：1．试写出串联电路的电流、电压、电阻的特点？提示：电流：I＝I1＝I2＝…＝In电压：U＝U1＋U2＋…＋Un电阻：R＝R1＋R2＋…＋Rn2．试写出并联电路的电流、电压、电阻的特点？提示：电流：I＝I1＋I2＋…＋In电压：U＝U1＝U2＝…＝Un电阻：＝＋＋…＋3．试写出如何把小量程的电流表改装成电压表及大量程的电流表？提示：串联大电阻，并联小电阻。