【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册 第11章　4　第2课时 PPY课件

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第十一章　电路及其应用4．串联电路和并联电路第2课时　习题课　串并联电路的应用课内互动探究探究求解电路问题，首先要识别电路的结构，即串、并联关系及特点；其次要掌握电路简化的方法和技巧。电路中三条或三条以上支路的交汇点，称为节点。复杂电路的简化——节点法1．简化原则(1)无电流的支路简化时可去掉。(2)两等势点间的电阻可省去或视为短路。(3)理想导线可长可短。(4)节点沿理想导线可任意移动，但不得越过电源、用电器等。(5)理想电流表可认为短路，理想电压表可认为断路。(6)电路电压稳定时，电容器可认为是断路。(7)在画等效电路图时，先将电压表、电流表摘除，等画好等效电路图后再补到相应的位置，这样可避免电表带来的干扰。2．常用的简化方法(1)电流分支法①先将各节点用字母标出；②判定各支路元件中的电流方向(若原电路无电压或电流，可假设在总电路两端加上电压后判定)；③按电流流向，自左到右将各元件、节点分支逐一画出；④将画出的等效图加工整理，如图所示。(2)等势点排列法①将各节点用数字或字母标出，如图甲中S断开时，1、2两个节点可视为同一个节点，3、4两个节点可视为同一个节点；②判定各节点电势的高低，图甲中有φ12＞φ34＞φ5；③对各节点按电势高低自左到右排列，再将各节点间的支路画出；④将画出的简化图加工整理，得到如图乙所示的等效电路。典例剖析　　　　　如图1所示，理想电流表A1和A2的示数分别为1 A和2 A，若将R3和R4两电阻互换位置，则两电流表的示数不变，试求通过电阻R1的电流。典题1图1 图2解析：因为理想电流表的内阻可忽略，则图甲中的B、D两点可视为一点，C、E两点可视为一点，因此图1的电路可等效变换为图2。可见，电流表A1的示数是电阻R3中的电流I3与电阻R4中的电流I4之和，即I3＋I4＝1 A；电流表A2的示数是电阻R2中的电流I2与电阻R3中的电流I3之和，即I2＋I3＝2 A。当R3与R4互换位置时，两表示数不变，即应有R3和R4中的电流相等，即I3＝I4。联立以上三式解得I3＝I4＝0.5 A，I2＝1.5 A，故流过电阻R1的电流为I1＝I2＋I3＋I4＝2.5 A。答案：2.5 A方法点拨：进行电路计算，首先要简化电路，简化电路的一般规则如下：(1)无阻导线可缩成一点，一点也可延展成无阻导线；(2)几个等势点都可合成一点，连接在等势点之间的导体因其中没有电流，可将其摘去；(3)电路中的电表没有特别说明可按理想电表处理，理想电压表RV→ ∞，可将其摘去(视为断路)，理想电流表RA＝0，可将其用导线取代。对点训练1．(2022·山东济宁邹城一中高二上月考)已知U＝10 V，R1＝5 Ω，R2＝R3＝10 Ω，求：(1)A、B间的总电阻；(2)电流表和电压表的示数。探究测电表内阻与测纯电阻阻值的原理相同，对于电表的“身份”我们进行一下转换：认为它是一个“会说话的电阻”，会说自己的电压值(电压表)或电流值(电流表)，我们需要做的工作就是想办法测量另一未知的物理量。测电表内阻的两种方法2．替代法(1)等效替代法就是在测量的过程中，让通过待测电阻的电流(或电压)和通过电阻箱的电流(或电压)相等。电路如图甲，将单刀双掷开关调到a，闭合S1调节R，使安培表读数为I0，保持R不动，将单刀双掷开关打到b，调节R0使安培表读数仍为I0，则电阻箱的读数就是待测电阻的数值。(2)测量原理：图乙是用伏特表完成的实验，同学们自己分析测量原理。(3)注意：主要元件为电阻箱和单刀双掷开关。虚线框内可用分压控制电路。典例剖析　　　　　(2022·江西南昌二中高二上期中)某同学欲将满偏电流Ig＝100 μA内阻未知的电流计改装成量程较大的电流表，并对改装后的电表进行校对。典题2(1)该同学利用如图所示的电路测量电流计的内阻(图中电源电压E＝6 V)时，先闭合开关S1调节滑动变阻器R，使电流计指针偏转到满刻度；再闭合开关S2，保持R不变，调节电阻箱R′，使电流计指针偏转到满刻度的一半；接着读出此时R′的阻值为297 Ω。则该同学测出的电流计的内阻为Rg＝_______Ω；297　(2)若要将该电流计改装成量程为0～10 mA的电流表，需给它________ (填“串联”或“并联”)一个阻值为R＝_____Ω的电阻；(3)把改装好的电流计与标准电流表串联在电路中进行校对。由于利用(1)的方法对电流计内阻测定存在系统误差，若改装好的电流计的测量值为I1，标准电流表的测量值为I2，I1与I2数值关系为I1______I2(填“＞”“＝”或“＜”)；并联　3　＜　(4)为了完全消除对电流计内阻测定的系统误差，该同学与邻组同学合作，又找来了一只完全一样的电流计，则只需在原“半偏法”的电路上稍作改进即可，请你在方框内画出改进后的测电流计的内阻电路图。(4)用另一只完全一样的电流计测出电阻箱支路的电流，再根据欧姆定律即可求出电流计的内阻，据此设计电路如图所示(甲、乙均可)。答案：(4)见解析。点评：本题考查用半偏法测电流计的内阻，又考查电表的改装和校对。领会并掌握实验原理是解决实验问题的关键。半偏法测量电流计内阻的原理是“并联分流”。对点训练2．(2022·全国高二专题练习)可选用器材：①电阻箱甲，最大阻值为99 999.9 Ω；②电阻箱乙，最大阻值为2 kΩ；③电源E1，电压为2 V；④电源E2，电压6 V：另外有开关2个，导线若干，量程为1mA的电流表。现采用如图的电路图测电流表的内阻rg。(1)实验步骤的顺序为__________；①合上S1，调节R，使表A满偏②合上S2，调节R1，使表A半偏，则rg＝R1③断开S1、S2，将R调到最大(2)可变电阻R1应选择①②中的______(填“①”或“②”)。为使结果尽可能准确，可变电阻R应选______(填“①”或“②”)，电源E应选______(填“③”或“④”)；(3)认为内阻rg＝R1，此结果与rg的真实值相比________(填“偏大” “偏小”或“相等”)。③①②　②　①　④　偏小　解析：(1)半偏法测电流表内阻的步骤为③断开S1、S2，将R调到最大。①合上S1，调节R，使表A满偏。②合上S2，调节R1，使表A半偏，则rg＝R1。(2)此实验为半偏法测电流表内阻rg，要减小理论上的误差，则应使电阻R的阻值尽量大些，由于Ig＝1 mA一定，则应选E2＝6 V。探究1．电表的校准所谓校准，就是将改装后的电表与标准表同时对同一个对象(如电流或电压)测量，进行比较。校正电表时，应做到“三校”：电表的校准与使用(1)校零点：在电路没接通之前，检查被校表表头和标准表是否指零，否则要机械调零。(2)校量程：接通电路，用标准表校准改装表的量程。(3)校其他刻度值：在校准其他刻度时，校准点应选在被校表(即改装表)的量程范围内各个标度值的位置上，并使被校表的电流(或电压)等间隔单调上升和单调下降各一次(即从大到小校准5～10个刻度值，然后再从小到大重复校准一遍)，依次同时记下被校表和标准表在各校点的读数。3．电表内阻对电路的影响(1)对理想的电流表，RA＝0，在电路中视为短路，其读数就是通过电流表的电流；对理想的电压表，RV＝∞，在电路中视为开路，其读数就是接线柱两端的电势差(电压)。(2)当内阻的影响不能忽略时，电流表视为一阻值较小的电阻器，其读数就是流过这个电阻器的电流；电压表视为一阻值较大的电阻器，其读数就是这个电阻器两端的电压。(3)测电压时，由于电压表并联在电路中使所在支路的电阻减小，故测量值偏小；测电流时，由于电流表串联在支路中使所在支路的电阻增加，故测量值也偏小。即考虑电表内阻的影响，其测量值都小于真实值。具体地说就是最小分度末位是“1”的仪器，读数时应估读到下一位。例如，最小分度是1 mm的刻度尺，读出的数以mm为单位，小数点后应有1位数(如28.3 mm)；最小分度是0.1 A的电流表，读出的数以A为单位，小数点后应有2位数(如0.36 A)。最小分度不是“1”的仪器，读数时就读到该位数。例如，最小分度是0.02 A的电流表，读出的数以A为单位，小数点后就是2位数(如0.48 A)；最小分度是0.5 V的电压表，读出的数以V为单位，小数点后就是1位数(如7.5 V)。典例剖析　　　　　(2022·河南焦作普通高中高二下期中)某同学改装和校准电压表的电路图如图甲所示。典题3(1)请将图乙中的实物图连接完整；(2)已知表头G的满偏电流为250 μA，表头上标记的内阻值为1200 Ω。R1、R2和R3是定值电阻。利用R1和表头构成1 mA的电流表，然后再将其改装为两个量程分别为3 V、15 V的双量程电压表。则定值电阻的阻值R1＝_______Ω，R2＝________Ω，R3＝_________Ω；400　2 700　12 000　(3)用量程为3 V的标准电压表对改装表3 V挡的不同刻度进行校准，当标准电压表的示数为2.8 V时，微安表的指针位置如图所示，由此可以推测出改装后的电表量程不是预期值，而是______。(填正确答案标号)A．1.5 V B．2.0 VC．2.5 V D．3.5 VD　解析：(1)根据电路图连接实物图如答图所示。对点训练3．如图所示，将一个改装的电流表接入电路和标准表进行校准，发现待校表的读数比标准表的读数偏大一些，如果通过表头G的电流Ig是准确的，出现误差的原因可能是 (　 　)A．Rg的测量值比真实值偏大B．Rg的测量值比真实值偏小AD　课堂达标检测1．四个相同的小量程电流表(表头)分别改装成两个电流表A1、A2和两个电压表V1、V2。已知电流表A1的量程大于A2的量程，电压表V1的量程大于V2的量程，改装好后把它们按如图所示接入电路，则 (　 　)A．电流表A1的示数大于电流表A2的示数B．电流表A1的偏转角小于电流表A2的偏转角C．电压表V1的示数小于电压表V2的示数D．电压表V1的偏转角等于电压表V2的偏转角解析：由于表头相同，不管是并联还是串联，流过表头的电流相同，故偏转角度相同，所以B错误，D正确。又由于A1、V1的量程大，所以在相同偏转角的情况下，它们的示数大，故A正确，C错误。AD　2．为了测定电流表A1的内阻，采用如图所示的电路。其中：A1是待测电流表，量程为300 μA，内阻约为100 Ω；A2是标准电流表，量程是200 μA；R1是电阻箱，阻值范围为0～999.9 Ω；R2是滑动变阻器；R3是保护电阻；E是电池组，电压为4 V，内阻不计；S1是单刀单掷开关，S2是单刀双掷开关。(1)连接好电路，将开关S2扳到接点a处，接通开关S1，调节滑动变阻器R2使电流表A2的读数是150 μA。然后将开关S2扳到接点b处，保持R2不变，调节电阻箱R1，使A2的读数仍为150 μA，若此时电阻箱R1各旋钮的位置如图所示，电阻箱R1的阻值是________Ω，则待测电流表A1的内阻Rg＝________Ω。86.3　86.3　(2)上述实验中，无论怎样调节滑动变阻器R2的滑动端位置，都要保证两只电流表的安全。在下面提供的四个电阻中，保护电阻，R3应选用______(填写阻值相应的字母)。A．200 kΩ B．20 kΩC．15　kΩ D．20 kΩ(3)下面提供最大阻值不同的四个滑动变阻器供选用，既要满足上述实验要求，又要调整方便，滑动变阻器______(填写阻值相应的字母)是最佳选择。A．1 kΩ B．5 kΩC．10 kΩ D．25 kΩB　C　解析：(1)由图得电阻箱R1的阻值是86.3 Ω。由于在R2不变时，先后两次A2的读数都是150 μA，结合电路特点，可知A1的内阻Rg＝R1＝86.3 Ω。3．(2022·江苏苏州高二上调研)有一只灵敏电流计G，刻度盘上共有N格刻度而无具体示数，现要根据图甲所示电路测出此表的满偏电流Ig和内阻Rg。(1)请按原理图甲，将图乙中的实物电路连接完整；(2)实验中调节滑动变阻器R0和电阻箱R，使灵敏电流计刚好满偏，读出此时电压表的示数U和电阻箱的阻值R1；然后再调节滑动变阻器R0和电阻箱R，使灵敏电流计刚好半偏，且电压表的示数仍为U，读出此时电阻箱的阻值R2。用U、R1和R2表示灵敏电流计的满偏电流Ig和内阻Rg，表达式：Ig＝__________，Rg＝___________；(3)仅从实验设计原理上看，这种测量方法得到满偏电流的测量值与真实值相比________ (填“偏大”“偏小”或“相等”)。R2－2R1　相等　解析：(1)实物图如图所示。4．(2022·北京清华附中高二期末)要测量内阻较大的电压表的内电阻，可采用“电压半值法”，其实验电路如图。实验操作如下：(1)先将滑动变阻器R1的滑动头c调至最左端，将R2的阻值调至最大。(2)闭合S2和S1，调节R1使电压表满偏。(3)断开S2，保持滑动变阻器的滑动头c的位置不变，调节R2使电压表半偏，此时R2的值即为电压表的内阻值。某同学在做该实验的时候，用的是3 V量程的电压表，他发现不管怎么调节R1都无法让电压表满偏，他灵机一动，利用半值法的思想，自己按照如下步骤做了实验：a．闭合S2和S1，调节R1使电压表的示数为2.5 V。b．断开S2，保持滑动变阻器的滑动头c的位置不变，调节R2使电压表示数为1.5 V。c．读出此时电阻箱的读数为R2。则可知按照该同学的测量方法，电压表内阻为________。(用带R2的表达式表示)解析：调节R1使电压表的示数为2.5 V。保持滑动变阻器的滑动头c的位置不变，调节R2使电压表示数为1.5 V。则此时R2分压为1 V。根据串联电路电流相等，则电压与电阻成正比，