高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 串联电路和并联电路教学设计

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 串联电路和并联电路教学设计，共7页。

课例编号
学科
物理
年级
高二
学期
上学期
课题
串联电路和并联电路
教科书
书名： 物理必修第三册
出版社： 人民教育出版社 出版日期： 2019年8月
教学人员
姓名
单位
授课教师
指导教师
教学目标
教学目标：1、分析得出串联和并联电路的电流、电压关系。
2、依据电流和电压关系，推导串联和并联电路总电阻的表达式。
3、通过建立模型，应用串、并联电路的规律分析限流电路和分压电路调节电路
电压的效果，并分析电压表和电流表的改装原理。
教学重点：1、串联电路和并联电路的电流、电压和电阻关系。
2、应用串联电路和并联电路规律分析限流电路和分压电路、电压表和电流表的
改装原理。
教学难点：1、串联电路和并联电路的总电阻和支路电阻的关系。
2、串联电路和并联电路的应用。
教学过程
时间
教学环节
主要师生活动
1分钟
课堂引入
回顾上节课所学内容：一个导体的电阻和影响导体电阻的因素。。
提出问题：电路中可能不止一个电阻，它们可能串联或者并联在一起同时使用。例如把两个电阻R1、R2串联或并联后看成一个电阻R，这个电阻R跟R1、R2应该是怎样的关系呢？
4分钟
串联和并联电路的电流、电压关系。
1.提问：我们通过实验学习到串联电路中的电流处处相等。为什么呢？我们能不能从物理原理得到这个规律呢？
恒定电流电路中各处电荷分布稳定，保持不变，因此任何位置的电荷都不可能越来越多或者越来越少，所以在t时间内通过0、1、2、3各点的电荷量q0、q1、q2、q3必然相等，再除以时间t可以得到。根据电流定义有I0 = I1 = I2 = I3。
2.提问：并联电路的总电流等于各支路的电流之和，为什么呢？
电路各处的电荷分布保持不变，在t时间内，流过干路0点的电荷量q0等于进入各支路1、2、3各点的电荷量q1、q2、q3之和，再除以时间t可以得到。根据电流定义有I0 = I1 + I2 + I3，
3.提问：串联电路两端的总电压等于各部分电路电压之和。为什么呢？
用φ0、φ1、φ2、φ3分别表示电路中0、1、2、3各点的电势，用U01、U12、U23、U03分别表示0与1、1与2、2与3、0与3之间的电势差，由电势差跟电势的关系可得U01＝φ0－φ1，U12＝φ1－φ2，U23＝φ2－φ3。因此，U01＋U12＋U23＝φ0－φ3＝U03。
4.提问：并联电路的总电压与各支路电压相等，为什么呢？
不考虑导线的电阻，0、1、2、3 各点之间没有电势差，也就是φ0=φ1=φ2=φ3。同样，几个电阻的右边也没有电势差，也就是φ4=φ5=φ6。因此，U=U1=U2=U3。
2分钟
串联和并联电路的电阻关系。
1.如果R1与R2是串联的，它们两端的总电压U等于两个电阻两端电压U1、U2之和，即
通过这两个电阻的电流I是一样的I = I1 = I2 ，上式两边都除以电流I，得到
根据R ＝U/ I，可得
如果n个电阻串联，，串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和。
2.如果R1、R2并联接到电路里，通过它们的总电流I等于通过两个电阻的电流I1、I2之和，即
两个电阻上的电压U是相同的U=U1=U2
把上式两边都除以U，得到
由R ＝U/ I，可得
如果n个电阻并联， ，并联电路总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和。
1.5分钟
小结
1.根据串联电路的电流、电压和电阻特点，我们可以得到，即串联电路中每一个电阻都要分担一部分电压，电阻越大，分担的电压就越多，这就是串联电路的分压作用。
2.根据并联电路的电流、电压和电阻特点，我们可以得到，即并联支路中每一条支路上的电阻都要分担总电流的一部分，支路电阻越小，它分担的电流就越大，这就是并联电路的分流作用。
7分钟
应用一：限流电路和分压电路
我们使用串联电路和并联电路就是利用它们的分压作用和分流作用。比如前面我们研究导体两端的电压随电流的变化情况时，需要改变电阻R两端电压U，这就需要控制电路，使用限流电路或分压电路。
1.限流电路，滑片P的右侧部分是接入电路的电阻，称为RP，它和R串联。
例题：滑动变阻器的最大阻值是RW，滑片P移动的过程中，阻值为R的电阻两端电压UR的变化范围是多少呢？
解：RP与R串联，通过它们的电流相等
通过实验验证调节效果。选取12V、0.1A的小灯泡作为研究对象，可通过小灯泡亮度的变化直观观察到它两端电压的变化。观看滑动变阻器的阻值RW=200Ω的实验录像。观察小灯泡亮度变亮，电压表示数变大，这是因为随着滑片P向右移动，RP减小，它分到的电压减小，小灯泡分到的电压增大的结果。限流电路确实起到了调节电路电压的效果。

2.分压电路，展示电路图。当滑片P置于某位置时，相当于通过滑片P把滑动变阻器分成左右两部分，导体R先和滑动变阻器的左半部分并联，之后一起再和滑动变阻器的右半部分串联。
通过实验观察分压电路调节电压。选取12V、0.1A的小灯泡作为研究对象，滑动变阻器的阻值RW=20Ω。
观察到
思考：通过分析电路的串、并联关系推导出分压电路可以在0~U的范围调节电压。
7分钟
应用一：电压表和电流表的电路结构
展示电压表和电流表，说明他们都是由小量程的电流表（表头）改装而成的。
1.小量程电流表（表头）
①作用：测量电路中的电流
②原理：磁场对通电导线的作用
③电路图符号：
④内阻Rg：表头本身的电阻(Rg=2020Ω)
⑤也可以测电压
⑥满偏电流Ig（100μA）
满偏电压Ug（Ug= Ig × Rg =0.202mV）
表头能测量的电流和电压都较小，要想测量大的电流和电压就需要改装表头。
2. 想把表头改装成量程是0~U的电压表。
串联有分压的作用，电阻R和表头串联。当通过的电流是Ig时，表头分担电压为IgRg，电阻R分担电压为UR，IgRg+UR=U，所以。整体作为电压表的阻值，也就是表头和电阻的串联总电阻值。电压表可以看作一个电压可读的“大电阻”。串联电阻R的作用是分担一部分电压，起这种作用的电阻常常被叫作分压电阻，电阻R的阻值越大，U就越大。
3. 把表头改装成量程是0~I的电压表。
并联有分流作用。电阻R和表头并联，当并联电压是IgRg时，表头通过的电流为Ig，电阻R分流的电流为IR，Ig+IR=I。由此我们可以得到需要并联的电阻。整体作为电流表的阻值。也就是表头和电阻的并联总电阻值。换句话说就是电流表可以看作一个电流可读的“小电阻”。并联电阻R的作用是分去一部分电流，起这种作用的电阻常常被叫作分流电阻。
例题：一个表头的内阻Rg为30Ω，满偏电流Ig为1mA。要把它改装成量程是0~0.6A的电流表，需要并联多大的电阻？改装后电流表的内阻是多少？
解：通过电阻R的电流
IR=I-Ig=(0.6-0.01)A=0.599A
由欧姆定律可以求出分流电阻
电流表内阻RA等于Rg与R的并联值，则有
R和RA相等，这是因为R远远小于RA。
综上，我们可以看出电表是一个可以显示两端电压或通过它电流的电阻。
2分钟
理想电表和实际电表
理想电压表的内阻无穷大，没有电流流过；理想电流表的内阻不计，不分担电压。而实际是电压表的内阻比较大，不是没有电流流过，而是流过的电流比较小；实际电流表的内阻小，不是不分担电压，而是分担的电压比较小。
提问：实际电表视为理想电表的条件是什么？
当与电压表并联的电阻远小于电压表内阻，或对实验精度要求不高时，可以把电压表看做理想表。
当与电流表串联的电阻远大于电流表内阻，或对实验精度要求不高时，可以忽略电流表的内阻，看做理想表。
思考题：按照图甲和图乙两种电路测量导体的电阻，相比于理想电表，实际电表会对实验结果造成什么样的系统误差呢？到下一节课再讨论。