高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十一章 电路及其应用4 串联电路和并联电路学案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十一章 电路及其应用4 串联电路和并联电路学案，共8页。


一、串、并联电路的特点
二、电流表和电压表
1．表头
小量程的电流表，通过表头的电流可以从刻度盘上读出来。
2．表头的三个参数
满偏电流Ig、_满偏电压Ug、内阻Rg，根据欧姆定律，三个参数之间的关系是Ug＝IgRg。
3．改装
(1)电压表改装：测量较大的电压时，将表头上串联一个较大的电阻，就改装成了电压表。
(2)电流表改装：测量较大的电流时，将表头上并联一个较小的电阻，就改装成了量程较大的电流表。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)串联电路的总电阻大于电路中任意电阻。(√)
(2)并联电路的总电阻小于电路中任意电阻。(√)
(3)并联电路中某电阻变大时，总电阻减小。(×)
(4)若将分压电阻串联在电流表上改装成电压表后，增大了原电流表的满偏电压。(×)
(5)若将分流电阻并联在电流表两端改装成电流表后，分流电阻和电流表两端的电压相等。(√)
2．(多选)把电流表改装成电压表时，下列说法正确的是( )
A．改装的原理是串联电阻有分压作用
B．改装成电压表后，原电流表本身允许通过的最大电流值也随着变大了
C．改装后原电流表自身的电阻也增大了
D．改装后使用时，加在原电流表两端的电压的最大值不变
AD [电流表改装成电压表的原理是串联电阻的分压作用，故A正确；电流表改装成电压表后Rg、Ig、Ug均不变，故B、C错误，D正确。]
3．(多选)电阻R1、R2、R3串联在电路中。已知R1＝10 Ω、R3＝5 Ω，R1两端的电压为6 V，R2两端的电压为12 V，则( )
A．电路中的电流为0.6 A
B．电阻R2的阻值为20 Ω
C．三只电阻两端的总电压为21 V
D．电阻R3两端的电压为4 V
ABC [电路中电流I＝eq \f(U1,R1)＝eq \f(6,10) A＝0.6 A；R2阻值为R2＝eq \f(U2,I)＝eq \f(12,0.6) Ω＝20 Ω，三只电阻两端的总电压U＝I(R1＋R2＋R3)＝21 V；电阻R3两端的电压U3＝IR3＝0.6×5 V＝3 V。]
1．串联电路、并联电路总电阻的比较
2.串、并联电路中，电压和电流的分配关系
(1)串联电路中各电阻两端的电压跟它的阻值成正比。
推导：在串联电路中，由于U1＝I1R1，U2＝I2R2，U3＝I3R3…Un＝InRn，I＝I1＝I2＝…＝In，所以有eq \f(U1,R1)＝eq \f(U2,R2)＝…＝eq \f(Un,Rn)＝eq \f(U,R总)＝I。
(2)并联电路中通过各支路电阻的电流跟它们的阻值成反比。
推导：在并联电路中，U1＝I1R1，U2＝I2R2，U3＝I3R3…Un＝InRn，U1＝U2＝…＝Un，所以有I1R1＝I2R2＝…＝InRn＝I总R总＝U。
【例1】 由四个电阻连接成的电路如图所示。R1＝8 Ω，R2＝4 Ω，R3＝6 Ω，R4＝3 Ω。
(1)求a、d之间的总电阻；
(2)如果把42 V的电压加在a、d两端，则通过每个电阻的电流是多少？
思路点拨：(1)分清四个电阻的串、并联关系。
(2)流过R3和R4的电流与其电阻值成反比。
[解析] (1)由题图可知Rcd＝eq \f(R3R4,R3＋R4)＝eq \f(6×3,6＋3) Ω＝2 Ω。
故Rad＝R1＋R2＋Rcd＝8 Ω＋4 Ω＋2 Ω＝14 Ω。
(2)由欧姆定律知I＝eq \f(U,Rad)＝eq \f(42,14) A＝3 A，
即为通过R1、R2的电流。
设通过R3、R4的电流分别为I3、I4，
则由并联电路电压相等，得I3R3＝I4R4；
又I3＋I4＝3 A，解得I3＝1 A，I4＝2 A。
[答案] 见解析
上例中，如果将1 A的电流通过a、d电路，则每个电阻两端的电压分别是多少？a、d之间的总电压是多少？
提示：U1＝IR1＝8 V
U2＝IR2＝4 V
U3＝U4＝IRcd＝2 V
Uad＝U1＋U2＋U3＝14 V。
解决简单混联电路的方法
(1)准确地判断出电路的连接方式，画出等效电路图。
(2)准确地利用串、并联电路的基本规律、特点。
(3)灵活地选用恰当的物理公式进行计算。
1．如图所示电路，电压保持不变，当开关S断开时，电流表的示数为0.6 A，当S闭合时，电流表的示数为0.9 A，则两电阻阻值之比R1∶R2为( )
A．1∶2 B．2∶1 C．2∶3 D．3∶2
A [由题意知，当S闭合时两电阻的电压相等，根据R＝eq \f(U,I)得R1∶eq \f(R1R2,R1＋R2)＝I2∶I1＝3∶2，
即(R1＋R2)∶R2＝3∶2，所以R1∶R2＝1∶2，A正确。]
【例2】 有一电流表G，内阻Rg＝100 Ω，满偏电流Ig＝1 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？
[解析] (1)由题意知电流表G的满偏电压
Ug＝IgRg＝0.1 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的分压
UR＝U－Ug＝2.9 V
所以分压电阻R＝eq \f(UR,Ig)＝eq \f(2.9,0.001) Ω＝2 900 Ω
改装后电压表的内阻RV＝Rg＋R＝3 000 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的分流
IR＝I－Ig＝0.599 A
所以分流电阻R＝eq \f(Ug,IR)≈0.167 Ω
改装后电流表的内阻RA＝eq \f(RgR,Rg＋R)≈0.167 Ω。
[答案] (1)2 900 Ω 3 000 Ω (2)0.167 Ω 0.167 Ω
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并不改变。
(2)电表改装的问题实际上是串、并联电路中电流、电压的计算问题，只要把表头G看成一个电阻Rg即可。
(3)改装后的电压表的表盘上显示的是表头和分压电阻两端的总电压，改装后的电流表表盘上显示的是通过表头和分流电阻的总电流。
2.一量程为0.6 A的电流表，其刻度盘如图所示，若此电流表的两端并联一个电阻，其阻值等于该电流表内阻的一半，使其成为一个新的电流表，则图示的刻度盘上的一个小格表示多少安培？
[解析] 设该表内阻为Rg，并联电阻值为eq \f(Rg,2)的分流电阻后，分流电阻承担的电流为
IR＝eq \f(IgRg,\f(Rg,2))＝eq \f(0.6,\f(1,2)) A＝1.2 A
所以改装后的电流表的量程为
I＝IR＋Ig＝(1.2＋0.6) A＝1.8 A
所以每一个小格表示I0＝eq \f(1.8,30) A＝0.06 A。
[答案] 0.06 A
1．已知通过三个并联支路的电流之比是I1∶I2∶I3＝1∶2∶3，则三个并联支路的电阻之比R1∶R2∶R3为( )
A．1∶2∶3 B．3∶2∶1
C．2∶3∶6D．6∶3∶2
D [由欧姆定律有R＝eq \f(U,I)，在并联电路中，电压相等，所以有R1∶R2∶R3＝eq \f(1,I1)∶eq \f(1,I2)∶eq \f(1,I3)＝eq \f(1,1)∶eq \f(1,2)∶eq \f(1,3)＝6∶3∶2。]
2．如图所示，R2＝R4，理想电压表V1的示数为70 V，理想电压表V2的示数为50 V，则A、B间的电压为( )
A．140 VB．120 V
C．100 VD．无法计算
B [理想电压表所在支路不通，则题图所示电路是四个
电阻串联，电压表V1测量的是R1和R2两端的电压之和，电压表V2测量的是R2和R3两端的电压之和。因为R2＝R4，所以电压表V2相当于测的是R3和R4两端的电压之和，即A、B间的电压为电压表V1的示数与电压表V2的示数之和，则A、B间的电压为50 V＋70 V＝120 V，选项B正确。]
3．电流表的内阻是Rg＝200 Ω，满刻度电流值是Ig＝500 μA，现欲把这个电流表改装成量程为1.0 V的电压表，正确的方法是( )
A．应串联一个0.1 Ω的电阻
B．应并联一个0.1 Ω的电阻
C．应串联一个1 800 Ω的电阻
D．应并联一个1 800 Ω的电阻
C [把电流表改装成电压表需串联一个电阻R，改装后U＝Ig(Rg＋R)，解得R＝eq \f(U,Ig)－Rg＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1.0,500×10－6)－200)) Ω＝1 800 Ω，即应串联一个1 800 Ω的电阻，C正确。]
串联电路
并联电路
电流
各处电流相等：
I＝I1＝I2＝…＝In_
总电流等于各支路电流之和：
I＝I1＋I2＋…＋In_
电压
总电压等于各部分电压之和：
U＝U1＋U2＋…＋Un
各支路两端电压相等：
U＝U1＝U2＝…＝Un
总电阻
总电阻等于各部分电阻之和：
R＝R1＋R2＋…＋Rn
总电阻倒数等于各支路电阻倒数之和：
eq \f(1,R)＝eq \f(1,R1)＋eq \f(1,R2)＋…＋eq \f(1,Rn)
对串、并联电路的理解
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＝nR
n个相同电阻R并联，总电阻R总＝eq \f(R,n)
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
电压表和电流表的改装
两表改装
比较项目
小量程的表头G(Ig，Rg)改装成电压表
小量程的表头G(Ig，Rg)改装成电流表
内部电路
扩大后量程
U＝Ig(R＋Rg)
I＝eq \f(IgRg,R)＋Ig
R的作用
分压
分流
R的阻值
R＝eq \f(U,Ig)－Rg
R＝eq \f(IgRg,I－Ig)
电表的
总内阻
RV＝Rg＋R或RV＝eq \f(U,Ig)
RA＝eq \f(RRg,R＋Rg)或RA＝eq \f(IgRg,I)
课 堂 小 结
知 识 脉 络
1.串联电路和并联电路的电流、电压和电阻特点。
2．串联电路和并联电路的有关计算。
3．电流表和电压表的改装原理与电路。