新教材 高中物理 必修三 11.4串联电路和并联电路 课件+教案+练习(含答案)

11.4 串联电路和并联电路

教学目标与核心素养

一、教学目标

1.经历串、并联电路的电流关系和电压关系的理论分析过程．

2.经历根据电流，电压关系和欧姆定律推导串、并联电路的电阻关系的过程,理解串，并联电路的电阻关系.提高逻辑思维能力。

3.通过对电表改装的分析讨论，提高综合运用欧姆定律、电路串并联规律以及分析解决问题的能力。

二、核心素养

物理观念：通过对电表量程的改装构建电流表和电压表电路模型。

科学思维：通过推导电流，电压关系和串、并联电路的电阻关系，培养提高学生的逻辑思维能力。

科学探究：通过对电表改装的分析，提高学生综合运用物理规律来分析解决问题的能力。

科学态度与责任：通过本节课的教学活动，要培养学生的应用意识，引导学生关心实际问题，有志于把所学物理知识应用到实际中去。

教学重难点

重点：熟练掌握串并联电路的特点以及电阻的串并联的计算

难点：表头G改装成大量程电压表V和电流表A的原理，并会计算分压电阻和分流电阻

教学过程

【新课引入】

在初中，我们曾研究过串、并联电路中电流的规律和电压的规律，如果把两个电阻 R1 、R2 串联或并联后看成一个电阻，它们应该是怎样的关系？

今天我们就用高中物理知识作进一步分析。在此基础上，讨论串、并联电路中各部分电阻的关系

【新知探究】

一、串、并联电路中的电流

1.串联电路中的电流

（1）电路的串联：把几个导体元件依次首尾相连的方式叫电路的串联。

（2）恒定电流电路中各处电荷的分布是稳定的，即电路中各处的电荷分布保持不变，所以相同时间内通过 0、1、2、3 各点的电荷量必然相等。串联电路中的电流处处相等。I0 = I1 = I2 = I3

2.串联电路中的电流

（1）把几个元件的一端连在一起另一端也连在一起，然后把两端接入电路的方式叫做电路的并联。

（2）在并联电路中，只有在相同时间内流过干路 0 点的电荷量等于进入各支路 1、2、3 各点的电荷量之和，才能保证电路各处的电荷量的分布保持不变。

并联电路的总电流等于各支路电流之和，I0 = I1+ I2 + I3+…

二、串、并联电路中的电压

1.串联电路中的电压

如图各点的电势与各点之间的电势差之间的关系：

U01 ＝ φ0 － φ1 ，U12 ＝ φ1 － φ2 ，U23 ＝ φ2 － φ3

因此：U01 ＋ U12 ＋ U23 ＝ φ0 －φ3 ＝ U03

串联电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和，U=U1+U2+U3

2.并联电路中的电压

思考：如图不考虑导线的电阻，0、1、2、3 各点之间的电势关系？

4、5、6点的电势关系呢?

φ0=φ1=φ2=φ3       φ4=φ5=φ6

因此，并联电路的总电压与各支路电压相等

U=U1=U2=U3。

三、串、并联电路中的电阻

1.串联电路中的电阻

如图两个电阻 R1 、R2 串联起来接到电路里，作为一个整体，它相当于一个电阻 R。这个电阻的大小与原来两个电阻的大小有什么关系？

由于 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

U ＝ U1 ＋ U2

由，通过这两个电阻的电流 I 是一样的，上式两边都除以电流 I，即

可得R ＝ R1 ＋ R2

如果n个电阻串联，那么R ＝ R1 ＋ R2+…+ Rn

即，串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和。

2.并联电路中的电阻

如图所示，在并联电路中，I ＝ I1 ＋ I2

由 ，两个电阻上的电压U是相同的，把上式两边都除以U，得

可得：

如果 n 个电阻并联，那么

即，并联电路总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和。

思考讨论：

①几个相同的电阻并联，总电阻为一个电阻的—————————。

②若不同的电阻并联，总电阻———————其中最小的电阻

③若某一支路的电阻增大，则总电阻——————————；

④若并联的支路增多时，总电阻将——————；

⑤当一个大电阻与一个小电阻并联时，总电阻接近——————。

答案:几分之一；小于；也随之增大；减小；小电阻。

四、电压表和电流表的电路结构

1. 表头

（1）常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表改装而成的。

（2）工作原理：通电后，线圈在磁场力的作用下带动指针偏转，电流越大，指针偏角越大。

（3）从电路的角度看，表头就是一个电阻，遵从欧姆定律。通过表头的电流是可以从刻度盘上读出来的。

2.表头的三个特征量

①内阻Rg：表头的电阻 Rg 叫作电流表的内阻。

②满偏电流Ig：指针偏转到最大刻度时的电流 Ig 叫作满偏电流。

③满偏电压Ug：表头通过满偏电流时，加在它两端的电压 Ug 叫作满偏电压。

由欧姆定律可知：Ug＝IgRg

表头的满偏电压 Ug 和满偏电流 Ig 一般都比较小。

3.表头G改装成大量程的电压表U

（1）测量较大的电压时，要串联一个分压电阻R，把表头改装成电压表，即电压表可以看作一个电压可读的“大电阻”。

（2）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。

电压表的内阻：RV=R+Rg

4.表头G改装成大量程的电流表

测量较大的电流时，则要并联一个分流电阻 R，把小量程的表头改装成大量程的电流表。电流表可以看作一个电流可读的“小电阻”。

（2）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。

电流表的总电阻

例题：一个表头的内阻Rg 为 30 Ω，满偏电流 Ig 为 1mA。要把它改装为量程 0 〜 0.6 A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？

分析：电流表由表头和电阻 R 并联组成，如图的虚线框所示。

电流表量程为 0 〜 0.6 A，是指通过电流表的电流为 0.6 A 时，表头的指针指在最大刻度，即通过表头的电流等于 Ig 。

解：通过电阻 R 的电流

IR ＝ I－Ig ＝（0.6 － 0.001）A ＝ 0.599 A

由欧姆定律可以求出分流电阻

电流表内阻 R A 等于 R g 与 R 的并联值，有

【课堂小结】

1.串联电路

I=I1=I2=…=In      U=U1+U2+…+Un

R=R1+R2+…+Rn

2.并联电路

I=I1+I2+…+In     U=U1=U2=…=Un

3.表头在电路中就是一个电阻，是一个小量程的电流表

4.表头改装成大量程的电压表串联一个大的分压电阻

5.表头改装成大量程的电流表并联一个小的分流电阻

【随堂演练】

1.如图所示，当AB间加上电压时，R1、R2、R3三个电阻上消耗的功率相等，则三电阻的阻值之比R1：R2：R3为（　　）

A．1：1：4                   B．1：1：1

C．1：1：2                   D．2：2：1

答案：A

2.某同学要把一个量程为200μA，内阻为300Ω的直流电流计G，改装成量度范围是0～4V的直流电压表，那么（　　）

A．串联一个阻值为20kΩ的电阻             B．并联一个阻值为19.7kΩ的电阻

C．改装后的电压表内阻为20kΩ             D．改装后的电压表内阻为19.7kΩ

答案： C

3．如图所示，两个电阻串联后接在电路中a，b两点，已知a，b两点间电压不变。某同学把一个实验室里的电压表并联在R1两端时，读数为5V；将该电压表并联在R2两端时，读数为4V，则a，b两点间电压（　　）

A．大于9V            B．等于9V  

C．小于9V            D．无法确定

答案： A

4.一电流表由电流计G和电阻R并联而成，如图所示，在校准时发现此电流表的读数总比准确值稍小些，采用下列措施可使读数变准确的是（　　）

A．在R上串联一比R小得多的电阻

B．在R上串联一比R大得多的电阻

C．在R上并联一比R小得多的电阻

D．在R上并联一比R大得多的电阻

答案：A

拓展提高

1.一电流表G（表头）的内阻为Rg，满偏电流为Ig，现欲把它改装成量程为1200Ig的电流表，下列方法和判断正确的是（　　）

A．应串联一个比Rg小得多的电阻，改装后电流表的内阻比Rg小得多

B．应串联一个比Rg大得多的电阻，改装后电流表的内阻比Rg大得多

C．应并联一个比Rg小得多的电阻，改装后电流表的内阻比Rg小得多

D．应并联一个比Rg大得多的电阻，改装后电流表的内阻比Rg大得多

答案： C

2.在电灯旁再并联一只电炉，电灯变暗的原因是（　　）

A．接上电炉使电路中总电流减小

B．电路中总电流不变，被电炉分去一些电流

C．电路中总电流增加导致线路上损失的电压增加，电灯两端电压变小

D．电路中总电流增加，通过电灯的电流增加

答案： C