2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第二章 第4節(jié) 串聯(lián)電路和并聯(lián)電路 教案1.doc
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2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第二章 第4節(jié) 串聯(lián)電路和并聯(lián)電路 教案1 三維目標 知識與技能 1.進一步學習電路的串聯(lián)和并聯(lián),理解串、并聯(lián)電路的電壓關系、電流關系和電阻關系,并能運用其解決有關問題; 2.了解電流表(表頭)的原理,知道什么是滿偏電流和滿偏電壓。知道常用的電壓表和電流表都是由小量程的電流表G(表頭)改裝而成的。利用電路的串、并聯(lián)規(guī)律分析電表改裝的原理,會求分壓電阻和分流電阻的阻值。 過程與方法 1.通過分壓電阻和分流電阻阻值的計算,培養(yǎng)學生應用所學物理知識解決實際問題的能力; 2.通過復習、歸納、小結把知識系統(tǒng)化。 情感態(tài)度與價值觀 通過學習,學會在學習中靈活變通和運用。要培養(yǎng)學生的應用意識,引導學生關心實際問題,有志于把所學物理知識應用到實際中去。 教學重點 串、并聯(lián)電路的特點、規(guī)律。 教學難點 表頭G改裝成大量程電壓表V和電流表A的原理,并會計算分壓電阻和分流電阻。 教學方法 講授、討論、練習。 教 具 表頭、電阻箱、投影片、多媒體輔助教學設備。 教學過程 [新課導入] 我們在初中已經學知道,把幾個導體首尾相連,接入電路,這樣的連接方式叫做串聯(lián);把幾個導體的一端連在一起,另一端也連在一起,然后把這兩端接入電路,這樣的連接方式叫做并聯(lián)。這一節(jié),我們分別研究串聯(lián)電路和并聯(lián)電路中各部分電流的關系、各部分電壓的關系,以及各部分電阻的關系。 在初中我們已經研究過其中的某些問題,現(xiàn)在用高中的物理知識做進一步分析。 [新課教學] 一、串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的電流 1.串聯(lián)和并聯(lián)的接法 (1)串聯(lián)接法 ①串聯(lián)的接法 把幾個導體首尾相連,接入電路,這樣的連接方式叫做串聯(lián)。 ②串聯(lián)接法的特點 兩電阻串聯(lián),一端等電勢,另一端不等電勢。 (2)并聯(lián)接法 ①并聯(lián)的接法 把幾個導體的一端連在一起,另一端也連在一起,然后把這兩端接入電路,這樣的連接方式叫做并聯(lián)。 ②并聯(lián)接法的特點 兩電阻并聯(lián),兩端分別為高低等勢點。 2.串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的電流 引導學生推導出串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的電流規(guī)律,學生閱讀教材,并進行推導。 (1)串聯(lián)電路的電流 0 1 2 3 在恒定電流電路內各處電荷的分布是穩(wěn)定的,任何位置的電流都不可能越來越多或越來越少。在如圖所示的串聯(lián)電路中,要使串聯(lián)電路中各處的電荷分布保持不變,相同時間內通過0、1、2、3各點的電荷量必須相等,因此,串聯(lián)電路各處的電流相等。 串聯(lián)電路各處的電流相等,即 I0=I1=I2=I3…… 0 1 2 3 (2)并聯(lián)電路的電流 在如圖所示的并聯(lián)電路中,只有在相同時間內流過干路0點的電荷量等于進入各支路1、2、3各點的電荷量之和,才能保持電路中各處電荷的分布恒定不變,因此,并聯(lián)電路的總電流等于各支路電流之和。 并聯(lián)電路的總電流等于各支路電流之和,即 I0=I1+I2+I3…… 二、串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的電壓 (1)串聯(lián)電路的電壓 在前面的串聯(lián)電路中,用φ0、φ1、φ2、φ3分別表示電路中0、1、2、3各點的電勢,以U01、U12、U23、U03分別表示0與1、1與2、2與3、0與3的電勢差(即電壓)。引導學生推導出串聯(lián)電路的電壓規(guī)律。 學生閱讀教材,進行推導。 由電勢差跟電勢的關系知道: U01=φ0-φ1,U12=φ1-φ2,U23=φ2-φ3 因此,U01+U12+U23=φ0-φ3 另一方面同,φ0-φ3=U03 即串聯(lián)電路兩端的電壓總等于各部分電路電壓之和。 串聯(lián)電路兩端的電壓總等于各部分電路電壓之和,即 U0=U01+U12+U23+…… (2)并聯(lián)電路的電壓 在前面的并聯(lián)電路中,不考慮導線的電阻,0、1、2、3各點之間沒有電勢差,它們具有相同的電勢。同樣,幾個電阻右邊的電勢也相同,用U1、U2、U3代表圖中三個電阻兩端的電壓,則 U0=U1=U2=U3 并聯(lián)電路的總電壓與各支路電壓相等,即 U0=U1=U2=U3=…… 三、串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的電阻 引導學生推導出串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的電阻規(guī)律。學生閱讀教材,進行推導。 1.串聯(lián)電路的電阻 如圖所示,兩電阻R1、R2串聯(lián)起來接到電路里,作為一個整體,它們相當于一個電阻,這個電阻有大小與原來兩個電阻的大小有什么關系? 由于R1與R2是串聯(lián)的,它們兩端的總電壓U等于兩個電阻上的電壓U1、U2之和,即 U=U1+U2 流過這兩個電阻的電流I是一樣的,上式兩旁同除以電流I,于是得到 由歐姆定律,可得 R=R1+R2 不難證明,如果多個電阻串聯(lián),那么 R=R1+R2+…… 串聯(lián)電路的總電阻等于各部分電路電阻之和。 2.并聯(lián)電路的電阻 如圖所示,兩電阻R1、R2并聯(lián)起來接到電路里,作為一個整體,它們相當于一個電阻,這個電阻有大小與原來兩個電阻的大小有什么關系? 由于R1與R2是并聯(lián)的,流過它們的總電流I等于兩個電阻上的電流I1、I2之和,即 I=I1+I2 兩個電阻上的電壓U是相同的,把上式兩旁同除以電壓U,于是得到 由歐姆定律,可得: 不難證明,如果多個電阻并聯(lián),那么: +…… 并聯(lián)電路總電阻的倒數(shù)等于各支路電阻的倒數(shù)之和。 四、電壓表和電流表 1.串聯(lián)電路的電壓分配 在串聯(lián)電路里電流都相等,各電阻兩端的電壓分別為: U1=IR1、U2=IR2,U3=IR3……Un=IRn、U=IR。 U1∶U2∶U3……Un=R1∶R2∶R3……Rn,Un∝Rn 在串聯(lián)電路中電壓與電阻成正比分配。 2.并聯(lián)電路的電流分配 在并聯(lián)電路里電壓都相等,根據(jù)部分電路歐姆定律有: U=I1R1、U=I2R2,U=I3R3……U=InRn、U=IR。 I1R1=I2R2=I3R3=I3R3=InRn=IR,In∝ 在并聯(lián)電路中電流與電阻成反比分配。 3.電壓表和電流表 (1)電流表G(表頭)的構造和工作原理 ①主要構造 表頭G是指小量程的電流表,即靈敏電流計。 常用的表頭主要由永磁鐵和放入永磁鐵磁場中可轉動的線圈組成。 ②工作原理 當線圈中有電流通過時,線圈在磁場力的作用下帶著指針一起偏轉,通過線圈的電流越大,指針偏轉的角度就越大,且θ∝I,電流表和電壓表的刻度是均勻的。這樣根據(jù)指針的偏角就可以知道電流的大小。若在表頭刻度盤上標出電流值就可以測量電流了。 ③表頭G的主要參數(shù) a.滿偏電流Ig 表頭的線圈準許通過的最大電流很小,一般不超過幾十微安到幾毫安,這個電流值叫表頭的滿偏電流,用Ig表示。 表頭指針偏轉到最大刻度時的電流,叫滿偏電流Ig。 如果通過表頭的電流超過滿偏電流Ig,不但指針指不出示數(shù),表頭還可能被燒壞。 b.表頭的內阻Rg 表頭的線圈電阻一般為幾歐到幾百歐,這個電阻值叫做表頭的內阻,用Rg表示。 表頭線圈的電阻,叫做表頭的內阻Rg。 說明:每個表頭都有它的滿偏電流Ig和內阻Rg,Rg和Ig是表頭的兩個重要參數(shù)。 c.滿偏電壓Ug 由歐姆定律知道,通過表頭的電流跟加在表頭兩端的電壓成正比,即I∝U。由于θ∝I,I∝U,故U∝θ。如果在刻度盤上標出電壓值,由指針所指的位置,就可以讀出加在表頭兩端的電壓。 問題:利用表頭能夠測量的最大電流和最大電壓分別是多大?能不能根據(jù)Ig、Rg概括出什么叫做滿偏電壓? G Ig Ug Rg 表頭通過滿偏電流時加在它兩端的電壓,叫滿偏電壓,用Ug表示。 問題:滿偏電流Ig、內阻Rg、滿偏電壓Ug三者之間有什么關系? 據(jù)部分電路歐姆定律可知: Ug=IgRg 總結:表頭G的滿偏電壓Ug和滿偏電流Ig一般都比較小,測量較大的電壓和較大的電流時,需要把小量程的表頭G加以改裝。 (2)把表頭G改裝成電壓表V ①把表頭G改裝成電壓表V的方法 用表頭G雖然能夠用來測量電壓,但由于表頭的滿偏電流一般很小,因此表頭能夠測量的最大電壓也很小,所以不能直接用來測量較大的電壓。當加在表頭兩端的電壓大于滿偏電壓時,通過表頭的電流就大于滿偏電流,可能將表頭燒壞。 問題:同學們能不能想一個辦法用表頭去測較大的電壓呢? 分析:利用串聯(lián)電阻的分壓作用,給表頭G串聯(lián)一個適當?shù)碾娮鑂,能將表頭改裝成一個量程較大的電壓表V,用改裝后的電壓表V就可以測量較大的電壓。 G Ig Rg R Ug UR U V Ig U RV 方法:給表頭G串聯(lián)一個適當?shù)姆謮弘娮鑂。 ②把表頭G改裝成電壓表V的原理 原理:串聯(lián)電阻的分壓作用。 (介紹電壓表V的組成及量程) 電壓表V由表頭G和分壓電阻R組成,如圖虛線框內所示。 所謂量程U,意思是當電壓表V兩端的電壓為U時,表頭G分擔的電壓為滿偏電壓Ug,通過表頭G 的電流為滿偏電流Ig,指針指在最大刻度處,所以表盤最大刻度處的電壓值為量程U。 在表頭的刻度盤上標出對應的電壓值,就改裝成了電壓表。 ③分壓電阻的計算 問題:有一個表頭G,其內阻為Rg,滿偏電流為Ig,將它改裝成量程為U的電壓表,要串聯(lián)一個多大的電阻R? 分析:根據(jù)串聯(lián)電路基本特點可知,當表頭G滿偏時,流過分壓電阻R的電流為Ig。 表頭滿偏時表頭兩端的電壓Ug=IgRg,分壓電阻R兩端的電壓UR=U-Ug=U-IgRg。 Ig= R= n=為電壓量程擴大的倍數(shù)。 ④改裝后電壓表的內阻 問題:改裝后電壓表V的內阻是多大? 分析:改裝后的電壓表由表頭和分壓電阻串聯(lián)而成,電壓表的內阻RV應為兩者串聯(lián)的電阻。 RV=Rg+R= ⑤改裝后的電壓表標度 問題:如何給改裝后的電壓表V標度? 分析:當流過表頭的電流為I1時,加在電壓表V兩端的電壓UAB=I1(Rg+R),表明加在電壓表兩端的電壓與電流成正比。當流過表頭的電流為滿偏電流Ig時,電壓表V兩端的電壓達到最大值,即改裝后的量程U,則U=Ig(Rg+R)。 因此,只要將原來表頭的刻度盤的每一刻度值擴大為原來的(Rg+R)倍,就得到改裝后的電壓表V的表盤。 (3)把表頭G改裝成電流表A ①把表頭G改裝成電流表A的方法 用表頭G雖然能夠用來測量電流,但是由于表頭的滿偏電流Ig很小,因此,表頭能夠測量的最大電流也很小,所以不能用表頭去測量較大的電流。 問題:同學們能不能想辦法用表頭去測量較大的電流呢? 分析:利用并聯(lián)電阻的分流作用,給表頭G并聯(lián)一個適當?shù)姆至麟娮鑂,將表頭G改裝成一個量程較大的電流表A,利用改裝后的電流表A就可以測量較大的電流了。 G Ig Rg R I A I U RA IR 方法:給表頭G并聯(lián)一個適當?shù)姆至麟娮鑂。 ②把表頭G改裝成電流表A的原理 原理:并聯(lián)電阻的分流作用。 電流表A由表頭G和電阻R并聯(lián)組成,如圖虛線框內所示。 所謂量程I,意思是通過電流表A的電流為I時,通過表頭G的電流為滿偏電流Ig,指針指在最大刻度處,所以改裝后電流表A的表盤最大刻度處標值為I。 在表頭的刻度盤上標出對應的電流值,就改裝成了電流表。 ③分流電阻的計算 問題:有一個表頭G,其內阻為Rg,滿偏電流為Ig,將它改裝成量程為I的電流表,要并聯(lián)一個多大的電阻R? 分析:當表頭G滿偏時,加在表頭兩端的電壓為Ug=IgRg。根據(jù)并聯(lián)電路的基本特點,加在電阻兩端的電壓UR=Ug=IgRg。通過分流電阻R的電流IR=I-Ig。根據(jù)并聯(lián)電路的基本特點和部分歐姆定律有: UR=Ug=IgRg=IRR=(I-Ig)R R= n=為電流量程擴大的倍數(shù)。 ④改裝后電流表的內阻 問題:改裝后電流表A的內阻是多大? 分析:改裝后的電流表由表頭和分流電阻并聯(lián)而成,電流表的內阻RA應為兩者并聯(lián)的電阻。 RA= ⑤改裝后的電流表標度 問題:如何給改裝后的電流表A標度? 分析:當流過表頭G的電流為滿偏電流Ig時,流過電流表A的電流最大,為改裝后電流表的量程I。 I=Ig+IR=Ig+ 因此,只要將原來表頭的刻度盤的每一刻度值擴大為原來的倍,就得到了改裝后的電流表A的表盤。 [小結] 通過本節(jié)課的學習,主要學習了以下幾個問題: 1.串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的電流、電壓和電阻,串聯(lián)電路的電壓分配和并聯(lián)電路的電流分配。 2.表頭G的三個重要參量:滿偏電流Ig,內阻Rg和滿偏電壓Ug。把表頭G改裝成電壓表時,需要串聯(lián)一個適當?shù)碾娮鑂;把表頭G改裝成電流表時,需要并聯(lián)一個適當?shù)碾娮鑂。 [布置作業(yè)] 教材第52頁“問題與練習”。- 配套講稿:
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