电学知识专题讲座.docx

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电学知识专题讲座

电学知识专题讲座

　电学是初中物理的一大部分，在每年的中考中所占的分量与力学不相上下。

电学也是中考的卡分点,区分度主要在电学与力学中体现。

由于电学知识较难,提高电学知识的难度相对力学来说要高得多。

所以说,学好电学就等于中考成功了一半。

学好电学主要是要学会区分电路图和懂得各物理量的计算方法。

下面从几个方面介绍电学知识。

　一、连接方法

　电路的连接方法不是串联就是并联（混联在初中阶段不要求掌握），没有其他方法。

　　⑴分析要点:

从电流的路径数分析，也就是说从电源的正极出发,流到电源的负极。

只有一条路径的电路是串联,有二条或二条以上路径的电路是并联。

例１　分析图1甲、乙两图电路到底是串联还是并联。

图１

　解析:

甲图电流从电源正极出发,回到负极有三条路径。

分别是①电源正极→开关→L３→电源负极；②电源正极→开关→Ｌ２→电源负极;③电源正极→开关→L1→电源负极。

所以是并联电路。

乙图电流从电源正极出发，回到负极只有一条路径:

电源正极→Ｌ3→L2→L1→开关→电源负极。

所以说是串联电路。

　　⑵电压表、电流表的处理方法：

由于电压表的电阻很大，所以在分析时作断路处理。

而电流表的电阻很小,故在分析时作短路处理。

　　例2　分析图2甲、乙两图电路到底是串联还是并联。

图２

　解析:

甲、乙两图电路看上去相似,但结果却完全不同。

在甲图中，由于电流表当作短路，结果与例１甲图一样。

乙图电压表作断路,电流根本上流不过去,电流从电源正极出发,回到负极只有一条路径:

电源正极→开关→Ｌ3→Ｌ2→Ｌ1→电源负极。

所以说是串联电路。

　二、三种测量仪器

１.电流表

电流表是串联在被测电路中的,有两个量程（0.６Ａ和3A）。

测量时不能超过它的量程外,还应注意,为了提高准确程度,如果被测电流不超过0．６Ａ时,不应选用３Ａ的量程。

共用的接线柱多数是“—”,也有少部分是“＋”。

由于内部电阻很小，所以不能直接接到电源两极上。

2．电压表

　　电压表是并联在被测电路中的,有两个量程（3Ｖ和15A）。

测量时不能超过它的量程外,还应注意,为了提高准确程度，如果被测电压不超过3Ｖ时，不应选用15V的量程。

共用的接线柱多数是“—”，也有少部分是“＋”。

由于内部电阻很大，所以可以直接接到电源两极上。

如果电压表与用电器串联,用电器因为电流很小（几乎为零）而不能工作。

电压表的示数则（几乎）等于电源电压。

　　例３小明在进行测量小灯泡电功率实验时，错误地将电路设计成如图3所示的电路，并按该电路图进行连接实物。

请你分析，小明连接好实物后,电流表和电压表的示数各是多少?

（电源为两节干电池）

　解析:

此时电压表串联在电路中,由于其电阻很大，故电路中电流很小,几乎为零。

所以电流表示数为0。

根据公式Ｕ=IＲ,R越大，U越大。

所以电压表示数几乎等于电源电压，所以示数为3V。

３．电能表

电能表是测量用户一段时间内所消耗电能的仪表。

它所记载的数据是类加的,最后一位数字表示小数点后的。

它并联在家庭电路进户处的干路上。

面板上的数字表示不同的物理意义。

　例４　小华观察到家庭电路中电能表面板上标有“２500r/Kw·h”字样,问当电能表铝盘转过1000圈,家庭电路消耗了多少电能?

　解析:

25００r/Kw·h表示每消耗１Kw·ｈ电能,电能表铝盘转25０0圈。

也就是说,铝盘每转一圈，消耗

Kｗ·ｈ电能。

电能表铝盘转过100０圈,家庭电路消耗的电能就是W＝

Kｗ·ｈ×10０0=

Kw·h=０.4Kw·h。

三、三种状态

　1.通路

接通的电路叫通路。

此时用电器能正常工作。

2．断路（开路）

断开的电路叫断路或开路。

此时用电器因为没有电流通过而不工作。

　　3．短路

分为电源短路与局部短路两种。

　　⑴电源短路

　不经用电器直接连接电源两极叫电源短路（就是课本所说的“短路”）。

由于电路中电流很大，所以会烧毁电路和电源,故不允许。

　⑵局部短路

　在串联电路中,某一用电器两端被导线直接连通，就叫局部短路。

如图4，就叫L２短路。

这种电路不但允许还被广泛应用。

　例5　八年级

（2）班的同学为了防止晚上有贼进入宿舍偷东西,想设计一个电路,当贼推门进来宿舍时，电铃马上报警。

请你帮他们设计一个电路。

　解析：

当贼推开门时,门会移动。

我们可以把一根细导线安装在门和门框之间，充分利用门的移动把细导线拉断。

如图5所示：

　四、各种应用机械或元件

　１．滑动变阻器（电阻箱）

　　原理:

通过改变接入电路中电阻丝的长度来改变接入电路中的电阻。

　接法:

串联接入电路中，按“一上一下”接法。

　铭牌上标有最大电阻值和允许通过的最大电流。

2.电动机

　原理：

通电导体在磁场中受到力的作用。

　构造:

磁极、线圈、换向器、电刷。

3.发电机

　原理：

电磁感应现象。

　构造与发电机相同，只不过是称呼不同而已。

把换向器称为铜环。

　4.电磁继电器

　　原理:

通过控制低压控制电路的通断来间接控制高压工作电路的通断。

　　实质：

用电磁铁控制电路通断的开关。

　　分析方法：

先分析控制电路，再分析工作电路。

例6图６是一种水位自动报警器的原理图,水位没有到达金属块A时,绿灯亮;水位到达金属块Ａ时，红灯亮。

说明它的工作原理。

[1]

　　解析：

（分析控制电路）水位没有到达金属块A时，继电器线圈没有电流通过,它的上面两个触点接触,（分析工作电路）工作电路中绿灯与电源构成回路,绿灯亮;（分析控制电路）当水位到达金属块A时,继电器线圈有电流通过，它的下面两个触点接触，（分析工作电路）工作电路中红灯与电源构成回路,红灯亮。

五、串、并联电路电流、电压与电阻的关系

连接方法

电流

电压

电阻

串联电路

I=I１＝Ｉ2

Ｕ＝U1+Ｕ２

R=Ｒ1+Ｒ2

并联电路

I=Ｉ１+I2

U＝U1=Ｕ２

或

注:

三个电阻并联总电阻的计算方法在中考中几乎不考。

六、各种比例关系

　1．串联电路（见图7）

⑴电流关系

串联电路中处处电流相等。

因此通过Ｒ１和R2的电流之比：

I1：

Ｉ2=１:

1。

⑵电压关系

　根据欧姆定律Ｉ=

变形得到U=IR,又因为串联电路中处处电流相等。

因此Ｒ１两端的电压Ｕ1与R2两端的电压U2之比:

U1：

U2＝IR１：

IＲ２＝R1:

R2。

　　⑶功率关系

　串联电路中处处电流相等,根据功率的计算公式P=UI得到R1消耗的功率P1=U1Ｉ,R2消耗的功率P2=U2Ｉ。

因此Ｐ1：

P2＝　U1Ｉ：

U2Ｉ=U１:

Ｕ2。

又因为U１:

U2＝R1：

R2。

所以Ｐ１：

P2=U１:

U２=Ｒ1：

R２。

　　2.并联电路（见图8）

　⑴电压关系

　并联电路中各支路电压相等。

因此R１两端电压U1与R2两端电压U2之比：

U1:

Ｕ2=1:

1。

　⑵电流关系

　并联电路中各支路电压相等,根据欧姆定律Ｉ＝

。

通过Ｒ1的电流I１=

通过Ｒ2的电流I2=

。

所以通过R1的电流Ｉ1与通过R２的电流I2之比:

Ｉ１:

I2=

：

=Ｒ2:

R１。

　⑶功率关系

并联电路中各支路电压相等，根据功率计算公式P=UＩ。

R1消耗的功率P1=UI1,R２消耗的功率Ｐ2＝UＩ2。

所以R1消耗的功率P1与R2消耗的功率P2之比：

　Ｐ１:

P2=UＩ1:

UI２=I１：

I2。

又因为I１：

Ｉ2=　Ｒ2:

R１。

故P1：

P2=　I1:

Ｉ2=Ｒ２：

R１。

　3.同一用电器（同一电阻）在不同电压下消耗电功率的关系

　　当电阻R相同时,所消耗的电功率根据功率计算公式P=UI，推导得出P=UI=U·

＝

。

所以电阻R在电压U1下消耗的功率Ｐ1=

；在电压Ｕ2下消耗的功率P2=

。

因此，电阻R在电压U1下消耗的功率P１与在电压Ｕ2下消耗的功率Ｐ2之比:

　P1：

P2＝

:

＝U12:

U２2;或p1:

p2=Ｉ１２R：

I22R＝I1２：

Ｉ２2。

　同理，也可以推导出电阻R消耗功率为Ｐ1时两端的电压U1与电阻R消耗功率为Ｐ2时两端的电压U2之比:

U１：

Ｕ2＝

。

　七、用控制变量法决定电功率公式的使用

初中物理有关电功率的计算有四个公式（含推导公式）,它们分别是p=

p=ＵI,p=I2R和ｐ＝

。

对于这四个公式，在计算题中学生经常弄不懂应该用哪一个，经常被这四个公式搞得头晕脑涨。

初中物理实验研究方法中有一个著名的“控制变量法”。

也就是说一个物理量当它有可能受几个因素影响的时候，我们研究它与哪一个因素的关系时就改变哪一个因素，其它因素都要控制不变。

上面四个有关电功率计算的公式中分别有两个物理量，我们在应用它们来解答物理计算题时，就应该认真审理题目所给的物理量中有哪一个是不改变的,有哪一个是改变的,不变量与改变量所组成的电功率公式就是我们所要应用的公式。

　例7（2008成都）某电磁炉的额定功率是1.1KＷ,额定电压是２20V,接入某电路时,测得通过它的电流为４A,求（１）电磁炉的电阻是多少?

（2）电磁炉的实际功率是多少?

解析：

（１）题目给出了额定功率和额定电压,根据公式“p=

”推导得出

Ｒ=

=

＝44Ω

（2）因为电磁炉的电阻是不变的，题目又给出了实际电流,故用公式

　　ｐ=I2Ｒ=（4A）2×44Ω=704W

例8　一电阻丝通过的电流是3A,在ｔ时间内产生400J的热量，现使通过电阻丝的电流增大到6A，则在t时间内产生的热量是          Ｊ。

　　解析：

电炉丝的电阻不变,题目给出了电流，故应根据公式W=pt＝I2Ｒt计算。

　　Q１=I12Ｒt＝（3A）２　Ｒｔ=９A2　Ｒt　=400Ｊ，

　Q2＝Ｉ2２Ｒt＝（６A）2Rt=36A2Rt=4Q1=16０0J。

　例9　随着生活水平提高，家用电器日益增多。

某户对旧电路改造后,将保险丝的规格由５Ａ换成8A,则该线路允许同时接入的用电器功率比原来增大了（ 　）

　A.110０W B.1760W  Ｃ．6６0W  Ｄ.２860Ｗ

解析:

家庭电路电压不变,为220Ｖ。

题目给出了电流值,故用公式p＝ＵＩ计算。

　P1=ＵI1=２20V×5A=１100W，

　P2=UI2=220V×8A=1760W，

△Ｐ=P2-Ｐ1＝176０W－110０W=660W，

　所以选C

例１0　家用电饭锅的加热和保温状态，如图9为其工作原理图。

图中R０为加热电阻，R1保温电阻。

将电饭锅接入220Ｖ的电路中，如果在加热状态消耗的总功率为1１0０W，保温状态消耗的总功率为22０W。

（1）开关Ｓ闭合时电饭锅处于什么工作状态？

为什么？

（2）求出加热电阻R０和保温电阻Ｒ1。

[3]

解析：

（1）电路电压一定，S的闭合或断开只是改变电路的总电阻。

根据公式p=

分析。

Ｕ一定，S闭合使R1短路,电路电阻减小，功率p增大,所以是加热状态。

（2）电路电压一定，为２20V。

当开关Ｓ闭合或断开,只改变了电路的总电阻,所以根据公式p=

变形得Ｒ=

。

　S闭合时,R1短路,只有R0接入电路，

　　R0＝

＝

=４4Ω,

　S断开,R０和Ｒ１串联,

　　R＝

=

=2200Ω,

　　R1=Ｒ-Ｒ０=2200Ω-４4Ω=21５6Ω。

　例11如图１0所示是小明同学安装的家用调光灯电路图，灯泡上标有“PZ22０—４0”字样，滑动变阻器的最大阻值为1210Ω。

求调光灯功率的调节范围。

（不考虑温度对灯丝电阻的影响）[4]

　解析:

当滑动变阻器的滑片在左端时,灯泡的电压为220Ｖ,所以灯泡的功率是40W。

　当滑动变阻器的滑片在右端时,灯泡两端的电压和通过的电流都发生了改变,但灯泡的电阻不变，所以不是选公式“ｐ=

”就是选公式“ｐ=I2R”。

　RＬ=

=

＝1210Ω,

I=

=

＝

=

A,

　　所以此时灯光功率p=I２Ｒ=（

Ａ）2×１21０Ω=１0W。

　所以调光灯功率的调节范围：

10W~4０W。

　　或:

因为灯泡电阻与变阻器最大电阻相同，所以灯泡两端的电压与变阻器两端的电压相同，即均是１10V。

所以用公式p=

计算得

　p=

＝

=1０Ｗ。

　例12　如图１1所示,R1：

R2=２:

3,求Ｒ１,R2消耗的功率之比。

　解析：

串联电路处处电流相等，所以计算电功率应用公式“p=I２R”，故

　　Ｐ1：

Ｐ2=

＝

=２：

3。

　　例13　如图12所示,R1:

Ｒ２=2:

3,求R1,R２消耗的功率之比。

解析：

并联电路各支路电压相等,所以计算电功率就用公式“p＝

”，故

P1：

Ｐ２=

＝

=3:

２。

　　例１4一电阻Ｒ，分别接在电压为200V和2２０V的电路上，消耗的电功率分别是P1和P2，求P1:

Ｐ2。

解析：

电阻R的阻值不变，电压改变。

所以选用电功率公式“p=

”，故

　　P1：

P2＝

=

=

=1０0:

121。

　八、换位思考在电路分析题中的应用

　换位思考的实质,就是设身处地为他人着想,即想人所想,理解至上。

如果单从字义理解，就是换个位置思考。

初中物理电学分析题就常常要换个位置思考，不然很容易钻进死胡同。

　　例15（200８年河南省中考题、图13所示的是握力计的原理图,其中弹簧上端和滑动变阻器滑片固定在一起,ＡB间有可收缩的导线，R0为保护电阻,电压表可显示压力的大小。

则当握力F增加时电压表的示数将（  ）

　A.变大   B.变小    C.不变   D.无法确定

　解析：

电压表并联在滑动变阻器的两端，测滑动变阻器两端的电压。

当握力F增加时,滑动变阻器滑片向下移动,电阻变大,电路电流变小。

如果用公式U=IＲ分析滑动变阻器两端的电压,电流I变小，滑动变阻器R变大,根本无法判断。

这时,就要换个位置思考了。

电路中只有两个用电器,滑动变阻器两端电压直接分析不了，那就分析定值电阻R0两端电压。

R0两端电压Ｕ1=IR0，R0阻值一定，电流I变小,所以U1变小。

那么滑动变阻器两端电压U2＝U－U1，电源电压不变，U1变小，所以U２变大。

故选A。

　例16（２006年无锡市中考题）如图1４电路，电源电压不变，开关S闭合。

在滑动变阻器滑片Ｐ向右移动的过程中,以下判断正确的是（ ）

　　A.电压表示数不变

　　B．电压表示数变大

Ｃ．电压表示数变小

D．电压表示数先变大后变小

　解析:

电压表并联在滑动变阻器的两端,测滑动变阻器两端的电压。

滑动变阻器滑片P向右移动,电路总电阻变大，电流变小。

如果用公式U＝ＩR分析滑动变阻器两端的电压，电流I变小,滑动变阻器R变大,根本无法判断。

这时,就要换个位置思考了。

电路中只有两个电阻，滑动变阻器R两端电压直接分析不了,那就分析定值电阻R0两端电压。

Ｒ0两端电压U1=IR0，Ｒ０阻值一定,电流I变小，所以U1变小。

那么滑动变阻器R两端电压U2＝U-U1,电源电压不变，U１变小，所以U2变大。

故选B。

　九、特殊测量方法

伏安法是用电压表和电流表测电阻的方法。

原理是根据欧姆定律

的变形公式R=

。

但如果在做用伏安法测电阻的实验时,没有电压表或电流表，如何测量阻呢？

　1．只有电压表,没有电流表的测量方法

　解析：

有电压表,可以测量电压。

电流可以根据串联电路电流处处相等的结论求出。

如图1５所示。

将滑动变阻器的滑片移到最大值位置，根据变阻器的铭牌可知接入电路的电阻为最大值R。

用电压表分别测出Rｘ和Ｒ两端的电压Ｕ１和U2,则Rx=

。

　2.只有电流表，没有电压表的测量方法

解析:

有电流表,可以测出电流值。

电压可以根据并联电路各支路电压相等的结论求出。

如图1６所示。

将滑动变阻器的滑片移到最大值位置,根据变阻器的铭牌可知接入电路的电阻为最大值R。

用电流表分别测出通过Rx和R两端的电流I１和Ｉ2，则Ｒx=

。

　注:

功率同样可以用上述方法测量。