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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。
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)
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?
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=
h×
1000=
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。
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
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
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
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]
(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:
所以P1:
P2=U1:
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:
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:
I2=
:
=R2:
R1。
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:
故P1:
P2=I1:
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:
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:
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?
(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。
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)2Rt=9A2Rt=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
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]
(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,
=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]
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。
串联电路处处电流相等,所以计算电功率应用公式“p=I2R”,故
=2:
3。
例13 如图12所示,R1:
并联电路各支路电压相等,所以计算电功率就用公式“p=
”,故
=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。
电阻R的阻值不变,电压改变。
所以选用电功率公式“p=
=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
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
滑动变阻器滑片P向右移动,电路总电阻变大,电流变小。
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。
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
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
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。
用电流表分别测出通过Rx和R两端的电流I1和I2,则Rx=
功率同样可以用上述方法测量。
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