高中物理 24串联电路和并联电路教案 新人教版选修31.docx
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高中物理24串联电路和并联电路教案新人教版选修31
2019-2020年高中物理24串联电路和并联电路(教案)新人教版选修3-1
[要点导学]
1.串联电路的基本特点:
(1)电路中各处的电流相等,即I1=I2=……=In;
(2)电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和,即U=U1+U2+……+Un
2.串联电路的重要性质:
(1)总电阻:
R=R1+R2+……+Rn;
(2)电压分配:
U1/R1=U2/R2=……=Un/Rn。
3.并联电路的基本特点:
(1)电路中各支路两端的电压相等,即U1=U2=……=Un。
(2)电路的总电流等于各支路电流之和,即I=I1+I2+……In。
4.并联电路的重要性质:
(1)总电阻:
;推论:
①并联总电阻小于任一支路电阻;②任一支路电阻增大,总电阻增大;反之,减小。
(2)电流分配:
I1R1=I2R2=……InRn=U。
5.稍复杂电路的等效化简方法:
(1)电路化简时的原则:
①无电流的支路化简时可去除;②等电势的各点化简时可合并;③理想导线可任意长短;④理想电流表可认为短路,理想电压表可认为断路。
(2)常用等效化简方法:
①电流分支法:
a先将各结点用字母标出;b判断各结点元件的电流方向;c按电流流向,自左向右将元件、结点、分支逐一画出;d将画出的等效图加工整理。
②等势点排列法:
a先将各结点用字母标;b判断各结点电势高低;c将各结点按电势高低自左向右排列,再将各结点间的支路画出;d将画出的等效图加工整理。
(3)含有电容器的直流电路的分析方法:
①电路稳定时,电容器是断路的,其两端电压等于所并联的电路两端的电压;②电路的电流、电压变化时,将会引起电容器的充(放)电;如果电容器两端电压升高,电容器将充电;如果电压降低,电容器将通过与它并接的电路放电。
6.电压表是由小量程的电流表串联一定的分压电阻所组成。
为了计算分压电阻,需要测定电流表的两个基本参数,即_________和_________。
7.用串联分压的原理来改装电压表,扩大量程。
串联的电阻大小根据所分担的电压来计算即R串=(U-IgRg)/Ig。
8.改装电压表
根据Ig、Rg和要求改装后电压表的量程U,计算串联电阻:
R串=(U-IgRg)/Ig,选择电阻箱上的阻值为R串,把电流表和该电阻箱串联,就做成了量程为U的电压表。
此时电流表的刻度就是电压表的刻度了,满偏电流Ig代表电压U,刻度是均匀的。
考虑到学生用电阻箱最大阻值只有9999Ω,用J0415型微安表宜改装成为量程2V,用J0409型电流表宜改装成量程3V。
9.与标准电压表校对
将改装后的电压表与标准电压表进行校对时的电路如图12—4—1所示,应注意:
(1)改装后的电压表与标准表并联;
(2)滑动变阻器连接成分压式,以便于将改装后的电压表与标准电压表从0到满刻度逐一进行校对。
(3)算出改装电压表满刻度的误差,其数值等于改装表的满偏读数值U/跟标准电压表上的读数值U之差与标准电压表读数之比,即百分误差为:
∣U’-U∣/U×100%。
当改装表的最大指示值不准时,调它的分压电阻R1来校准。
假如另外的点仍不准,这是电流表G或电压表V的线性不良造成的。
[范例精析]
例1如图12—4—2所示,A、B两端电压不变,将变阻器R2的滑动端P向左移动,B、C间的等效电阻将_________,电阻R1上的电压将_________,灯泡L会_________。
解析:
在L和R2的并联电路中,变阻器滑动端P向左移动,变阻器的使用电阻变小,即并联电路某一支路电阻变小,总电阻变小,故B、C间的等效电阻变小。
L和R2并联再和R1串联的电路中,由于A、B两端电压不变,R1不变,RBC变小,所以R1分得的电压变大,RBC分得的电压变小,灯泡L变暗。
或者利用R总减小,I=U/R增大,所以UAC=IR1增大,UCB减小。
用极限法分析:
设P滑到R2的最左端,则R2的使用电阻为零,L被短路,立即可得出:
BC间电阻为零,灯泡L不发光,R1上的电压等于总电压。
拓展:
应熟记并联电路中某一电阻变化而引起总电阻变化的关系;对于有滑动变阻器的电路,若滑动变阻器的阻值是单一变化的(只变大或只变小),则利用极限法分析较简捷。
例2:
如图12—4—3所示,设R1=R2=R3=R4=R,求电键K闭合和开启时,A、B两端电阻之比。
解析:
用分支法简化电路:
由A经R1为第一支路到B,(原则上最简便直观);由A取第二支路经R2经C到B;由A取第三支路经R3到D再经R4到B;CD间接有K,如图12—4—4所示。
K闭合:
R4短路,相当于R1、R2、R3并联,故RAB=R/3
K开启:
相当于R3、R4串联后再和R1、R2并联,故:
;
R/AB=2R/5,所以RAB∶R/AB=5∶6
拓展:
由于R1、R2、R3、R4四个电阻间的串、并联关系不明显,因此要对原来的电路图进行简化,例题解析给出的解法是采用电流分支简化法,另外还可以采用等势点排列法:
假定电流从A流入,从B流出,则A点电势最高,B点电势最低,且B、C两点等势;若K闭合,由B、C、D三点是等势点,则R4被短路;相当于R1、R2、R3并联。
若K开启,相当于R3、R4串联后再和R1、R2并联,这样就容易求解。
简化电路时,若能将电流分支法和等势点排列法结合使用,效果更好。
例3:
如图12—4—5所示,M、N两点间电压为18V,R1=6Ω,R2=3Ω,C1=6μF,C2=3μF;当电键K断开时,A、B两点间的电压UAB为_______伏,当K闭合时,电容器C1的电量变化了_______库。
解析:
直流电不能通过C1、C2,所以当电键K开启时,全电路无电流,B、C等势,A、D等势,UAB=UCD=18V,此时电容C1的带电量Q1=C1UAC=C1UDC=6×10-6×18=1.08×10‑4(库)。
当电键K闭合时,电路R1、R2导通,相当于R1、R2串联,C1、C2分别和R1、R2并联,所以C1电压等于R1上两端电压,U/BC=R1U/(R1+R2)=6×18/(6+3)=12(伏)
电容器C1带电量Q/1=C1U/AB=6×10-6×12=0.72×10-4(库)
电容器C1上电量变化:
ΔQ=Q/1-Q1=0.72×10-4-1.08×10‑4=-0.36×10-4(库)
负号表示电量减小。
拓展:
求解电路中电容器的带电量关键在于求出电容两端的电压。
例4:
一个分压电阻为R1串联到电压表上,使电压表的量程扩大为原来的n倍,另一个分压电阻R2串联到同一电压表上,量程扩大到原来的m倍,如果把这两个电阻并联之后再串联到电压表上,此时电压表的量程扩大了几倍?
解析:
设原电压表的内阻为RV,原来的量程为U,满偏电流为I,则有:
U=IRV
串联上分压电阻R1时,有:
I(R1+RV)=nU
串联上分压电阻R2时,有:
I(R2+RV)=mU
R1、R2并联后再串联到电压表上时,有:
I[R1R2/(R1+R2)+RV]=kU
把I=U/RV代入得:
R1=(n-1)RV,R2=(m-1)RV,R1R2/(R1+R2)=(k-1)RV
由以上方程可解得:
k=(mn-1)/(m+n-2)
拓展:
本题主要考查电压表的改装,涉及的知识点是串联电阻的分压原理。
解题过程中要弄清楚电压表量程的扩大与串联电阻之间的内在联系。
例5:
实验室中现有器材如实物图12—4—6所示,有:
电池E,电动势约10V,内阻约1Ω;电流表A1,量程10A,内阻r1约为0.2Ω;电流表A2,量程300mA,内阻r2约为5Ω;电流表A3,量程250mA,内阻r3约为5Ω;电阻箱R1,最大阻值999.9Ω,阻值最小改变量为0.1Ω;滑线变阻器R2,最大阻值100Ω;开关S;导线若干。
要求用图12—4—7所示的电路测定图中电流表A的内阻。
(1)在所给的三个电流表中,哪几个可用此电路精确测出其内阻?
(2)在可测的电流表中任选一个作为测量对象,在实物图上连成测量电路。
(3)你要读出的物理量是______________________________。
用这些物理量表示待测内阻的计算公式是____________________。
解析:
本题可以用半偏法测电流表的内阻,将待测的电流表与电阻箱并联,另一个电流表接在总电路里,保持总电流不变,使电阻箱里分掉一半电流,则待测电流表的内阻与电阻箱的阻值相等.由于电流表A1量程太大,其余表中显示的电流在A1表中无法显示,只能测A2、A3表的内阻。
本题的正确答案是:
(1)A2和A3;
(2)电路连接如图12—4—8所示
(3)调节R1,当A3中的电流是A2中的一半时,A3的内阻r3=R1;
或者直接读出两电流表的电流I2、I3以及R1,则r3=(I2-I3)R1/I3。
拓展:
本题是一道综合性试题,涉及的知识有电表的选择、实物图的连接、测量电表内阻的方法等。
本题测量电表内阻的方法是“半偏法”测电阻的变通应用,利用A3和R1两端电压相等的规律,由通过两者的电流大小得到A3的电阻大小。
[能力训练]
1.把“1.5V,0.3A”的电珠接到6V电源上,为使正常发光,需串联一个________Ω的电阻。
15
2.电阻R1=60Ω,它和电阻R2串联后,R2上的电压是总电压的2/3,那么,如果已知总电压为18V,R2阻值为_______Ω,两端电压为_______V,电流为________A。
120;12;0.1
3.实验室常用的电压表是由小量程电流表,再______联一电阻而组成,这是应用了_______________的原理制成的,这样做既扩大了表的量程,同时使整个电压表的内阻___________,使得测量时对电路的影响减小。
串;电阻分压;增大.
4.现有一个灵敏电流计,它的满偏电流为Ig=1mA,内阻Rg=200Ω,若要将它改装成量程为5A的电流表,应______一个_________Ω的电阻,改装后的电流表测量电流时,指针指在表盘上原来0.2mA处,则被测电流的大小是______________.并;0.04Ω;1A
5.现有一个灵敏电流计,它的满偏电流为Ig=5mA,内阻Rg=500Ω,若要将它改装成量程为15V的电压表,应______一个_________Ω的电阻,改装后的电压表测量电压时,指针指在表盘上原来0.5mA处,则被测电压的大小是______________.串;2500Ω;1.5V
6.下列说法正确的是(ABC)
A.一个电阻和一根无电阻的理想导线并联,总电阻为零
B.并联电路任一支路的电阻都大于电路的总电阻
C.并联电路任一支路的电阻增大(其它支路不变),则总电阻也增大
D.并联电路任一支路的电阻增大(其它支路不变),则总电阻一定减小
7.如图12—4—9所示,A、B间的电压是30V,改变滑动变阻器触头的位置,可以改变CD间的电压,UCD的变化范围是(C)
A.0~10VB.0~20VC.10~20VD.20~30V
8.如图12—4—10所示,当ab端接入100V电压时,cd两端为20V;当cd两端接入100V时,ab两端电压为50V,则R1∶R2∶R3之比是(A)
A.4∶1∶2B.2∶1∶1C.3∶2∶1D.以上都不对
9.如图12—4—11所示是将滑动变阻器作分压器用的电路,A、B为分压器的输出端,若把变阻器的滑动片放在变阻器中央,下列判断正确的是(ABC)
A.空载时输出电压为UAB=UCD/2
B.当接上负载R时,输出电压UAB C.负载R越大,UAB越接近UCD/2 D.负载R越小,UAB越接近UCD/2 10.如图12—4—12中AB之间的总电阻为: 甲图RAB=____Ω;乙图K断开时RAB=____Ω,K闭合时R/AB=______Ω;丙图K断开时RAB=____Ω,K闭合时R/AB=______Ω。 0;4;2;3;3 11.如图12—4—13所示,R1=12kΩ,R2=8kΩ,R3=20kΩ,R4=600Ω,当电位器滑动触头C凋到最上端和最下端时,AB间的总电阻分别是________Ω和______Ω,AB间最大电阻值为________Ω。 9×103;7×103;1.06×104 12.将量程为100μA,内阻为500Ω的电流表改装成量程为10mA的电流表,并用一个标准电流表与改装后的电流表串联,对它进行校准。 改装和校准所用的器材如图12—4—14所示。 (1)将电流表与电阻箱应并联组成改装表,电阻箱应取多大的阻值? 5Ω (2)在实物图上连线,使之成为改装表校准电路。 (要求通过电流表的电流从0连续调到10mA,为防止电流过大损坏电表,串联上一个固定阻值的保护电阻) 13.某同学完成了电压表的改装后,将改装后的电压表和标准电压表并联,然后接入电路进行测量,发现改装表的示数总比标准表的示数小,为了校准改装表,应(B) A.增大改装表的串联电阻 B.减小改装表的串联电阻 C.用一个电阻与标准表串联 D.用螺丝刀调整改装表的调零螺丝 14.某同学将一个小量程电流表改装成3V的电压表,将改装的电压表与标准电压表并联后接入电路,当标准表的示数为3V时,改装表的示数为2.85V,则该同学改装的电压表的满刻度百分误差是_____________.5% 15.如图12—4—15所示,U=10V,R1=4Ω,R2=6Ω,C=30μF, (1)闭合开关K,求稳定后经过R1的电流1A; (2)然后断开开关,求这以后通过R1的总电量1.2×10-4C 16.改装电流表之前,必须知道电流表的两个参数: 一是满偏电流Ig,二是电流表的内阻Rg.如图12—4—16所示是测定电流表内阻的实验电路,电流表的内阻约在100Ω左右,满偏电流为500μA,用干电池做电源.实验过程中,先断开S2,合上S1,调节R,使电流表G指针满偏.然后保持R不变,合上S2,调节R’,使电流表指针偏转到满刻度的一半时,可以认为流过R’的电流也等于Ig/2,由此得Rg=R’,读出R’即得Rg. (1)实验室中配有的可变电阻为: A.电阻箱,阻值范围0~10Ω B.电阻箱,阻值范围0~9999Ω C.电位器,阻值范围0~200Ω D.电位器,阻值范围0~20kΩ 在上述配有的可变电阻中,电路图中的R应选用_________,R’应选用________.B;C (2)如果按正确的步骤测得的R’为100Ω,要把这个电流表改装成量程为0.6A的电流表,则应并联的分流电阻是__________Ω.0.083Ω (3)任何测量都会有误差.试分析: 用上述方法测电流表内阻的测量值比真实值偏大还是偏小? _____________,根据电流表的测量值数据改装成的电流表在测量时,其读数比实际电流偏大还是偏小___________________.偏小;偏大 (4)在测定电流表内阻的实验中认为“流过R’的电流也等于Ig/2”的条件是________.R>>R’ (5)为了减小测定电流表内阻的实验误差下列做法可行的是(AC) A.R选用更大阻值的电位器 B.R选用阻值较小的电位器 C.选择电动势大的电源 D.选择电动势小的电源 2019-2020年高中物理24能源与可持续发展教案鲁科版必修2 【学习任务分析】 1、本节第一部分“能量的转化和转移的方向性”,从生活实际出发,让学生了解”自然界中热传导过程和能量转化、转移的是有一定方向的”,让学生知道热力学第二定律,接着引入热机效率问题,在这部分教学中,应使学生体会科学家不畏艰辛的探索精神,结合实例理解为什么热机具有效率,怎样提高热机效率。 体会物理学与技术发展的互动关系。 2、第二部分“能源开发与可持续发展”,要让学生了解能源对人类文明的意义和有能源带来的环境问题,引入可持续发展的概念。 让学生认识节约能源,开发新能源与可持续发展的关系,可以让学生通过查阅相关材料,提出自己的见解。 思考怎样探索和使用未来的理想能源 3、通过本节的学习,第一要求学生了解我国和世界的能源状况,我国发展能源的方针和对策。 第二要求学生要关心科学发展前沿,具有可持续发展的意识,树立科学的世界观,有将科学服务于人类的使命感与责任感 【学习者分析】 1、学校处于市区中心,大部分学生家庭情况优越,对于能源的地认识不足,特别是对如何节约能源以及能源对环境的危害认识不够深刻。 2、长期以来,教育教学过程中师生地位平等,以人为本,坚持学生的主体地位,教师的主导地位。 3、本节课为物理规律与实际生活的结合课程,重点为物理规律与实际问题的辩证关系,课堂教学要大量引用其他相关学科的知识,比如地里,历史等,要求学生课前预习。 4、探究式教学重视的是探究的过程和方法而不是结论,探究过程是产生创造思维的温床,过于重视结果可能会导致丧失探究热情,扼杀学生探究的欲望。 【教学目标】 1.知识与技能 (1)了解什么是常规能源,什么是新型能源 (2)知道能量转化的效率 (3)知道能量转化和转移的方向性以及第二类永动机不可能实现 (4)通过能量转化和转移的方向性,认识提高效率的重要性 (5)了解能源与人类生存和社会发展的关系,使学生认识能源的合理利用与环境保护对可持续发展的重要意义 2.过程与方法 (1)通过指导学生分析事例,培养学生分析问题和理论联系实际的能力 (2)通过指导学生阅读教材,培养学生的自学能力 3.情感、态度与价值观 (1)了解大量的能源消耗带来的全球性环境问题 (2)提高学生的节能、环保意识 【重点难点】 重点: (1)能量转化的效率及方向性 (2)可持续发展的重要性 难点: 自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 【教学资源】 实物投影、幻灯片,多媒体教学设备,影片 【设计思想】 本节课结合我校学生的特点对教材的内容进行了深入的挖掘和思考,备教材,备学生,备教法,始终把学生放在教学的主体地位,让学生参与,让学生设计,营造一个“安全”的教学环境,广开言路,让学生的思维与教师的引导共振。 总体教学布局如下表: 【教学过程】 教师活动 学生活动 点评 (一)新课引入 前面我们学习了能量转化与守恒定律,我们知道能量不会“无中生有”地产生,那么汽车行驶所需要的能量是从何而来? 有多少有用? 又流向何方呢? 答: 来自汽缸内汽油燃烧所释放的能量 自然地提出问题并可复习能的转化和转移 (二)深入研究 一.研究能量的转化效率 1.轿车的能量流向 应到学生读汽车流向图(幻灯片) 通过计算回答问题 [问题1]: 轿车行驶时,做有用功的能量占燃料能量的比例是多少? [问题2]: 排气管和散热片中散失的能量占多大比例? 总结: 研究机器的实际能量利用率,具有重要的经济和社会意义 2.能量的转化效率 (为了衡量机器能将多少输入能量转化为有用的能量,提出了“能量转化效率”),它是转化为有用功的能量跟输入能量的比值 有用的能量 能量的转化效率=—————— 输入的能量 二.能量转化和转移的方向性 1.实验演示,观察现象 (1)逐渐降低的秋千 (2)手融化冰块 提出问题 (1)秋千慢慢降低说明什么? (2)冰能自动融化吗? 这说明什么? (3)秋千降低后能自动恢复原状吗? (4)要实现以上现象应该如何办? 总结: 与热现象有关的能量转化过程是具有方向性的,或者说,能量转化和转移的不可逆性 2.案例分析: 第二类永动机的不可能性 三.能源的开发与可持续发展 指导学生阅读课本使学生了解常规能源、新型能源。 同时使学生明确社会的发展对能源的需求,以及能源的消耗所带来的一系列问题(课前布置) 我国能源分布情况,能源现状 能源的开发和利用所带来的问题是什么? 能源使用应注意什么? 加强环保教育,让天更蓝、水更清、地更绿 学生计算 分析可知,燃料的能量在转化和转移的过程中,处处被分流克扣,真正用于做有用功的能量竟然不到输入能量的13% 讨论回答课本问题: 1.图4—20所示,轿车的能量转化效率 2.打桩机的案例分析计算 3.通过课后查资料和观察,分析讨论人对食物的能量转化效率 4.提高机器设备的能量转化效率有什么经济和社会意义 学生观察讨论回答问题 (1)热能够自动地从高温的手向冰块传输 (2)热不能从低温物体自发地向高温物体传输 (3)要实现能量转化沿反方向进行,则必须做功 阅读课本,举例说明自然界能量转化过程的方向性 如;冰箱制冷、瀑布中水的机械能转化、喷出的香槟酒、松弛后的发条等 学生交流: 自然现象的变化也具有类似的不可逆性,例如沙漠化的土地不会自发地再变为绿洲。 因此人类不仅要珍惜能源和资源,还要自觉地保护自然 学生回答: 能源种类: 煤、石油、天然气、水能、核能、风能 我国能源特点: 总量丰富、人物贫乏;分布不均,耗能量大;污染严重、效率低下 检查调查结果: (学生课调查情况) 石油可开采的只有135亿吨,已探明60亿吨,已开采36亿吨,资源余地不大 天燃气可开采9万亿方,已探明2亿方,但分布在边远地区,开发不大,只开采5000亿方 煤可开采1153亿吨,开采情况不乐观 水电资源开发不足(总量居世界第一) 核电发展缓慢 太阳能、风能、海洋能、地热能和生物质能、氢能等新能源开发利用分数,规模小 电荒、油荒、煤荒等等 学生讨论举例 环境污染 1温室效应 (影片片断《后天》) 2酸雨 3氮氧化物破坏臭氧层 4铅化合物污染 5厄尔尼诺 学生活动 如何解决环境污染问题(以分组的形式,各组分别发言) 总结: 1、节约利用能源水,电(要求学生从我做起) 2、发展技术,提高能源的转化效率和防止各种废弃物的污染 3、开发利用新能源 能源的可持续发展: 学生讨论 改变能源结构,提高能源利用效率,开发和推广清洁能源,减少环境污染。 开发使用新能源,减少对矿产能源的使用。 注重对各种节能新技术的开发和利用。 培养学生分析问题、解决问题的能力 提高学生学习兴趣,引导学生主动学习、主动参与 拓宽思路和视野,形成学以致用的观念 使学生认识我过的能源现状,对我国能源的浪费和来源有焦虑感。 学生认识到不合理开发和利用对人类生存环境造成的危害 使学生认识到能源开发和的合理利用与环境保护对可持续发展的重要意义,培养科学的发展观 (三)思考题 (1)阅读课文的信息窗思考讨论 (2)课后的讨论与交流 讨论后,学生交流发言 引导学生参与对实际问题分析,以培养学生的社会意识和社会责任感 (四)布置作业 课本“作业” 【教学媒体的运用】 1、多媒体设备: 播放影片资料,给学生直观的印象,使其对能量的转移有一个直观地认识对能源危机给世界格局带来的影响,和对世界环境的危害有更为直观地认识和深刻的体会。 2、幻灯片设备: 使学生有大量的图片资料里面更为深刻的体会出能源对于人类生存的意思,能够深刻认识到能源对于人类带来的影响,使他们认识到能源的可持续发展的可行性和方法,在自己的生活中,由自己做起,保护环境,节约使用。 不浪费。 【形成性评价】 通过本节课程的学习,学生应该了解能量转化和转移的方向,能够举例说明,能够理解并应用热力学定律分析解决问题;能够举例说明现在社会使用的能源的种类,能够大致说明能源危机的内容,能够对环境污染有明确的定义和深刻的理解,了解可持续发展的含义和意义,能由自己做起,节约资源,保护环境 【教学后记】 1、教学有法而无定法。 时代在变,观念在
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