高二物理串并联电路及其识别人教版知识精讲

高二物理串并联电路及其识别人教版知识精讲

高二物理串并联电路及其识别人教版 ‎ ‎【同步教育信息】‎ 一. 本周教学内容 串并联电路及其识别 二. 知识要点 串并联电路特点及其识别方法、复习电路故障的判断 三. 重点难点解析 ‎1. 串并联电路 ‎（1）串联电路和并联电路的特点（见下表）：‎ 串联电路 并联电路 两个基本特点 电压 U=U1+U2+U3+……‎ U=U1=U2=U3=……‎ 电流 I=I1=I2=I3=……‎ I=I1+I2+I3+……‎ 三个重要性质 电阻 R=R1+R2+R3+……‎ ‎1/R=1/R1+1/R2+1/R3+……‎ 电压 U/R=U1/R1=U2/R2=U3/R3=……=I IR=I1R1=I2R2=I3R3=……=U 功率 P/R=P1/R1=P2/R2=P3/R3=……=I2‎ PR=P1R1=P2R2=P3R3=……=U2‎ ‎（2）记住结论：‎ ‎① 并联电路的总电阻小于任何一条支路的电阻；当电路中的任何一个电阻的阻值增大时，电路的总电阻增大，反之则减小。‎ ‎② 串联电路的总电阻大于任意支路的电阻，任何一个支路电阻增大总电阻增大。‎ ‎（3）电路简化原则和方法 ‎① 原则：a. 无电流的支路除去；b. 电势相等的各点合并；c. 理想导线可任意长短；d. 理想电流表电阻为零，理想电压表电阻为无穷大；e.‎ ‎ 电压稳定时电容器可认为断路 ‎② 方法：a. 电流分支法：先将各节点用字母标上，判定各支路元件的电流方向（若无电流可假设在总电路两端加上电压后判定），按电流流向，自左向右将各元件，结点，分支逐一画出，加工整理即可；b. 等势点排列法：标出节点字母，判断出各结点电势的高低（电路无电压时可先假设在总电路两端加上电压），将各节点按电势高低自左向右排列，再将各节点间的支路画出，然后加工整理即可。注意以上两种方法应结合使用。‎ ‎（4）滑动变阻器的几种连接方式 ‎① 限流连接：如图，变阻器与负载元件串联，电路中总电压为U，此时负载Rx的电压调节范围值为，其中Rp起分压作用，一般称为限流电阻，滑线变阻器的连接称为限流连接。‎ ‎② 分压连接：如图，变阻器一部分与负载并联，当滑片滑动时，两部分电阻丝的长度发生变化，对应电阻也发生变化，根据串联电阻的分压原理，其中UAP= ，当滑片P自A端向B端滑动时，负载上的电压范围为0～U，显然比限流时调节范围大，R起分压作用，滑动变阻器称为分压器，此连接方式为分压连接。‎ 一般说来，当滑动变阻器的阻值范围比用电器的电阻小得多时，做分压器使用好；反之做限流器使用好。‎ ‎（5）含电容器的电路：分析此问题的关键是找出稳定后，电容器两端的电压。‎ ‎（6）电路故障分析：电路不能正常工作，就是发生了故障，要求掌握断路、短路造成的故障分析。‎ ‎2. 电功、电功率 ‎（1）电功 ‎① 复习电场力做功：W=Uq，U为电场中两点间电势差，在电路中即为导体两端电压，q为电量，电路中为流过导体截面电量。‎ ‎② 电功：电流做的功简称电功。导体两端加上电压，导体内建立电场，在电场力作用下自由电子定向移动，形成电流，电场力做功，又说成电流做功。‎ W=UIt，电流在一段电路上所做的功，跟这段电路两端电压、电路中的电流强度和通电时间成正比。‎ ‎③ 电流做功，把电能转化为其它形式的能 电流通过纯电阻（电灯，电炉子等）电路做功，把电能转化为内能。‎ 电流通过电解液做功，把电能转化为化学能。‎ 电流通过电动机做功，把电能一部分转化为内能，一部分转化为机械能。‎ ‎（2）电功率 ‎① 定义：电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫电功率，用p表示电功率则 ，p的单位：瓦特W，U：伏特V I：安培A。‎ ‎② 物理意义：电功率表示电流做功的快慢，亦为单位时间电流做的功。灯越亮，电功率越大。‎ ‎③ 额定电压：用电器安全正常工作的最大电压。日常照明灯泡额定电均为220V，机床上用的灯泡额定电压为36V。‎ 额定功率：用电器安全正常工作的最大功率。照明灯泡上标有220V 60W，60W即为额定电功率。额定电功率是根据用电器自身结构而决定的。‎ ‎④ 注意区别额定功率和实际功率。‎ ‎3. 焦耳定律 ‎（1）焦耳定律内容：电流通过导体产生的热量，跟电流强度的平方、导体电阻和通电时间成正比即：Q=I2Rt 单位：Q：焦耳J I：安培A R：欧姆 t：‎ 秒 s ‎（2）纯电阻电路 电路中只含有纯电阻元件，电功W=UIt=QU ‎∵ U=IR ∴ Q=I2 Rt= 注意：此关系只适用纯电阻电路。‎ 电流通过纯电阻电路做功，把电能转化为内能，而产生热量，电功又称为电热。‎ ‎（3）含有电动机的电路，不是纯电阻电路。电功W=UIt 电流通过电动机做功，把电能一部分转化为内能，绝大部分转化为机械能。‎ 电动机线圈有电阻R，电流通过而产生热，Q=I2Rt不等于UIt，而只是UIt的一部分。原因是对于非纯电阻U≠IR且U>IR。‎ 转化为机械能部分：UIt－I2Rt=转化的机械能 即电动机输出的机械能。‎ 实际需要更多的是：发热功率：I2R转化为机械能功率UI－I2R，目前是我们计算电动输出机械功率的唯一方法。‎ ‎（4）含有电解液的电路：电流做功把电能转化为化学能 电流做功可把电能转化为内能、机械能、化学能等，只有把电能转化为内能的电功叫电热，转化其它形式能均不能称为电热。‎ ‎【典型例题】‎ ‎[例1] 简化下列电路 ‎ ‎ 解析：‎ ‎① 对图a，用电流分支法：‎ 第一支线，以A经电阻R1到B（原则上以最简便直观的支路为第一支线）‎ 第二支线，以A经电阻R2到C到B 第三支线，以A经电阻R3到D再经R4到B 以上三支线并联，且CD间接有K，简化如甲所示。‎ ‎② 对图b，用等势点排列法：‎ 设A点电势高B点低，由A点开始，与A点等势的点没有，由此向下到C点，E点与C点电势相等，再向下到D点，F、B点与D点电势相等，其关系依次如图乙所示。‎ ‎[例2] 两个定值电阻R1、R2串联后接在输出电压U恒定的12V的直流电源上，有人把一个内阻不是远远大于R1、R2的电压表接在R1的两端（如图），电压表的示数为8V，如果把此电压表接在R2的两端，则电压表的示数将（ ）‎ A. 小于4V B. 等于4V C. 大于4V而小于8V D. 等于或大于8V 解析：当RV与R1并联时，= 8V，= 4V，这时，R1在干路上，‎ 当RV与R2并联时，在总电压一定的情况下，R1在干路上将分得大于8V的电压，而 ‎，RV与R2并联分压值，亦即电压表示数将小于4V，故选A。‎ ‎[例3] 如图，U=10V，R1= 4 R2=6，C =30F ‎（1）闭合开关K，求稳定后通过R1的电流；‎ ‎（2）然后将开关K断开，求这以后流过R1的总电量。‎ 解析：电容器稳定后相当于断路，则 ‎（1）I1= I总= U /（R1+R2）=1A ‎（2）断开K前，电容器相当于和R2并联，电压为I1R2，电量为q1=CI1R2，断开K稳定后，总电流为零，电容器上电压为E，电量为q2=CE ‎∴ Δq=q2－q1=C（E－ I1R2）=1.2×10-4C ‎[例4] 一条电阻丝加上电压U，经t s后放出热量为Q，若将电阻丝截成等长的三段并且并联在一起，再加上电压U，需经多长时间放出热量仍为Q？‎ 解析：电阻丝是纯电阻，计算热量三个公式都适用，结合题目给定的条件，电压不变，使用Q =，计算方便。‎ 设电阻丝电阻为R，Q=，截成等长三段，每段电阻为，并联后总电阻为，则，。‎ ‎[例5] 一台电阻为2Ω的电动机，接在110V电路中工作时，通过电动机的电流强度为‎10A，求这台电动机消耗的电功率，发热功率，转化成机械功率，电动机的效率。‎ 解析：电动机消耗电功率即电路输入给电动机的功率P′=IU=10×110=1100W。‎ 发热功率：P热= I2 R=102×2=200W 转化成机械功率：P=P′－P热=1100－200=900W 机械效率：=‎ ‎【模拟试题】‎ ‎1. 如图所示的电路中，各电阻的阻值已标出。当输入电压UAB=110V时，输出电压UCD ‎= V。‎ ‎2. 有三个阻值和额定功率都相等的电阻，串联使用时，所能承受的总的最大功率为9W。现把其中两个并联，再与第三个串联，它们能正常工作的总的最大功率为 W。‎ ‎3. 如图所示，在接通电路后，电阻R1上每通过‎1C的电量放出2J的热量，而在电阻R2上每通过‎1C的电量放出4J的热量，电阻R1和R3上消耗的电功率相等，则电阻R1、R2、R3的电阻值之比为（ ）‎ A. 1:2:1 B. 1:2:‎2 C. 1:4:4 D. 2:1:1‎ ‎4. 用伏特表测灯泡电阻时，若将安培表和伏特表的位置接成如图所示电路，可能出现的情况是（ ）‎ A. 安培表烧坏 B. 伏特表读数为零 C. 灯泡不亮 D. 灯泡烧坏 ‎5. 如图所示，a、b、c、d是滑线变阻器的4个接线柱，现把此变阻器串联接入电路中，并要求滑片p向接线柱c移动时，电路中的电流减小，则接入电路的接线柱可能是（ ）‎ A. a和b B. a和c C. b 和c D. b和d ‎6.‎ ‎ 仪器中常用两个阻值不同的可变电阻来调节电路中的电流，一个作粗调，一个作细调，这两个变阻器可以按下图所示方法串联或并联起来，再接入电路，已知R1阻值较大，R2阻值较小，则（ ）‎ A.（a）图中R1作粗调用 B.（b）图中R2作粗调用 C.（a）图中R1作细调用 D.（b）图中R2作细调用 ‎7. 一台电动机输出功率是10kW，这表明这台电动机正常工作时（ ）‎ A. 每秒钟消耗电能10 kW B. 每秒钟对外做功10 kW C. 每秒钟对外做功10 kJ D. 每秒钟对外做功1000J ‎8. 额定电压为U，额定功率为P的电灯，接在电压为U′（U′

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