【全优课堂】2016高考物理总复习第8章第2课时串并联电路焦耳定律课件

第2课时串并联电路焦耳定律【导学目标】1.能认清电路结构，会进行电流、电压、电功、电功率在串、并联电路中的分配计算.2.能计算非纯电阻电路中的电功、电功率.3.会进行电表改装的分析与计算．一、串、并联电路的特点[基础导引]图1中的总电阻分别为多大？如果两图中任一个电阻的阻值变大，那么各自的总电阻如何变化？图1【答案】并联后：R总＝Rn，串联后：R总＝nR.无论串联、并联，电路中任一个电阻的阻值变大，总电阻也随之变大．[知识梳理]1．电阻的串联电流：I＝________________.电压：U＝________________.电阻：R＝________________.电压分配：U1U2＝________，UnU＝________.功率分配：P1P2＝________，PnP＝________.I1＝I2＝…＝InU1＋U2＋…＋UnR1＋R2＋…＋RnR1R2RnRR1R2RnR2．电阻的并联电流：I＝________________.电压：U＝__________________.电阻：1R＝________________.电流分配：I1I2＝________，I1I＝__________.功率分配：P1P2＝________，P1P＝________.I1＋I2＋…＋InU1＝U2＝…＝Un1R1＋1R2＋…＋1RnR2R1RR1R2R1RR13．几个常用的推论(1)串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻．(2)并联电路的总电阻小于其中任一支路的总电阻，且小于其中最小的电阻．(3)无论电阻怎样连接，每一段电路的总耗电功率P总是等于各个电阻耗电功率之和．即P＝P1＋P2＋…＋Pn.(4)无论电路是串联还是并联，电路中任意一个电阻变大时，电路的总电阻变大．二、电功、电热、电功率[基础导引]如图2所示，在电动机电路中，电流的总功率为多少？热功率为多少？电动机的输出功率P出等于多少？【答案】UII2rUI－I2r图2[知识梳理]1．电功(1)定义：导体中的恒定电场对自由电荷的___________做的功．(2)公式：W＝qU＝________(适用于任何电路)．(3)电流做功的实质：________转化成其他形式能的过程．2．电功率(1)定义：单位时间内电流做的功，表示电流做功的______.(2)公式：P＝Wt＝________(适用于任何电路)．电场力IUt电能快慢IU3．焦耳定律(1)电热：电流流过一段导体时产生的________．(2)计算式：Q＝I2Rt.4．热功率(1)定义：单位时间内的发热量．(2)表达式：P＝Qt＝________.I2R热量思考：有电动机的电路一定是非纯电阻电路吗？在非纯电阻电路中欧姆定律是否成立？【答案】当电动机不转动时，视为纯电阻电路．在非纯电阻电路中，欧姆定律是不成立的．三、电表的改装[基础导引]能不能将一个小量程的电流表(表头)改装成大量程的电压表、电流表呢？改装前后表头的Ug、Ig、Rg是否发生改变？【答案】能不会发生改变．[知识梳理]1．表头：小量程的电流表，符号为G.2．表头的三个参数：满偏电流Ig、满偏电压Ug、内阻Rg，根据欧姆定律，三个参数之间的关系是____________．3．改装(1)测量较大的电压时，将表头上________一个大电阻，就改装成了大量程的电压表．(2)测量较大的电流时，将表头上________一个小电阻，就改装成了________的电流表．Ug＝IgRg串联并联大量程思考：电流表、电压表在测量时对电路有何影响？【答案】测电压时，电压表由于并联在电路中，使整个电路的电阻减小，电压表量程越大，内阻越大，测量时对电路的影响越小；测电流时，电流表由于串联在电路中，使整个电路的电阻增大，电流表量程越大，内阻越小，测量时对电路的影响越小．【考点解读】1．电路的串并联知识是电学高考试题的载体．2．解题时要首先分析电路结构，搞清楚各电器元件的串并联关系，再利用串并联特点进行分析与计算．3．分压原理：串联电阻两端的电压与电阻成正比．分流原理：通过各并联电阻的电流与电阻成反比．考点一电路的串并联【典例剖析】例1一个用半导体材料制成的电阻器D，其电流I随它两端的电压U的关系图象如图3甲所示，将它与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源上，如图3乙所示，三个用电器消耗的电功率均为P.现将它们连接成如图3丙所示的电路，仍然接在该电源的两端，设电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别为PD、P1、P2，它们之间的大小关系为()图3A．P1＝4P2B．PDP2C．P14P2D．PDP2解析当三个电阻并联接到电压为U的电源上时，消耗的功率都是P，说明此时三个电阻的阻值相等，因此两个定值电阻R1＝R2，有P＝U2R1.若将它们连接成如题图丙所示的电路，仍然接在该电源的两端，则R2与D并联的阻值小于电阻R1，所以R1两端电压U112U，D与R2两端电压U212U，由D的I­U图象可知，电压越小，D的电阻越大，所以此时RDR2.设题图丙中总电流为I，则流过R2的电流I212I，由P＝I2R得P14P2，选项A错误，选项C正确．由P＝U2R得PDP2，选项D错误，选项B正确．答案BC特别提醒电路问题常见的错误1．不清楚电路各元件的连接情况，画不好等效电路图．2．不清楚串联电路具有分压作用，并联电路具有分流作用．3．找不准串、并联电路中的功率分配关系．跟踪训练1如图4所示，AB两端接直流稳压电源，UAB＝100V，R0＝40Ω，滑动变阻器总电阻R＝20Ω，当滑动片处于滑动变阻器中点时，CD两端电压UCD为________V，通过电阻R0的电流为________A．【答案】802图4【解析】当滑动片处于滑动变阻器中点时，R的上半部分与R0串联的电阻R串＝50Ω，且R串两端电压等于电源电压100V，由串联电路电压分配规律，可知CD两端电压是UCD＝45×100V＝80V，通过R0的电流I＝UCDR0＝2A．考点二对电路中电功、电热、电功率的考查【考点解读】从能量转化的角度来看，电功和焦耳热之间的数量关系是W≥Q、UIt≥I2Rt.(1)纯电阻电路：如电炉等构成的电路，电流做功将电能全部转化成内能，此时有W＝Q.计算时可任选一公式：W＝Q＝Pt＝I2Rt＝UIt＝U2Rt.(2)非纯电阻电路：如含有电动机、电解槽等的电路，电流做功除将电能转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，此时有WQ.电功只能用公式W＝UIt来计算，焦耳热只能用公式Q＝I2Rt来进行计算．对于非纯电阻电路，欧姆定律不再适用．【典例剖析】例2如图5所示的电路中，电源的输出电压恒为U，电动机M线圈电阻与电炉L的电阻相同，电动机正常工作．在相同的时间内，下列判断正确的是()A．电炉放出的热量与电动机放出的热量相等B．电炉两端电压小于电动机两端电压C．电炉两端电压等于电动机两端电压D．电动机消耗的功率等于电炉消耗的功率解析电炉是纯电阻，电动机是非纯电阻，由于电炉和电动机构成串联电路，二者的电流相等，则电炉两端电压小于电动机两端电压，又Q＝I2Rt，故A、B正确，C、D错误．答案AB方法提炼1．P＝UI，W＝UIt，Q＝I2Rt，在任何电路中都能使用．在纯电阻电路中W＝Q，UIt＝I2Rt，在非纯电阻电路中，WQ，UItI2Rt.2．在非纯电阻电路中，欧姆定律R＝UI不成立．3．处理非纯电阻电路的计算问题时，要善于从能量转化的角度出发，紧紧围绕能量守恒定律，利用“电功＝电热＋其他能量”寻找等量关系求解．跟踪训练2(2015·北京海淀期末)一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压220V的交流电源上(其内电阻可忽略不计)，均正常工作。用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0A，通过洗衣机电动机的电流是0.50A，则下列说法中正确的是()A．电饭煲的电阻为44Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440ΩB．电饭煲消耗的电功率为1555W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5WC．1min内电饭煲消耗的电能为6.6×104J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103JD．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍【答案】C【解析】一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220V的电源上，电饭煲可视为纯电阻，电饭煲的电阻为R＝U/I＝44Ω，洗衣机主要元件是电动机，不能利用欧姆定律计算线圈的电阻，选项A错误；电饭煲消耗的电功率为P＝UI＝220×5W＝1100W，洗衣机电动机消耗的电功率为P＝UI＝110W，选项B错误；1min内电饭煲消耗的电能为Pt＝1100W×60s＝6.6×104J，洗衣机电动机消耗的电能为Pt＝110W×60s＝6.6×103J，选项C正确．电饭煲发热功率是I2R＝52×44W＝1100W，根据题述不能计算出洗衣机电动机内阻和发热功率，选项D错误．【考点解读】1．电表的改装常以实验题的形式出现．利用的规律是串、并联知识．考点三电表的改装2．电压表、电流表改装对比小量程的电流表G改装成电压表V小量程的电流表G改装成大量程的电流表A内部电路R的作用分压分流扩大量程计算U＝Ig(R＋Rg)R＝UIg－Rg＝(n－1)Rg其中n＝UUg＝UIgRgIgRg＝(I－Ig)RR＝IgRgI－Ig＝Rgn－1其中n＝IIg电表的总内阻RV＝Rg＋RRA＝RRgR＋Rg特别提醒把电流表或电压表接入电路时，对原电路会产生影响，如果这种影响很小，可以忽略时，电流表或电压表就可以看成理想电表，即认为电流表内阻为零，电压表内阻无穷大．【典例剖析】例3如图6所示为实验室常用的两个量程的电压表原理图．当使用O、A两接线柱时，量程为3V；当使用O、B两接线柱时，量程为15V．已知电流计的内电阻Rg＝500Ω，满偏电流Ig＝100μA．求分压电阻R1和R2的阻值．图6解析串联分压电路的特点就是电流相同．在改装的电压表中，各量程达到满偏电压时，经过“表头”的电流均为满偏电流．接O、A时：Ig＝U1Rg＋R1即R1＝U1Ig－Rg＝(310－4－500)Ω＝2.95×104Ω接O、B时：Ig＝U2Rg＋R1＋R2即R2＝U2Ig－Rg－R1＝(1510－4－500－2.95×104)Ω＝1.2×105Ω.答案2.95×104Ω1.2×105Ω方法提炼1．无论表头G改装成电压表还是电流表，它的三个特征量Ug、Ig、Rg是不变的，即通过表头的满偏电流Ig并不改变．2．电表改装的问题实际上是串、并联电路中电流、电压的计算问题，只要把表头G看成一个电阻Rg即可，切记通过表头的满偏电流Ig是不变的．3．电压表的测量值是表头G的内阻Rg与串联电阻R串两端的电压之和，电流表的测量值是通过表头G的满偏电流Ig与通过并联电阻R并的电流之和．跟踪训练3磁电式电流表(表头)最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈，由于线圈的导线很细，允许通过的电流很弱，所以在使用时还要扩大量程．已知某一表头G，内阻Rg＝30Ω，满偏电流Ig＝5mA，要将它改装成量程为0～3A的电流表，所做的操作是()A．串联一个570Ω的电阻B．并联一个570Ω的电阻C．串联一个0.05Ω的电阻D．并联一个0.05Ω的电阻【答案】D【解析】要改装电流表需并联一个分流电阻，设其阻值为R，应有IgRg＝(I－Ig)R，所以R＝IgRgI－Ig≈0.05Ω，故D正确．例4电阻R和电动机M串联接到电路中，如图7所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，电键接通后，电动机正常工作．设电阻R和电动机M两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生热量为Q2，则有()A．U1U2，Q1＝Q2B．U1＝U2，Q1＝Q2C．W1＝W2，Q1Q2D．W1W2，Q1Q212.将非纯电阻电路与纯电阻电路的计算相混淆图7误区警示错解1：不清楚在非纯电阻电路中公式U＝IR不再成立，错选B项．错解2：由W＝IUt判断出W1＝W2，考虑到电动机有机械能输出，由能量守恒判断得Q1Q2，误认为C正确．错解3：正确