串联电路和并联电路范例(3篇)
时间:2024-04-12
时间:2024-04-12
关键词:认识电路;电流节点法;思维建模
电学是初中科学的一块重要知识,它具有独立完整的知识体
系,应用性强,与实际生活联系紧密。许多学生初学时对电学比较感兴趣,但是,学到后来学不通了,甚至矛盾重重,也就失去了兴趣。我根据自己的教学经验,把学习初中电学总体分为三步:
一、认识电路
首先,分析认识电路时对一些“行规”要知道:忽略导线、电源的电阻;开关闭合相当于导线;导线不论长短,作用一样;电流表相当于导线,电压表相当于断路,分析用电器关系时不予理会;当用电器关系分析清楚后,再来判断电流表、电压表分别在测量谁。
本专题的核心知识点是识别电路,下面我介绍几个常用识别电路的方法:
1.定义法:根据电路元件的连接特点,各元件逐个顺次连接起来的是串联电路,各元件并列地连接起来的是并联电路。此法较适用于一些简单的电路认识。
2.电流节点法:从电源正极开始,沿着电流方向往负极方向观察,若电流流过时无分支,逐个流过每个用电器后回到电源负极,此电路是串联电路。若电流遇到节点,有了分支,则应找到下一个节点,观察此节点到下一个节点有几条路径,每条路径分别经过什么元件,若都是用电器,则这几个用电器是并联关系。若其中一条是导线或电流表,则其他用电器被短路,电压表相当于断路,不予理会。找节点是关键,下一个节点一定是能让电流尽快流向电源负极的节点。
例1.如右图所示,当S闭合,甲、乙表为电压表时,R1和R2是______联,当S断开,甲、乙表为电流表时,R1和R2是______联。
分析:当甲、乙表为电压表时,相当于断路,不予理会,S闭合,电流从电源正极流向负极只有一条路径,逐个流过R1和R2,无分支,所以R1和R2是串联关系。当甲、乙表为电流表时,相当于导线,S断开,电流经过的第一个节点是a,下一个节点不能是c,因为S断开,从c点不能回到电源负极,下一个节点应该是b,因为从b点可以回到电源负极。从节点a到节点b有两条路径,分别经过R1和R2,所以R1和R2是并联关系。此法比较实用,是常用的方法。
3.断路法:断开某一用电器,若其他用电器不能工作,则此用电器与其他用电器是串联关系,若其他用电器仍能工作,则此用电器与其他用电器是并联关系。
4.等效法:识别某些不常规的电路时,同一导线的两端点相当于同一点,找出共同的节点,把不常规的电路改为常见的形状。
例2.如下图甲所示,灯泡L1、L2和L3是______关系。
分析:点a和点c相当于同一点a,相当于从节点a发出三条路径,分别流过L1、L2和L3。点b和点d相当于同一点d,相当于L1、L2和L3汇聚于同一节点d,等效电路图如上图乙,则L1、L2和L3是并联关系。
二、串并联电路特点的理解
我把电学定为四个基本量:电流、电压、电阻和电功率,在串联和并联电路中,它们各有自己的特点,且互有联系,我把它们归结为两句话:
串联分压分功率,都与电阻成正比,可以用式子表达:P1∶P2=
U1∶U2=R1∶R2
并联分流分功率,都与电阻成反比,可以用式子表达:P1:P2=
I1∶I2=R2∶R1
串联分压,即电源总电压分给每个用电器,分压就不分流,也就是电源流出的总电流等于各用电器中的电流;并联分流,即电源流出的总电流分给每个用电器,分流就不分压,也就是电源两端总电压等于每一个用电器两端的电压;串联和并联都分功率,即无论串联还是并联电路,电路消耗的总功率总等于每个用电器消耗的功率之和。
更重要的是:串联分压分功率、并联分流分功率,它们是如何分配的呢?谁分得多,谁分得少呢?这一切取决于电阻的大小。两个电阻相比,电阻大的,串联分到的电压就多,分到的功率就大,且与电阻成正比。并联分到的电流就少,分到的功率就小,且与电阻成反比。
容易搞混的是:这个规律是相对两个用电器而言的,且为纯电阻电路。对于同一用电器,其阻值改变,自身功率变化情况就不能按此比例来分析了。例如,在串联电路中,如果是同一个滑动变阻器,电阻变大,但其功率就不一定是在变大了,需要看其以外的电阻大小,当滑动变阻器的阻值等于外面的电阻时,滑动变阻器的功率最大。
例3.如右图所示,R>R0,开关闭
合,当滑动变阻器向右移动时,电压表的示数变______,滑动变阻器的功率变化情况是______。
分析:R变大,分压就多,故电压表示数变大,但功率是当R=R0时最大,所以滑动变阻器的功率变化情况是先变大后变小。
还要注意的是:串联分压,总电压(即电源电压)保持不变,某一电阻的电压增大,另一电阻的电压就减小;但并联分流,总电流是可变的,支路电流变化,总电流会跟着变化;无论串联还是并联,功率都是可变的,某一用电器的功率变化,总功率会跟着变化。
三、灵活选用公式
电功率的定义式为P=W/t=UI,变形式为P=U2/R和P=I2R(两个变形式是对于纯电阻电路来说的),学会灵活选用公式,特别是学会控制变量法选公式,选出最直接的公式进行分析,可一步到位,简单、方便。控制变量法选公式,就是先确定要比较的对象是哪两个,然后分析两个比较对象有哪些相同点、哪些不同点,两个不同点的大小关系如何,最后选出对应的公式。相同点就是能控制的变量,这一个量相等,其余两个量成正比或反比,根据不同点的大小关系便可分析出结果来。例如,两个电阻R1和R2,R1>R2,如果比较串联中的功率大小,比较对象是R1和R2,相同点:电流相等,不同点:电阻不等,选公式P=I2R,相当于控制电流相等,功率与电阻成正比,所以P1>P2。如果比较并联中的功率大小,相同点:电压相等,选公式P=U2/R,相当于控制电压相等,功率与电阻成反比,所以P1
此法与上面的第二步串并联电路的特点理解是息息相通的,不过此法应用的范围更广、更灵活。例如,两个相同的电阻连在同一电路中,利用开关转换如何实现电路产生三个功率,可选公式P=U2/R,电源电压一定,功率与电阻成反比,所以,当两电阻并联时,总电阻最小,总功率最大。当两电阻串联时,总电阻最大,总功率最小,只连一个电阻时,功率是中间值。
例4.某个“220V100W”的灯泡,当串联一个电阻R后,灯泡的功率变为81W,则电阻R的功率大小为______W。
分析:第一步:确定比较对象:图1和图2中的同一灯泡,相同点:同一灯泡,电阻相等,不同点:功率不同,功率之比100∶81,选公式P=U2/R,相当于控制电阻相等,P与U2成正比,所以电压之比10∶9,两图中电源电压相等,则图2中灯泡与电阻的电压之比9∶1,第二步:重新确定比较对象。图2中的灯泡和电阻,相同点:串联电流相等,不同点:电压不等,电压之比为9∶1,选公式P=UI,相当于控制电流相等,功率与电压成正比,所以功率之比也为9∶1,灯泡功率81W,则电阻的功率为9W。
关键词:电学;串联电路;并联电路
在初中教学过程中电学部分是学生学习的重点和难点,我经常听到学生在抱怨电学不好学,在毕业的两届学生中每次考试都能发现学生电学部分得分率不高,其原因有二:一是学生在学习电学部分和力、热、声、光不同,力、热、声、光在学生平时的生活中都有接触,学生容易理解,而电对学生来说看不到,又不敢摸,也摸不到,学生不容易理解。二是学生对串并联电路不会识别,也不是很理解电路学部分的一个重要原因。
在教学中,我们对串、并联电路的识别经常采用:
1.定义法(适用于较简单的电路)
在教学中我发现这种方法在做题和应用时遇到稍微难一点的电路,学生就不会判断。
2.电流流向法(最常用的方法)
这种方法虽然最常用,只是有些学生在用的过程中当出现混联的复合电路,学生就不知道哪一部分是串联,哪一部分是并联。
3.拆除法(识别较难电路)
这种方法在教学过程中我发现学生很难接受,是很容易理解,拆除一个用电器学生主要还是不知道有什么用,所以在教学和作业过程中很少用到。
4.节点法(识别不规范电路)
这种方法在有一部分学生可以理解,弊端在于学生在找等效点时容易看错等效点,导致判断错误。
5.等效电路法(用于复杂电路)
综合上述方法通过移动、拉长、缩短导线,把它画成规则的电路――等效电路。
此方法在教学中基本不用,因为初中学生对等效电路的改画非常不容易理解,很少有学生能把复杂电路改画成常见的电路,所以这种方法在初中教学过程中一般不作为重点教给学生。
而我要讲的新方法就是用数字1和2在用电器上标出电流流入的一端和电流流出的一端,这样学生就会很快、很准确地判断出眼前的电路是串联电路还是并联电路,比如学生面对一个电路图,只要能够在电路图的用电器上,电流流入的一端标上1,电流流出的一端标上2,那么我们发现电流从1流入从2流出,如果从2流出的电流紧接着流向下一个用电器的1,这样只要是2与下一用电器的1连接就是串联电路。如果电流从2流出可以直接回到电源的负极,那么这样的电路就是并联电路。如图所示
采用上述方法这时我们很容易就判断出图3为并联电路,图4为串联电路。对于一些复杂电路学生识别起来也比较容易了,只要掌握了上述方法,就能够很好地识别串、并联电路,这样可以利用串并联电路的特点来解决实际问题和处理试题的相关问题了。
如图5所示:
根据上述方法我们可以清楚地看到,电阻R2的电流流入的一端我们标出1,流出的一端我们标出2,电阻R3的电流流入的一端我们仍然标出1,流出的一端标出2,这样我们就可以知道这两个电阻1与1可以同时回到电源的正极,2与2汇聚到一点同时与电阻R1的1链接,2与1链接说明是串联的关系,再从R1的2出来回到电源的负极,则说明R2与R3是并联的关系,然后与R1串联,这样就构成了一个复合电路。
关键词:串联;并联;开关;电压表;电流表
中图分类号:G633.7文献标志码:A文章编号:1674-9324(2012)03-0074-02
一、开关和电表在电路判定中的“角色”与联系
在教师引导学生可以通过“定义法、电流法、拆除法、节点法”等等方法去判定串、并联电路之后,学生基本上能够通过其中一种方法去熟练的判定出串、并联电路。此后,在大多练习中会出现这样一类题:
例1:如图1所示,要使L1和L2两灯组成串联电路,应闭合开关,断开开关;要使L1和L2两灯组成并联电路,应闭合开关,断开开关?摇?摇?摇。
对于这样一类题,教师首先要帮助学生理解断开和闭合的开关在电路中充当的“角色”。即断开的开关就相当于开路,而闭合的开关就相当于一条导线。然后教师引导学生可以利用“电流法”:电流从电源的正极流出经过所有用电器回到电源的负极,电流的路径只有一条,则为串联电路。即:闭合开关S2,断开开关S1、S3两灯组成串联电路。闭合的开关S2就相当于一条导线,电流可以通过;断开的开关S1和S3就相当于开路,电流不可以通过。如图2所示这样电流从电源正极123电源负极,电流的路径只有一条,即组成了串联电路。对于如何断开或闭合开关组成并联电路,我们可以引导学生通过“节点法”:不论导线有多长,只要其间没有电源、用电器等,导线可以任意拉长、缩短,甚至导线两端均可以看成同一个点,从而找出各用电器两端的公共点,电流的路径有两条(或多条),则为并联电路。如图2所示,当电流流经节点1,若开关S1闭合,就相当于一条导线,那么节点1和3就可看为同一个点,即L1和L2的公共点,然后电流分别经过L1和L2,在节点2汇合最终回到电源负极。即:闭合开关S1、S3,断开开关S2,电流的路径有两条,两灯组成并联电路。相信学生掌握这种方法后,通过一两道同类型的习题进行巩固是可以突破这个难点的。但在学生学完电表之后,与上面相似的这类题又会出现,而且难度也会更大。
例2:如图3所示,要使L1和L2两灯组成串联电路,a是表、b是表、c是表;要使L1和L2两灯组成并联电路,a是表、b是表、c是表。对于这个电路图学生似曾相识,但刚开始可能无从入手。我们还是首先要引导学生在分析电路时,电压表和电流表分别在电路中充当的“角色”。由于电压表的内阻很大,在初中阶段分析电路时可以看成开路,而电流表的内阻很小,在初中阶段分析电路时可以看成导线。这样在教师的引导之下,学生可能会发现既然在分析电路时“断开的开关”和“电压表”都可以看成是开路,“闭合的开关”和“电流表”都可以看成是导线,那么例2这道题完全可以类比例1来做,这样就大大降低了分析电路的难度。在例1中闭合开关S2,断开开关S1、S3两灯组成串联电路。闭合的S2相当于导线,那么可以相当于导线的还有电流表,那么S2的位置其实可以用一个电流表来替代;断开开关S1、S3都相当于开路,那么分析电路时可以看成开路的还有电压表,那么S1、S3的位置就可以分别用两个电压表去替代。即:要使L1和L2两灯组成串联电路,a是电压表、b是电流表、c是电压表。并联电路的形成也仿照上面用类比例1的方法去做,可以得出:要使L1和L2两灯组成并联电路,a是电流表、b是电压表、c是电流表。教师对比例1和例2两道试题的过程中利用“类比”和“等效替代”的思想,引导学生归纳和总结解决实际问题的方法,可以帮助学生快速突破难点。在日常教学中慢慢渗透一些物理解题的思想,学生也会逐渐养成善于思考和总结的学习习惯,对知识融会贯通,达到事半功倍的效果。
二、电压表和电流表的“归属”问题
在学习电流表的使用时,学生已经知道电流表应串联在被测电路中。对于简单的电路学生一眼就可以看出电流表是测量哪部分的电流。例如:在图4中学生很容易就能看出电流表A1测量的是流过L1的电流,电流表A2测量的是流过L2的电流,而电流表A测量的是干路的总电流。因为电流表A1与L1串联,电流表A2与L2串联,电流表A串联在干路上。
如果把电路变形成图5所示的电路,学生可能就没那么容易判断出电流表是测量哪部分的电流了。但是实际上图4和图5的电路是一样的,只要我们按照上面讲到的“电流法”还是可以判断出电流表A1与L1串联,电流表A2与L2串联,电流表A串联在干路上,就能判断出电流表测量的是哪部分电流。总之只要记住电流表与哪部分电路串联就测哪部分电路的电流。相对于电流表的学习而言,电压表的“归属”问题在理解上就有一定的难度了。电压表是应与被测电路并联的,若是图6这样的图学生很容易就能看出电压表测量的是L1两端的电压。
如果把图6变为图7这样的呢?在做题过程一部分同学会就会误认为电压表测量的是L2两端的电压,有的同学甚至认为是测量电源和L2的总电压。造成这样的错误判断,原因一方面可能是对电路的组成及其在电路中的作用理解的不是很透彻;另一方面可能是还没有弄清楚电压表到底与被测电路中的哪部分并联。
针对造成错误的原因,可以用以下几种方法帮助学生理解:
1.从电路基本组成在电路中的作用入手。电路中的电能是由电源提供的,电源的电压即为电路的总电压(不考虑电源的内阻)。若认为电压表与电源和L2同时并联,那么电压表所测的电压应为电源和L2两端电压之和。而电源电压就是电路的总电压,凭空多出了L2两端电压,有悖科学。既然不是测量电源和L2这部分电路,那么就是测量L1这部分电路了,因此电压表测量的是L1两端电压。
上一篇:人力资源公司的盈利模式(6篇)
热门推荐