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电学知识专题讲座

2012-04-29  720815
电学知识专题讲座
广西藤县塘步镇第一中学 邓善源

  电学是初中物理的一大部分,在每年的中考中所占的分量与力学不相上下。电学也是中考的卡分点,区分度主要在电学与力学中体现。由于电学知识较难,提高电学知识的难度相对力学来说要高得多。所以说,学好电学就等于中考成功了一半。学好电学主要是要学会区分电路图和懂得各物理量的计算方法。下面从几个方面介绍电学知识。

 

  一、连接方法

 

  电路的连接方法不是串联就是并联(混联在初中阶段不要求掌握),没有其他方法。

 

  ⑴分析要点:从电流的路径数分析,也就是说从电源的正极出发,流到电源的负极。只有一条路径的电路是串联,有二条或二条以上路径的电路是并联。

 

  1 分析图1甲、乙两图电路到底是串联还是并联。

 

1

 

  解析:甲图电流从电源正极出发,回到负极有三条路径。分别是①电源正极→开关→L3→电源负极;②电源正极→开关→L2→电源负极;③电源正极→开关→L1→电源负极。所以是并联电路。乙图电流从电源正极出发,回到负极只有一条路径:电源正极→L3L2L1→开关→电源负极。所以说是串联电路。

 

  ⑵电压表、电流表的处理方法:由于电压表的电阻很大,所以在分析时作断路处理。而电流表的电阻很小,故在分析时作短路处理。

 

  2 分析图2甲、乙两图电路到底是串联还是并联。

 

2

 

  解析:甲、乙两图电路看上去相似,但结果却完全不同。在甲图中,由于电流表当作短路,结果与例1甲图一样。乙图电压表作断路,电流根本上流不过去,电流从电源正极出发,回到负极只有一条路径:电源正极→开关→L3L2L1→电源负极。所以说是串联电路。

 

  二、三种测量仪器

 

  1.电流表

 

  电流表是串联在被测电路中的,有两个量程(06A3A)。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06A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(3V15A)。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。共用的接线柱多数是“—”,也有少部分是“+”。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。

 

  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)

 

 

  解析: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=IRR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。

 

  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?

 

  解析: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=Kw·h×1000=Kw·h=04Kw·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。

 

  解析: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

 

  原理: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

 

  原理: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

 

  原理: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。

 

  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]

 

 

  解析:(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

 

  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R1R2的电流之比:I1I2=11

 

  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U1R2两端的电压U2之比: U1U2=IR1IR2=R1R2

 

  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=U1IR2消耗的功率P2=U2I。因此P1P2= U1IU2I=U1U2。又因为 U1U2=R1R2。所以P1P2= U1U2=R1R2

 

  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U1R2两端电压U2之比:U1U2=11

 

  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:I1I2==R2R1

 

  ⑶功率关系

 

  并联电路中各支路电压相等,根据功率计算公式P=UIR1消耗的功率P1=UI1R2消耗的功率P2=UI2。所以R1消耗的功率P1R2消耗的功率P2之比:

 

  P1P2= UI1UI2=I1I2。又因为I1I2= R2R1。故P1P2= I1I2= R2R1

 

  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:

 

  P1P2==U12U22;或p1p2=I12RI22R=I12I22

 

  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:U1U2=

 

  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=I2Rp=。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72008成都)某电磁炉的额定功率是11KW,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?

 

  解析: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=4A2×44Ω=704W

 

  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

 

  解析: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=3A2 Rt=9A2 Rt =400J

 

  Q2= I22Rt=6A2 Rt=36A2 Rt=4Q1=1600J

 

  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( 

 

  A1100W  B1760W   C660W   D2860W

 

  解析: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

 

  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]

 

 

  解析: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,R0R1串联,

 

  R===2200Ω,

 

  R1=R-R0=2200Ω-44Ω=2156Ω。

 

  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]

 

 

  解析: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=A2×1210Ω=10W

 

  所以调光灯功率的调节范围:10W40W

 

  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

 

  12 如图11所示,R1R2=23,求R1R2消耗的功率之比。

 

 

  解析:串联电路处处电流相等,所以计算电功率应用公式“p=I2R”,故

 

  P1P2===23

 

  13 如图12所示,R1R2=23,求R1R2消耗的功率之比。

 

 

  解析:并联电路各支路电压相等,所以计算电功率就用公式“p=”,故

 

  P1P2===32

 

  14 一电阻R,分别接在电压为200V220V的电路上,消耗的电功率分别是P1P2,求P1P2

 

  解析:电阻R的阻值不变,电压改变。所以选用电功率公式“p=”,故

 

  P1P2====100121

 

  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。

 

  152008年河南省中考题、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

 

  解析: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=IR0R0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

 

  162006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

 

  解析: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。滑动变阻器滑片P向右移动,电路总电阻变大,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。R0两端电压U1=IR0R0阻值一定,电流I变小,所以U1变小。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

 

  解析: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RxR两端的电压U1U2,则Rx=

 

 

  2.只有电流表,没有电压表的测量方法

 

  解析: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。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。用电流表分别测出通过RxR两端的电流I1I2,则Rx=

 

 

  注:功率同样可以用上述方法测量。

2011-06-02  人教网

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