师:同学们,今天我们学习高二粤教版物理必修三第三章第四节电阻的串联和并联。大家一边欣赏广州的璀璨灯光,一边思考彩灯是以什么方式连接的,当中包含了串联电路和并联电路。首先回顾初中要点,串联电路特点:R1、R2、R3串联,各电阻电流相等,表达式为I = I1 = I2 = I3;总电压等于各电阻两端电压之和,表达式为U = U1 + U2 + U3 。并联电路特点:R1、R2、R3并联,各电阻两端电压相等,表达式为U = U1 = U2 = U3 ;总电流等于各支路电流之和,表达式为I = I1 + I2 + I3 。那么总电阻和各电阻有什么关系呢?带着好奇心和热情来学习新课。
要点一,电阻的串联。看实验探究,研究三个串联电阻,R1 = 5Ω,R2 = R3 = 10Ω与总电阻的大小关系。连接电路,先断开开关,从电源正极出发,串联开关、三个待测电阻、已调零的0.6A量程电流表(正进负出)、0 - 20Ω的滑动变阻器(采用限流接法,开始接入电阻最大),再把已调零的3V量程电压表并联到待测电阻两端。闭合开关,减小滑动变阻器接入电阻,使两电表有明显读数,注意估读,电压表精确到0.1V,估读到0.01V,读数为U = 2.49V;电流表精确到0.02A,估读到0.01A,读数为I = 0.10A。读数完毕,断开开关,算出R = U÷I = 24.9Ω,在误差范围内等于R1 + R2 + R3 。
结合理论探究,以电流相等作为分母,用U = U1 + U2 + U3除以I = I1 = I2 = I3得U÷I = U1÷I1 + U2÷I2 + U3÷I3 ,再根据欧姆定律可得R = R1 + R2 + R3 。实验与理论相符,总电阻等于各电阻之和。若有n个电阻串联,表达式也如此。
要点2,电阻的并联。看实验探究,把刚才三个电阻改为并联后串入电路,其他器材不变,电压表并联到待测的三个并联电阻两端。闭合开关,减小滑动变阻器接入电阻,使两电表有明显读数。电压表读数为U = 1.22V,电流表读数为I = 0.50A。读数完毕,关闭开关,计算得R = U÷I = 2.44Ω,小于最小的5Ω,接近2.5Ω。
结合理论探究,以电压相等作为分母,用I = I1 + I2 + I3除以U = U1 = U2 = U3得I÷U = I1÷U1 + I2÷U2 + I3÷U3 ,再根据欧姆定律,得1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 。由此算出一个5Ω的电阻跟两个10Ω的电阻并联后的总电阻等于2.5Ω。实验结果在误差范围内与理论相符,总电阻的倒数等于各电阻倒数之和。n个电阻并联表达式可写成1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn ,还可得两个推论:一,n个相同的电阻R1并联,总电阻R = R1/n ;不同的电阻并联,总电阻小于其中最小的电阻。因为总电阻的倒数大于最小电阻的倒数,所以总电阻小于最小电阻。
解决实际问题,怎样用几个5Ω的电阻简单组成7.5Ω的电阻?可以用两个5Ω的并联成2.5Ω的,再串联一个5Ω的,得到7.5Ω的电阻。我们采用电压表测电阻两端电压,用电流表测流过电阻的电流,然后根据欧姆定律算出电阻值,称为伏安法。为什么刚才两个实验测量结果都偏小呢?是偶然还是必然?跟电表内阻有关吗?接下来学习要点三,电流表和电压表,这是重点和难点。
粗略测量时,可把电流表内阻看成零,电压表内阻看成无穷大,但很多情况并非如此。通过图3的两种电路测量一个定值电阻。图3A中待测电阻与电压表并联后,再与电流表串联,这是电流表的外接法;图3B中,待测电阻与电流表串联后,再与电压表并联,这是电流表的内接法。有些残旧电阻箱不太准确,来测一下某些档位电阻。
看实验视频,连接电路,从电源正极出发,串联开关、待测电阻、3Ω的电阻箱、0.6A量程电流表(正进负出)、20Ω滑动变阻器(开始接入最大电阻),然后用3V量程电压表并联到电阻箱两端。电阻箱左端接线柱与电流表正接线柱相连是等势点,为方便拍摄对比,接在电流表这里,这就是电流表的外接法。闭合开关,减小滑动变阻器接入电阻,使两电表读数更明显。读数,电压表读数U = 1.24V,电流表读数I = 0.50A,测得电阻R = U÷I = 2.48Ω。接着用电流表内接法,把电压表负接线柱与电流表负接线柱相连,观察两表读数,电流表读数几乎不变,可见电压表内阻远大于3Ω,分流作用极小;电压表读数增大为1.80V,算出R = 3.60Ω。实验结束,断开开关。
