電學(xué)知識專題講座 廣西藤縣塘步鎮(zhèn)第一中學(xué) 鄧善源 電學(xué)是初中物理的一大部分,在每年的中考中所占的分量與力學(xué)不相上下。電學(xué)也是中考的卡分點(diǎn),區(qū)分度主要在電學(xué)與力學(xué)中體現(xiàn)。由于電學(xué)知識較難,提高電學(xué)知識的難度相對力學(xué)來說要高得多。所以說,學(xué)好電學(xué)就等于中考成功了一半。學(xué)好電學(xué)主要是要學(xué)會區(qū)分電路圖和懂得各物理量的計算方法。下面從幾個方面介紹電學(xué)知識。
一、連接方法
電路的連接方法不是串聯(lián)就是并聯(lián)(混聯(lián)在初中階段不要求掌握),沒有其他方法。
?、欧治鲆c(diǎn):從電流的路徑數(shù)分析,也就是說從電源的正極出發(fā),流到電源的負(fù)極。只有一條路徑的電路是串聯(lián),有二條或二條以上路徑的電路是并聯(lián)。
例1 分析圖1甲、乙兩圖電路到底是串聯(lián)還是并聯(lián)。
圖1
解析:甲圖電流從電源正極出發(fā),回到負(fù)極有三條路徑。分別是①電源正極→開關(guān)→L3→電源負(fù)極;②電源正極→開關(guān)→L2→電源負(fù)極;③電源正極→開關(guān)→L1→電源負(fù)極。所以是并聯(lián)電路。乙圖電流從電源正極出發(fā),回到負(fù)極只有一條路徑:電源正極→L3→L2→L1→開關(guān)→電源負(fù)極。所以說是串聯(lián)電路。
?、齐妷罕?、電流表的處理方法:由于電壓表的電阻很大,所以在分析時作斷路處理。而電流表的電阻很小,故在分析時作短路處理。
例2 分析圖2甲、乙兩圖電路到底是串聯(lián)還是并聯(lián)。
圖2
解析:甲、乙兩圖電路看上去相似,但結(jié)果卻完全不同。在甲圖中,由于電流表當(dāng)作短路,結(jié)果與例1甲圖一樣。乙圖電壓表作斷路,電流根本上流不過去,電流從電源正極出發(fā),回到負(fù)極只有一條路徑:電源正極→開關(guān)→L3→L2→L1→電源負(fù)極。所以說是串聯(lián)電路。
二、三種測量儀器
1.電流表
電流表是串聯(lián)在被測電路中的,有兩個量程(0.6A和3A)。測量時不能超過它的量程外,還應(yīng)注意,為了提高準(zhǔn)確程度,如果被測電流不超過0.6A時,不應(yīng)選用3A的量程。共用的接線柱多數(shù)是“—”,也有少部分是“+”。由于內(nèi)部電阻很小,所以不能直接接到電源兩極上。
2.電壓表
電壓表是并聯(lián)在被測電路中的,有兩個量程(3V和15A)。測量時不能超過它的量程外,還應(yīng)注意,為了提高準(zhǔn)確程度,如果被測電壓不超過3V時,不應(yīng)選用15V的量程。共用的接線柱多數(shù)是“—”,也有少部分是“+”。由于內(nèi)部電阻很大,所以可以直接接到電源兩極上。如果電壓表與用電器串聯(lián),用電器因?yàn)殡娏骱苄。◣缀鯙榱悖┒荒芄ぷ鳌k妷罕淼氖緮?shù)則(幾乎)等于電源電壓。
例3 小明在進(jìn)行測量小燈泡電功率實(shí)驗(yàn)時,錯誤地將電路設(shè)計成如圖3所示的電路,并按該電路圖進(jìn)行連接實(shí)物。請你分析,小明連接好實(shí)物后,電流表和電壓表的示數(shù)各是多少?(電源為兩節(jié)干電池)
解析:此時電壓表串聯(lián)在電路中,由于其電阻很大,故電路中電流很小,幾乎為零。所以電流表示數(shù)為0。根據(jù)公式U=IR,R越大,U越大。所以電壓表示數(shù)幾乎等于電源電壓,所以示數(shù)為3V。
3.電能表
電能表是測量用戶一段時間內(nèi)所消耗電能的儀表。它所記載的數(shù)據(jù)是類加的,最后一位數(shù)字表示小數(shù)點(diǎn)后的。它并聯(lián)在家庭電路進(jìn)戶處的干路上。面板上的數(shù)字表示不同的物理意義。
例4 小華觀察到家庭電路中電能表面板上標(biāo)有“2500r/Kw·h”字樣,問當(dāng)電能表鋁盤轉(zhuǎn)過1000圈,家庭電路消耗了多少電能?
解析:2500r/Kw·h表示每消耗1Kw·h電能,電能表鋁盤轉(zhuǎn)2500圈。也就是說,鋁盤每轉(zhuǎn)一圈,消耗
三、三種狀態(tài)
1.通路
接通的電路叫通路。此時用電器能正常工作。
2.?dāng)嗦?/SPAN>(開路)
斷開的電路叫斷路或開路。此時用電器因?yàn)闆]有電流通過而不工作。
3.短路
分為電源短路與局部短路兩種。
?、烹娫炊搪?/SPAN>
不經(jīng)用電器直接連接電源兩極叫電源短路(就是課本所說的“短路”)。由于電路中電流很大,所以會燒毀電路和電源,故不允許。
?、凭植慷搪?/SPAN>
在串聯(lián)電路中,某一用電器兩端被導(dǎo)線直接連通,就叫局部短路。如圖4,就叫L2短路。這種電路不但允許還被廣泛應(yīng)用。
例5 八年級(2)班的同學(xué)為了防止晚上有賊進(jìn)入宿舍偷東西,想設(shè)計一個電路,當(dāng)賊推門進(jìn)來宿舍時,電鈴馬上報警。請你幫他們設(shè)計一個電路。
解析:當(dāng)賊推開門時,門會移動。我們可以把一根細(xì)導(dǎo)線安裝在門和門框之間,充分利用門的移動把細(xì)導(dǎo)線拉斷。如圖5所示:
四、各種應(yīng)用機(jī)械或元件
1.滑動變阻器(電阻箱)
原理:通過改變接入電路中電阻絲的長度來改變接入電路中的電阻。
接法:串聯(lián)接入電路中,按“一上一下”接法。
銘牌上標(biāo)有最大電阻值和允許通過的最大電流。
2.電動機(jī)
原理:通電導(dǎo)體在磁場中受到力的作用。
構(gòu)造:磁極、線圈、換向器、電刷。
3.發(fā)電機(jī)
原理:電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
構(gòu)造與發(fā)電機(jī)相同,只不過是稱呼不同而已。把換向器稱為銅環(huán)。
4.電磁繼電器
原理:通過控制低壓控制電路的通斷來間接控制高壓工作電路的通斷。
實(shí)質(zhì):用電磁鐵控制電路通斷的開關(guān)。
分析方法:先分析控制電路,再分析工作電路。
例6 圖6是一種水位自動報警器的原理圖,水位沒有到達(dá)金屬塊A時,綠燈亮;水位到達(dá)金屬塊A時,紅燈亮。說明它的工作原理。[1]
解析:(分析控制電路)水位沒有到達(dá)金屬塊A時,繼電器線圈沒有電流通過,它的上面兩個觸點(diǎn)接觸,(分析工作電路)工作電路中綠燈與電源構(gòu)成回路,綠燈亮;(分析控制電路)當(dāng)水位到達(dá)金屬塊A時,繼電器線圈有電流通過,它的下面兩個觸點(diǎn)接觸,(分析工作電路)工作電路中紅燈與電源構(gòu)成回路,紅燈亮。
五、串、并聯(lián)電路電流、電壓與電阻的關(guān)系
注:三個電阻并聯(lián)總電阻的計算方法在中考中幾乎不考。
六、各種比例關(guān)系
1.串聯(lián)電路(見圖7)
?、烹娏麝P(guān)系
串聯(lián)電路中處處電流相等。因此通過R1和R2的電流之比:I1:I2=1:1。
?、齐妷宏P(guān)系
根據(jù)歐姆定律I=
?、枪β赎P(guān)系
串聯(lián)電路中處處電流相等,根據(jù)功率的計算公式P=UI得到R1消耗的功率P1=U1I,R2消耗的功率P2=U2I。因此P1:P2= U1I:U2I=U1:U2。又因?yàn)?SPAN> U1:U2=R1:R2。所以P1:P2= U1:U2=R1:R2。
2.并聯(lián)電路(見圖8)
?、烹妷宏P(guān)系
并聯(lián)電路中各支路電壓相等。因此R1兩端電壓U1與R2兩端電壓U2之比:U1:U2=1:1。
⑵電流關(guān)系
并聯(lián)電路中各支路電壓相等,根據(jù)歐姆定律I=
⑶功率關(guān)系
并聯(lián)電路中各支路電壓相等,根據(jù)功率計算公式P=UI。R1消耗的功率P1=UI1,R2消耗的功率P2=UI2。所以R1消耗的功率P1與R2消耗的功率P2之比:
P1:P2= UI1:UI2=I1:I2。又因?yàn)?SPAN>I1:I2= R2:R1。故P1:P2= I1:I2= R2:R1。
3.同一用電器(同一電阻)在不同電壓下消耗電功率的關(guān)系
當(dāng)電阻R相同時,所消耗的電功率根據(jù)功率計算公式P=UI,推導(dǎo)得出P=UI=U·
P1:P2=
同理,也可以推導(dǎo)出電阻R消耗功率為P1時兩端的電壓U1與電阻R消耗功率為P2時兩端的電壓U2之比:U1:U2=
七、用控制變量法決定電功率公式的使用
初中物理有關(guān)電功率的計算有四個公式(含推導(dǎo)公式),它們分別是p=
例7(2008成都)某電磁爐的額定功率是1.1KW,額定電壓是220V,接入某電路時,測得通過它的電流為4A,求(1)電磁爐的電阻是多少?(2)電磁爐的實(shí)際功率是多少?
解析:(1)題目給出了額定功率和額定電壓,根據(jù)公式“p=
R=
?。?SPAN>2)因?yàn)殡姶艩t的電阻是不變的,題目又給出了實(shí)際電流,故用公式
p=I2R=(4A)2×44Ω=704W
例8 一電阻絲通過的電流是3A,在t時間內(nèi)產(chǎn)生400J的熱量,現(xiàn)使通過電阻絲的電流增大到6A,則在t時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量是 J。
解析:電爐絲的電阻不變,題目給出了電流,故應(yīng)根據(jù)公式W=pt=I2Rt計算。
Q1=I12Rt=(3A)2 Rt=9A2 Rt =400J,
Q2= I22Rt=(6A)2 Rt=36A2 Rt=4Q1=1600J。
例9 隨著生活水平提高,家用電器日益增多。某戶對舊電路改造后,將保險絲的規(guī)格由5A換成8A,則該線路允許同時接入的用電器功率比原來增大了( )
A.1100W B.1760W C.660W D.2860W
解析:家庭電路電壓不變,為220V。題目給出了電流值,故用公式p=UI計算。
P1=UI1=220V×5A=1100W,
P2=UI2=220V×8A=1760W,
△P=P2-P1=1760W-1100W=660W,
所以選C
例10 家用電飯鍋的加熱和保溫狀態(tài),如圖9為其工作原理圖。圖中R0為加熱電阻,R1保溫電阻。將電飯鍋接入220V的電路中,如果在加熱狀態(tài)消耗的總功率為1100W,保溫狀態(tài)消耗的總功率為220W。(1)開關(guān)S閉合時電飯鍋處于什么工作狀態(tài)?為什么?(2)求出加熱電阻R0和保溫電阻R1。[3]
解析:(1)電路電壓一定,S的閉合或斷開只是改變電路的總電阻。根據(jù)公式p=
(2)電路電壓一定,為220V。當(dāng)開關(guān)S閉合或斷開,只改變了電路的總電阻,所以根據(jù)公式p=
S閉合時,R1短路,只有R0接入電路,
R0=
S斷開,R0和R1串聯(lián),
R=
R1=R-R0=2200Ω-44Ω=2156Ω。
例11 如圖10所示是小明同學(xué)安裝的家用調(diào)光燈電路圖,燈泡上標(biāo)有“PZ220—40”字樣,滑動變阻器的最大阻值為1210Ω。求調(diào)光燈功率的調(diào)節(jié)范圍。(不考慮溫度對燈絲電阻的影響)[4]
解析:當(dāng)滑動變阻器的滑片在左端時,燈泡的電壓為220V,所以燈泡的功率是40W。
當(dāng)滑動變阻器的滑片在右端時,燈泡兩端的電壓和通過的電流都發(fā)生了改變,但燈泡的電阻不變,所以不是選公式“p=
RL=
I=
所以此時燈光功率p= I2R=(
所以調(diào)光燈功率的調(diào)節(jié)范圍:10W~40W。
或:因?yàn)闊襞蓦娮枧c變阻器最大電阻相同,所以燈泡兩端的電壓與變阻器兩端的電壓相同,即均是110V。所以用公式p=
p=
例12 如圖11所示,R1:R2=2:3,求R1,R2消耗的功率之比。
解析:串聯(lián)電路處處電流相等,所以計算電功率應(yīng)用公式“p=I2R”,故
P1:P2=
例13 如圖12所示,R1:R2=2:3,求R1,R2消耗的功率之比。
解析:并聯(lián)電路各支路電壓相等,所以計算電功率就用公式“p=
P1:P2=
例14 一電阻R,分別接在電壓為200V和220V的電路上,消耗的電功率分別是P1和P2,求P1:P2。
解析:電阻R的阻值不變,電壓改變。所以選用電功率公式“p=
P1:P2=
八、換位思考在電路分析題中的應(yīng)用
換位思考的實(shí)質(zhì),就是設(shè)身處地為他人著想,即想人所想,理解至上。如果單從字義理解,就是換個位置思考。初中物理電學(xué)分析題就常常要換個位置思考,不然很容易鉆進(jìn)死胡同。
例15(2008年河南省中考題、圖13所示的是握力計的原理圖,其中彈簧上端和滑動變阻器滑片固定在一起,AB間有可收縮的導(dǎo)線,R0為保護(hù)電阻,電壓表可顯示壓力的大小。則當(dāng)握力F增加時電壓表的示數(shù)將( )
A.變大 B.變小 C.不變 D.無法確定
解析:電壓表并聯(lián)在滑動變阻器的兩端,測滑動變阻器兩端的電壓。當(dāng)握力F增加時,滑動變阻器滑片向下移動,電阻變大,電路電流變小。如果用公式U=IR分析滑動變阻器兩端的電壓,電流I變小,滑動變阻器R變大,根本無法判斷。這時,就要換個位置思考了。電路中只有兩個用電器,滑動變阻器兩端電壓直接分析不了,那就分析定值電阻R0兩端電壓。R0兩端電壓U1=IR0,R0阻值一定,電流I變小,所以U1變小。那么滑動變阻器兩端電壓U2=U-U1,電源電壓不變,U1變小,所以U2變大。故選A。
例16(2006年無錫市中考題)如圖14電路,電源電壓不變,開關(guān)S閉合。在滑動變阻器滑片P向右移動的過程中,以下判斷正確的是( )
A.電壓表示數(shù)不變
B.電壓表示數(shù)變大
C.電壓表示數(shù)變小
D.電壓表示數(shù)先變大后變小
解析:電壓表并聯(lián)在滑動變阻器的兩端,測滑動變阻器兩端的電壓。滑動變阻器滑片P向右移動,電路總電阻變大,電流變小。如果用公式U=IR分析滑動變阻器兩端的電壓,電流I變小,滑動變阻器R變大,根本無法判斷。這時,就要換個位置思考了。電路中只有兩個電阻,滑動變阻器R兩端電壓直接分析不了,那就分析定值電阻R0兩端電壓。R0兩端電壓U1=IR0,R0阻值一定,電流I變小,所以U1變小。那么滑動變阻器R兩端電壓U2=U-U1,電源電壓不變,U1變小,所以U2變大。故選B。
九、特殊測量方法
伏安法是用電壓表和電流表測電阻的方法。原理是根據(jù)歐姆定律
1.只有電壓表,沒有電流表的測量方法
解析:有電壓表,可以測量電壓。電流可以根據(jù)串聯(lián)電路電流處處相等的結(jié)論求出。如圖15所示。將滑動變阻器的滑片移到最大值位置,根據(jù)變阻器的銘牌可知接入電路的電阻為最大值R。用電壓表分別測出Rx和R兩端的電壓U1和U2,則Rx=
2.只有電流表,沒有電壓表的測量方法
解析:有電流表,可以測出電流值。電壓可以根據(jù)并聯(lián)電路各支路電壓相等的結(jié)論求出。如圖16所示。將滑動變阻器的滑片移到最大值位置,根據(jù)變阻器的銘牌可知接入電路的電阻為最大值R。用電流表分別測出通過Rx和R兩端的電流I1和I2,則Rx=
注:功率同樣可以用上述方法測量。 2011-06-02 人教網(wǎng) |
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