11.4串联电路和并联电路 课件-2021-2022学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册(共38张PPT)

(共38张PPT)
串联电路和并联电路
电路连接方式
1、串联：把几个导体元件依次首尾相连的方式
2、并联：把几个元件的一端连在一起另一端也连在一起,然后把两端接入电路的方式
知识回顾
R1
R2
R2
R1
已知：初中基础知识已经告诉我们一部分关于串联电路、并联电路的特点
需求：①在初中知识的基础上再结合高中知识进行进一步分析，思考一下初中与高中串、并联电路中，电流、电压和电阻之间的规律有何联系和不同。②认识串并联电路的本质以及特点
本节要点
一：串、并联电路的特点
1、电流
①串联电路中的电流处处相等
0
1
2
3
串联电路
I0 = I1 = I2 = I3
证明：
恒定电流电路中各处电荷分布稳定，保持不变（任何位置的电荷量不会越来越多或越来越少），可以看出，通过0、1、2、3处的电荷量必然相等，所以在时间t内有
q0=q1=q2=q3
I0=I1=I2=I3
一：串、并联电路的特点
1、电流
②并联电路的总电流等于各支路电流之和
0
1
2
3
并联电路
I0 = I1 + I2 + I3
证明：
要保持电路各处电荷量分布稳定不变，相同时间内流过干路0点的电荷量必须等于流过各支路1、2、3各点的电荷量之和，由此可知
q0=q1+q2+q3
I0=I1+I2+I3
串、并联电路中电流的分配关系
①串联电路中电流处处相等
②并联电路中通过各支路电阻的电流跟它们的阻值成反比．
推导：在并联电路中，U1＝I1R1，U2＝I2R2，U3＝I3R3…Un＝InRn，U1＝U2＝…＝Un，所以有I1R1＝I2R2＝…＝InRn＝I总R总＝U.
一：串、并联电路的特点
2、电压
①串联电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和
0
1
2
3
串联电路
串联电路中，以φ0、φ1、φ2、φ3表示电路中0、1、2、3各点的电势，以U01、U12、U23、U03表示各点之间的电势差
U01 =φ0 – φ1 ；U12 =φ1 – φ2 ；
U23 =φ2 – φ3 ；U03 =φ0 – φ3 ；
U01 + U12 + U23 = (φ0 – φ1) +(φ1 – φ2 ) +( φ2 – φ3 )= φ0 – φ3
U01 + U12 + U23 = U03
一：串、并联电路的特点
2、电压
②并联电路的总电压与各支路电压相等。
3’
0
1
2
3
并联电路
1’
2’
0’
在不考虑导线电阻的情况下：
左边：φ0 = φ1 = φ2 = φ3 ；
右边：φ0’= φ1’= φ2’= φ3’
φ0 – φ0’= φ1 – φ1’= φ2 – φ2’= φ3 –φ3’
U总 = U1 = U2 = U3
串、并联电路中电压的分配关系
①并联电路中电压处处相等
②串联电路中通过各电阻的两端的电压跟它们的阻值成正比．
推导：在串联电路中，U1＝I1R1，U2＝I2R2，U3＝I3R3…Un＝InRn，I1＝I2＝…＝In,所以有：
一：串、并联电路的特点
3、电阻
①串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和
I
U
U1
U2
R1
R2
当两个电阻串联至电路时，若将其看为一个整体，则此时的电阻为R，此时的电压为U，则有：
R=R1+R2
U=U1+U2
R
U
I
一：串、并联电路的特点
3、电阻
②并联电路总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和
I
I1
I2
R1
R2
U
当两个电阻并联至电路时，若将其看为一个整体，则此时的电阻为R，此时的电压为U，则有：
I=I1+I2
串、并联电路中电阻的关系
串联电路：
并联电路：
思考1：如果增大其中一个电阻的阻值，R总会如何变化？
思考2：如果在原串联电路上再串一个（或者在原并联电路上再并一个），R总会如何变化？
串联：Rx R总
并联：Rx R总
串联：再串一个， R总
并联：再并一个， R总
简记：越串越大；越并越小
不管电路连接方式如何，只要有一个电阻增大（减少），总电阻就增大（减少）。
串、并联电路总电阻的比较
应用：限流电路和分压电路
我们在使用串联和并联电路的时候，往往使用的是他们的分流和分压作用。
例如：研究一个导体两端的电压和电流关系的时候，我们需要多次试验，即多次改变电阻R两端的电压。
为达到多次改变电压的目的，这时候我们需要引入控制电路：
一般控制电路分为：限流电路和分压电路
应用：限流电路和分压电路
①限流式（滑动变阻器与测量电阻串联）
U0
S
R
A
B
P
Rx
限流式：滑动变阻器主要作用为限制电流
在此电路中，滑动变阻器通过改变自身接入电路的阻值，进而影响电路的总电流。
从而达到改变测量电阻电流和电压的目的，得到多组数据。
RAP为滑变接入电路电阻
RBP为滑变未接入电路电阻
①限流式（滑动变阻器与测量电阻串联）
U0
S
R
A
B
P
Rx
思考：滑片P在移动过程中，待测电阻RX的电压和电流该如何变化？
当滑片P处于A端：
滑变接入阻值RP=0;
待测电阻所分电压最大，为电源电压U0；
待测电阻的电流
当滑片P处于B端：
滑变接入阻值RP=Rmax；
待测阻值所分电压最小，为 ；
待测电阻的电流
应用：限流电路和分压电路
②分压式（滑动变阻器一部分与测量电阻并联之后，再与另一部分滑变剩余电阻串联）
U0
S
P
Rx
R
A
B
分压式：滑动变阻器的主要作用为分压
此电路中，滑变通过改变自身与并联电路串联部分的电阻，达到改变待测电阻分得电压
从而达到改变测量电阻电流和电压的目的，得到多组数据。
②分压式（滑动变阻器一部分与测量电阻并联之后，再与另一部分滑变剩余电阻串联）
U0
S
P
Rx
R
A
B
思考：滑片P在移动过程中，待测电阻RX的电压和电流该如何变化？
当滑片P处于A端：
滑变全部阻值Rmax与Rx并联
(RAP=0；RBP=Rmax与Rx并联)
待测电阻所分电压最大，为电源电压U0；
待测电阻的电流
当滑片P处于B端：
滑变接入全部阻值Rmax，此时Rx被短路
(RAP=Rmax;RBP=0与Rx并联)
待测阻值所分电压最小，为0；
待测电阻的电流为0
拓展1：混联电路
1、混联电路：若电路中既有串联电路又有并联电路，我们称其为混联电路。
如图为一简单的混联电路：
L2和L3并联，之后与L1、L4串联。若此时将L2和L3等效为一个电阻，那么整个电路可以看成是三个电阻串联，他们之间满足串联电路规律；其中L2和L3并联部分遵循并联电路的规律。
拓展1：混联电路
2、特点：混联电路中任意一个电阻增大或减小，总电阻也会随之增大而减少。
3、处理简单混联电路的方法：
①准确判断电路的连接方式，画出等效电路图
②准确利用串、并联电路的基本规律和特点
③选用恰当的物理公式计算
4、电路的简化原则：
①无电流的支路，简化时可以去掉
②等电势的各点，简化时可合并
③理想导线可任意调节长度
④理想电压表可视为断路，理想电流表可视为短路
⑤电压稳定时电容器可视为断路
如图所示,由于
当 时,RAB最大,
即当P由a到b时,RAB是先增大后减小。
R1
R2
R3
a
b
P
A
B
两并联支路电阻值的和不变,当一个支路的阻值减小到和另一支路的阻值相等时,两支路的并联总电阻最大。
注意:上述结论成立的条件是0≤|R1-R2|若R1-R2≥R3，则当P由a到b时,RAB将一直減小；
若R2-R1≥R3，则当P由a到b时,RAB将一直増大。
拓展2
小试牛刀
例1、在图中，AB 间的电压为30V， 改变滑动变阻器触头的位置，可以改变 CD 间的电压，UCD 的变化范围是( )
A、0 ~ 10 V B、 0 ~ 20 V
C、10 ~ 20 V D、 20 ~ 30 V
C
R
V
A
B
C
D
R
R
小试牛刀
例2、如图所示电路，当ab两端接入100V电压时，cd两端为20V，当cd两端接入100V电压时，ab两端电压为50V，则R1:R2:R3为( )
A、4:2:1
B、2:1:1
C、3:2:1
D、以上都不对
A
R2
R3
R3
a
b
c
d
R1
R1
R2
a
b
c
d
100V
20V
40V
40V
100V
50V
25V
25V
R3
a
b
c
d
R1
R1
R2
R3
二：电压表和电流表的电路结构
无论是电压表还是电流表，都是由小量程的电流表（表头），改装而成的。从电路的角度来看，表头也是一个用电器，也有电阻，会遵从欧姆定律。
电流计（表头）
电压表
电流表
二：电压表和电流表的电路结构
1、电流计（表头）
（3）三个主要参数：
①内阻:电流计内阻Rg
②满偏电流Ig：指针偏转到最大刻度时的电流
③满偏电压Ug：电流满偏时,其两端的电压
（2）电路图符号：
G
（1）作用：测量微小电流和电压
二：电压表和电流表的电路结构
表头的满偏电流 Ig、满偏电压Ug都很小，现实中不能用表头测量实际电流、电压的大小。
若需要测较大的电流或者电压，则需要将表头进行改装成电流表或者电压表。
①结构：表头串联一个大电阻，则表头和电阻这个整体，构成大量程的电压表。
②原理：串联一个大电阻，分担一部分电压 （R起分压作用）
③ 改装后的电压表量程U：当G表满偏时电压表两端的电压值
④改装后的电压表刻度盘：将量程U按总刻度均分
二：电压表和电流表的电路结构
1、将表头改装成大量程电压表
Ig
U
Ug
UR
Rg
R
U
Rv
V
I
改装后的量程：
量程扩大的倍数：
接入电阻的阻值：
改装后的总电阻：
二：电压表和电流表的电路结构
1、将表头改装成大量程电压表
二：电压表和电流表的电路结构
2、将表头改装成大量程电流表
①结构：表头并联一个小电阻，则表头和电阻这个整体，构成大量程的电流表。
②原理：并联一个小电阻，分担一部分电流 （R起分流作用）
③ 改装后的电流表量程I：当G表满偏时电流表通过的电流值
④改装后的电流表刻度盘：将量程I按总刻度均分
改装后的量程：
量程扩大的倍数：
接入电阻的阻值：
改装后的总电阻：
二：电压表和电流表的电路结构
2、将表头改装成大量程电流表
Ig
U
Rg
R
IR
I
U
A
I
RA
改装电压表 改装电流表
电路
R的作用
R的计算
电表的总电阻
串联电路
并联电路
分压
分流
二：电压表和电流表的电路结构
注意：
分压电阻越大，改装成的电压表量程越大；
分流电阻越小，改装成的电流表量程越大；
表头完改装前后，表头的满偏电流、满偏电压、内阻都不变。
小试牛刀
1、由4个电阻连接成的混联电路如图所示：R1＝8Ω，R2＝4Ω，R3＝6Ω，R4＝3Ω.
(1)求a、d之间的总电阻；(2)如果把42 V的电压加在a、d两端，通过每个电阻的电流是多少？
2、有两个相同的灵敏电流计，允许通过的最大电流(满偏电流)为Ig＝1 mA，表头电阻Rg＝20 Ω，若改装成一个量程为3 V的电压表和一个量程为0.6 A的电流表应分别(　　)
A．串联一个2 980 Ω的电阻和并联一个0.033 Ω的电阻
B．并联一个2 990 Ω的电阻和串联一个0.033 Ω的电阻
C．串联一个2 970 Ω的电阻和并联一个0.05 Ω的电阻
D．并联一个2 970 Ω的电阻和串联一个0.05 Ω的电阻
小试牛刀
A
小试牛刀
3、如图，有两个量程的电压表，当使用A、B两个端点时，量程为0 ～ 3V，当使用A、C两个端点时，量程为0 ～ 15V，已知电流表的内阻Rg为500Ω，满偏电流Ig为1mA，求电阻R1 、R2的阻值？
Rg
R1
R2
A
B
C
15V
3V
①接A、B时，串联R1 ，由串联电路的特点得： RAB＝ Rg + R1
得：R1 =2.5×103Ω
②接A、C时，串联R1和R2 ，RAC＝ Rg + R1 + R2
得：R2 =1.2×104Ω
解：
小试牛刀
4、如图所示的电路中，小量程电流表的内阻Rg＝100 Ω，满偏电流Ig＝1 mA，R1＝900 Ω，R2＝ Ω.(1)当S1和S2均断开时，改装成的是什么表？量程多大？(2)当S1和S2均闭合时，改装成的是什么表？量程多大？
课堂小结
1.串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和,即R=R1+R2
2.并联电路的总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和即:
3.常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表G（表头）改装而成的。
①内阻:电流表内阻Rg
②量程：满偏电流 Ig
③量程：满偏电压Ug
= Ig Rg
（小量程电流表）
（又是小量程电压表）
4.表头串联一个电阻改装成电压表；并联一个电阻改装成电流表。