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第16章 电压 电阻
第2节 串、并联电路中电压的规律
新课导入
方式 【问题导入】
家用电器通常要并联在电路中,而节日小彩灯(如图16-2-1所示)有的是串联,有的是并联。小彩灯串联时,电压之间有什么关系 并联时电压之间又有什么关系
图16-2-1
要想知道上述问题的答案,我们需要研究串、并联电路的电压规律。
电子视频 (详见电子资源)
教材知识处理
1.串联电路中电压规律的猜想
在探究“串联电路中电压的规律”时,教师首先提出问题:串联电路中各部分电路两端的电压与总电压有什么关系 然后引导学生猜想并讨论。(说明:教师引导学生积极提出自己的猜想,并且寻找支持猜想的依据)
猜想与假设:
(1)串联电路中电压的关系应该和电流的关系相同,也就是处处相等。
(2)电压应该从电源正极出发,沿着电流方向越来越小。因为电压是使电路中形成电流的某种“力量”,“力量”会消耗,越来越小。
(3)灯泡亮的地方电压大,灯泡暗的地方电压小。
(4)串联电路中,各部分电压相加等于总电压。因为串联电池组的电压等于各个电池的电压之和。
……
2.拓展补充:改进小彩灯的连接电路
展示实物或多媒体展示图片:装饰用的一串小彩灯(图16-2-2)。
图16-2-2 图16-2-3
学生讨论,并画出小彩灯的电路图。
学生设计电路图如图16-2-3所示:
教师演示:按学生设计的电路图连接电路,闭合开关,将其中任意一个小灯泡拧松,会导致整个电路断路。
学生总结得出结论:该电路的缺点是如果有一个小灯泡烧坏了,将使整串小灯泡全部熄灭,而且实际检修起来也很不方便。
接下来学生设计电路图如图16-2-4所示:
图16-2-4
师:通过学习,我们已经知道了,并联电路中各支路两端的电压是相等的,如果小彩灯的电路这样设计,那么直接接在220 V的电源上可行吗
生:不可行!
师:我们怎样改进才能使小彩灯电路更科学呢
学生思考,设计出改进后的电路(图16-2-5):
图16-2-5
师:在这样的电路设计中除非并联的两个(或多个)灯泡同时损坏,才会对整个电路造成影响,这就大大降低了因灯泡损坏而对整个电路造成影响的概率。
本节教材链中考
[考点小说] 串、并联电路电压的规律是两种基本电路的基本规律之一,规律的探究体现了物理学研究问题的一般过程和方法,是培养学生科学素养的好素材。该知识点在中考试卷中一般以实验探究题的形式出现,而对规律的运用常结合简单的电路分析和后面将要学习的欧姆定律来进行考查。
[考点对接] 探究电路中的电压规律
[源起教材P72] 实验
图16.2-2 探究串联电路的电压
例1 (南宁中考)如图16-2-6所示,在“探究串联电路的电压规律”实验中,闭合开关,用电压表分别测出A与B、B与C、A与C两端的电压分别为UAB=1.5 V,UBC=1.5 V,UAC=3 V,在表格中记录数据后,接下来的实验步骤是 ( )
图16-2-6
A.整理数据,结束实验
B.分析数据,得出结论
C.换用不同规格的小灯泡,再测出几组电压值
D.换用电压表的另一测量范围,再测出一组电压值
[答案] C
例2 (陕西中考)在“探究串联电路电压的特点”实验中:
(1)将电压表接入电路前,观察到指针位置如图16-2-7甲所示,为保证测量结果准确,接下来应进行的操作是 。
(2)实验电路如图乙所示,请用笔画线代替导线将电路连接完整,使电压表测量小灯泡L1两端的电压。
(3)用电压表分别测出小灯泡L1两端的电压U1,L2两端的电压U2,L1和L2两端的总电压U。换用不同规格的小灯泡多次实验,记录实验数据,如表所示。分析数据可知,串联电路两端的总电压与各部分电路两端的电压的关系为 (用本题中给出的字母写出关系式)。换用不同规格的小灯泡多次实验的目的是 。
实验次数 U1/V U2/V U/V
1 1.6 1.0 2.6
2 1.3 1.3 2.6
3 1.4 1.2 2.6
图16-2-7 图16-2-8
[答案] (1)对电压表进行调零 (2)如图16-2-8所示 (3)U=U1+U2 寻找普遍规律
拓展材料
材料一——伏特
图16-2-9
伏特(图16-2-9)是意大利物理学家,1745年2月18日出生于意大利科莫一个富有的天主教家庭里。
伏特应用他的理论制造了各种有独创性的仪器,起电盘就是其中一个杰出的例子。一块导电板放在一个由摩擦起电的充电树脂“饼”上端,然后用一个绝缘柄与金属板接触,使它接地,再把它举起来,于是金属板就被充电到高电势,这个方法可以用来给莱顿瓶充电。这种操作可以不断地重复。这一发明是非常精巧的,以后发展成为一系列静电起电机。伏特强烈地感到,他必须定量地测定电量,于是他设计了一种静电计,这就是各种绝对静电计的鼻祖,它能够以可重复的方式测量电势差。他还为他的静电计建立了一种刻度,根据他的描述,我们可以确定它的单位是今天的13350 V。1775年,由于起电盘的发明,伏特担任了一些学校的物理教授。他的名声开始扩展到意大利以外,苏黎世物理学会选举他为会员。
伏特的兴趣并不只限于电学,他通过观察马焦青湖附近沼泽地冒出的气泡,发现了沼气。他把对化学和电学的兴趣结合起来,制成了一种称为气体燃化的仪器,可以用电火花点燃一个封闭容器内的气体。他在三十二岁时去瑞士游历,见到了伏尔泰和一些瑞士物理学家。回来后他被任命为帕维亚大学物理学教授,帕维亚大学是伦巴第地区最著名的大学。他担任这个教授职务一直到退休,正是在那里他作出了他的划时代的发现。
材料二——放电深度对电动车电池寿命的影响
随着新能源技术利用的普及,电动汽车已经进入千家万户,这离不开电池技术的快速发展。众所周知,电池的使用是有寿命的,在使用过程中电池容量会不断衰减,而电池寿命的结束并非指电池的容量衰减至0%或者不能用,而是指电池总容量衰减到设计容量的80%或者以下。
电池寿命可以用“循环寿命”来衡量,是指电池寿命结束前进行的100%全循环放电次数。很多因素都会影响电池的循环寿命,如电池温度、充放电电流等。有研究表明,不同的放电深度也会影响电池的循环寿命。例如,一辆电动车将电池电量从70%用到30%,则这次的放电深度为40%;再次使用前将电池充电到90%后,又用到30%,这次的放电深度就为60%,则这两次总共完成了1次100%全循环放电。
研究人员以不同的放电深度,对电动车电池进行充放电循环研究,得到了电动车电池100%全循环放电次数与放电深度的关系,如图16-2-10所示。由图像我们不难看出,合理规划充放电策略,可以有效延长电动车电池的使用寿命。
图16-2-10
材料一 伏特
材料二 放电深度对电动车电池寿命的影响
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第16章 电压 电阻
第2节 串、并联电路中电压的规律
教材 解读 本节包括两部分内容:串联电路的电压规律和并联电路的电压规律。《初中物理新课程标准》对本节内容的要求是:“了解串、并联电路电压的特点。”本节课的学习目标有两个:在技能方面,练习用电压表测电压;在知识方面,研究串、并联电路中的电压关系。本节课在本章及整个电学部分都具有重要地位,它是进一步学习电学其他物理概念(如电阻、电功)的基础,是掌握电学中的物理规律(如欧姆定律等)、认识电学中的物理现象必不可少的知识。
学 习 目 标 物理观念 1.知道串、并联电路中电压的规律。 2.会利用串、并联电路中电压的规律解决相关实际问题。
科学思维 归纳串、并联电路中电压的规律,培养学生的概括能力。
科学探究 通过实验探究串、并联电路中电压的规律,通过学生动手实验,提高动手操作的实验能力。
科学态度 与责任 通过学生的科学探究活动,养成尊重事实、积极探究的科学态度。
教学 重、 难点 重点:探究串、并联电路中电压的规律。 难点:根据数据分析串、并联电路的电压规律。
教学 建议 本节课的探究实验是上一节学生实验——用电压表测量电压的具体应用,实验得出的串、并联电路的电压关系是进行电学知识分析的基本依据。 本节是探究性实验课,要让学生自主实验,观察记录,自行分析,归纳总结并得出结论。学生对探究性实验有浓厚的兴趣,这种方式能激发学生的创造性思维,有利于提高学生的认知能力和实验能力;但由于学生的探究能力尚不够成熟,引导培养学生的探究能力是本节课的难点。在具体的教学中,本着“过程和结果同等重要”的思想,组织好学生的探究活动,这是得出“串、并联电路电压规律”的关键。为充分体现教师的主导作用和学生的主体作用,使教学过程真正成为学生的学习过程,使学生既能学到知识,又能提高学生的探究能力,培养学生的协作精神,建议本节课采用问题解决式教学模式和探究式学习模式,即先创设情境,提出问题,由学生猜想,把问题具体化,由学生分组进行探究,解决问题,再通过交流与合作总结实验结论,最后梳理反思,增强对知识的理解并活化知识。
教学设计① (对应ppt见电子资源)
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 实验引入:把两个规格不同的小灯泡L1和L2串联起来接到电源上。闭合开关后,观察两个小灯泡的发光情况。 提出问题:通过前面的学习我们知道,通过这两个灯泡的电流是相等的,但是为什么两个灯泡的发光亮度不同呢 你有没有想过这与它们两端的电压是否有关系呢 引入新课:这节课学习有关知识《第2节 串、并联电路中电压的规律》。 观察、思考 从学生熟知的物理现象引入新课,体现出生活中处处有物理,物理来源于生活。
【探究新知】 一、串联电路的电压规律 过渡导语:串联电路中的电压到底有什么样的规律呢 学生作出猜想。 学生分组讨论,设计“探究串联电路中电压规律”的实验方案。 实验步骤: ①调节电压表指针指零,检查器材是否齐全。 ②按照电路图连接电路,连接电路时,开关应断开。闭合开关进行实验前,要检查电路的正确性。 多媒体展示相关电路图: ③用电压表分别测量灯L1两端的电压U1、灯L2两端的电压U2、灯L1和L2两端的总电压U,将测得的数据记入表格。 ④更换不同规格的灯泡,重做上述实验。 ⑤总结串联电路两端的总电压和各部分电路两端电压的关系。 思考、交流、分工合作、动手实验 让学生通过动手实验得出结论,是突破难点的重要途径,能更好地理解并记住串联电路的电压特点。同时学生亲自参与,有利于调动学生的学习兴趣和积极性。
实验记录表格: 实验 次数L1两端的 电压U1/VL2两端的 电压U2/V两灯串联部分两端的 总电压U/V123
学生分组进行实验。 总结归纳:串联电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压之和,即U=U1+U2。 评估与交流:在同学们的交流中会发现,许多同学都用了“几乎相等”这个词,而不是说“相等”,这是为什么呢 这是因为读数或用电压表测量的过程中出现了误差,如读数时视线没有与电压表刻度盘垂直等影响了数据的准确程度。 二、并联电路的电压规律 过渡设问:并联电路中,各支路两端的电压与电源两端的电压又存在什么样的关系呢 学生作出猜想。 学生分组讨论,设计“探究并联电路中电压规律”的实验方案。 实验步骤: ①按照电路图连接电路(同样注意连接电路时开关应断开)。 多媒体展示相关电路图: ②用电压表分别测灯L1两端的电压U1、灯L2两端的电压U2、电源两端电压U。 ③改变两个小灯泡的规格重做上述实验。 实验记录表格: 实验 次数L1两端的 电压U1/VL2两端的 电压U2/VL1与L2并联后 的总电压U/V123
学生分组进行实验。 总结归纳:并联电路各支路用电器两端的电压相等,且等于电源电压,即U=U1=U2。 课堂小结(略) 课堂练习(略) 布置作业(略) 思考、交流、总结、归纳 学生自主设计实验、探究 原始数据的记录要实事求是、如实记录,不许随意改动。实验中出现的问题要记录下来,以便查找、分析原因。 学生自主设计方案,在正确连接电路和使用电压表的基础上进行实验,并通过交流、总结、反思得出结论。
教学设计② (详见电子资源)
温馨提示:为满足广大一线教师的不同教学需求,特新增“典案二 教学设计②”,
内含多种授课方式不同的教学设计案例,word排版,可编辑加工,方便使用。
内容详见电子资源。
导学设计
学点1 串联电路的电压规律
(1)提出问题:我们知道,在只有一个小灯泡的电路中,小灯泡两端的电压与电源两端的电压是相等的。在由两个或两个以上用电器组成的串联电路中,各用电器两端的电压与电源两端的电压有什么关系 请作出猜想。
(2)实验思路
图16-2-11
①设计实验电路并画出电路图,如图16-2-11所示。
②选用 不同 (选填“相同”或“不同”)规格的小灯泡L1、L2连接电路。根据 电源 电压选择电压表的测量范围。
③将电压表的两端分别连到 A与B 、 B与C 、 A与C 两端,测量电压U1、U2、U。
④改变两个小灯泡的 规格 ,重做上述实验。
(3)实验过程
①根据电路图连接电路,闭合开关,测出A、B两点间(即L1两端)的电压并记录。
②根据电路图连接电路,闭合开关,测出B、C两点间(即L2两端)的电压并记录。
③根据电路图连接电路,闭合开关,测出A、C两点的电压(电源两端电压)并记录。
④实验数据如下表所示:
实验 次数 L1两端电压 UAB/V L2两端电压 UBC/V 电源两端电压UAC/V
1 1.8 1.2 3.0
2 1.1 1.9 3.0
3 1.4 1.6 3.0
(4)实验结论
通过对实验数据的分析可得出结论:串联电路中电源两端电压等于各用电器两端电压 之和 。
数学表达式: U=U1+U2 。
(5)交流反思
①采用不同规格的小灯泡多次测量的目的是使实验结论具有 普遍性 ,防止偶然性。
②换用不同规格的小灯泡时,各小灯泡两端的电压 会 发生改变,但电源两端的电压(总电压)是不变的。
2.串联电池组的电压
(1)做一做
把一节干电池的负极和另一节干电池的正极连在一起组成电池组(图16-2-12)。分别测量每节干电池两端的电压,然后测量这个电池组的电压。它们之间有什么关系
图16-2-12
2节干电池串联时,电池组电压为U= 1.5 V×2=3 V ;3节干电池串联时,电池组电压为U= 1.5 V×3=4.5 V 。
(2)结论:串联电池组两端的电压等于每节电池两端电压 之和 ,即U= 1.5 V×n (n为电池节数)。
学点2 并联电路的电压规律
(1)提出问题:如果两个或两个以上的用电器并联,那么各支路用电器两端电压与电源两端电压的关系如何 这种关系与并联电路中电流的关系一样吗 与串联电路中电压的关系一样吗 请你作出猜想。
(2)实验思路
①设计实验电路并画出电路图(如图16-2-13所示)。
图16-2-13
②选用 不同 (选填“相同”或“不同”)规格的小灯泡L1、L2连接电路。根据 电源 电压选择电压表的测量范围。
③将电压表的两端分别连到 L1 两端、 L2 两端和 电源 两端,测量电压U1、U2、U。
④改变两个小灯泡的 规格 ,重做上述实验。
(3)实验过程
①测灯泡L1两端的电压并记录。
②测灯泡L2两端的电压并记录。
③测电源两端电压并记录。
④实验数据如下表所示:
实验 次数 L1两端电压 U1/V L2两端电压 U2/V 电源两端电压 U/V
1 2.9 2.9 2.9
2 2.8 2.8 2.8
3 2.8 2.8 2.8
(4)实验结论
通过对实验数据的分析可得出结论:并联电路中电源两端电压与各支路用电器两端电压 相等 。数学表达式: U=U1=U2 。
(5)交流反思
①当电路中有多个用电器并联时,此结论仍然成立,表达式为U1=U2=U3=……=Un=U。
②当把几节相同的新干电池并联时,并联电池组两端的电压等于一节干电池两端的电压,即U=U1=1.5 V。
③采用不同的方法多次进行实验的目的是得出普遍规律,防止结论的偶然性。
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