电工基础第二章教案.pdf
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1、第二章直流电路 2-1.电阻串联电路教学目的1、掌握电阻串联电路的特点。2、掌握并会应用分压公式。3、理解电压表扩大量程的原理。教学重、难点教学重点:1、电阻串联的性质和作用。2、正确运用串联电路重要性质解决相关实际问题。教学难点:正确运用串联电路重要性质解决相关实际问题。教学方法:讲练结合教学时数:一课时授完。教 具:定值电阻、学生电源、灯泡、电键开关、导线、电压表、多媒体课件等。教学过程:I、复习提问:1、复习提问:电源最大输出功率的条件。2、导入新课:直流电路在生产和生活中有着广泛的使用。今天我们就来探究直流电路的串联连接方法、基本特点和相关方面的计算。I I、讲授新课:一、电阻串联1、
2、定义:把两个或两个以上的电阻,一个接着一个地连成一串,使电流只有一条通路的连接方式叫做电阻的串联。如 图(a)所示其等效电路如图(b)R叫做R”七 串联的等效电阻,其意义是用R代替心,出 后,不影响电路的电流和电压。图(a)图(b)2、动动手:按课本P 3 2 图 2 2 (a)(b)连接电路,观察小灯泡亮度的变化。再用万用表测图2 2 (b)中 A B、B C、A C 两点间的电压值。现象与结论:(b)图中的灯泡要比(a)图中灯泡要暗一些。三个电压数值LB、UBCJAC不相等。三个电压数值关系是UAC=UA,+UBC3、串联电路的特点、串联电路中电流处处相等。即:1=1 1=1 2=,=1|
3、1(2)、电路两端的总电压等于串联电阻上分电压之和,即:U=U l+U 2+U n二、串联电路的重要性质1、总电阻推 导:由部电路欧姆定律得U =/R U i=IR i;U2=IRI;Un=IR由串联特点得 U=Ut+U2+U3+-+UIR+/?3+/?R=Ri+R?+R3+,+R”结论:串联电路的总电阻等于各个电阻之和。2、串联电路中的电压分配关系推导过程:/=巴/=七/=区/=七 /=4由部电路欧姆定律得 R R J 2-R人-&.“R/=巴=4 =幺=幺 乂由串联特点得 R&R2%.R”巳=幺=七=七 =4R&R s&结论:串联电路中各电阻两端的电压与它的阻值成正比。若两个电阻串联,则5
4、 =1&:5 =1 Rz;1=-&+R?Ui=-0 u;u2=2 uR+R?/?j+R?3、串联电路中的功率分配关系推导:由电功率公式得尸=/U =/R则 P|=/2/?l;P2=I2R2;尸3=/2尺3;一 ;P“=/2凡P-P:=23=-P-n-&-R?-&-R结论:串联电路中各电阻消耗的功率与它的阻值成正比。【例 1】三个电阻R,、R,、R3组成的串联电路,Ri=l Q,RF3 Q,R?两端电压员=6V,总电压U=18V,求电路中的电流及电阻比的阻值大小。解:根据欧姆定律b=U2/R2=6/3=2(A)由于串联电路电流处处相等,所以Ii=b=I=2 A根据欧姆定律,可求得电路的总电阻R
5、为 R=U/I=18/2=9(Q)由于串联电路总电阻等于各串联电阻之和,所以R3=R-R,-R2=9-1-3=5 (Q)*三、串联电阻的应用电阻串联的应用很广泛,在实际工作中常见的应用有:1、用几种电阻串联来获得阻值较大的电阻。2、采用几个电阻构成分压器,使同一电源能供给几种不同的电压。3、当负载的额定电压低于电源电压时,可用串联的办法来满足负载接入电源的需要。4、利用串联电阻的方法来限制和调节电路中电流的大小。5、在电工测量中广泛应用串联电阻的方法来扩大电表测量电压的量程。*四、电压表的量程扩大1、常用的电压表是用微安表或毫安表改装成的。2、毫安表或微安表的重要参数:Zg-满偏电流Rg-表头
6、内阻3、电流越大,毫安表或微安表指针的偏角就越大。由于U=/R,则毫安表或微安表两端的电压越大,指针偏角也越大。4、如果在刻度盘上直接标出电压值,就可用来测电压,但这时能测的电压值很小。为了能测较大的电压,可串联一电阻,分担部分电压,就完成了电压表的改装。5、测量时要与被测电路并联。6、关键:会计算串联的电阻R的大小。设电流表的满偏电流为/g,内阻为隼,要改装成量程 为 U 的电压表,求串入的RR=4U-1凡g*【例 2】如右图所示的分压U=3 0 0 VR:,=5 0 K Q,d点式公共接地点(参考点),解R i =1 5 0 K Q 也=1 0 0 K Q求输出电压Uc d Ub d?U
7、cd=U 3=5()150+100+5()x300=50(V)bd=力+。3U+U3100150+100+50 x300+50=150(V)-2UUR、+R,+Rj*【例 3】有一个表头,如右图所示,它的满刻度电流人 是 5 0 M -金-兰面*ub(即允许通过的最大电流),内阻是弘。.若改装成量程(即测量 u范围)为 1 0 V 的电压表,应串联多大的电阻?解:当表头满刻度时,表头两端的电压U g 为:U g=k =50X10-6 X 3X103=0.15(V)显然用它直接测量1 0 V 电压是不行的,需要串联分压电阻以扩大测量范围(量程)。&=牛=詈=3 6(。)设量程扩大到1 0 V 所
8、需要串入的电阻为Rh,贝 i j:凡Uh _ U-Ug _ 10-0.15-50 x10-6=197(2)即应串联1 9 7kQ的电阻,才能把表头改装成量程为1 0 V 的电压表。课堂练习:0=0-t=J o/?,K l有一盏额定电压为Ui =4 V、额定电流为1 =0.5 A的电灯,应该怎样把它接入电压U=1 2 V电路中安全正常使用。解:将电灯(设电阻为R 0 与一只分压电阻R 2 串联后,接入U=12V电源上,如图所示。分压电阻R 2 上的电压为 U2=U-U,=1 2-4 =8(V),且 U2=R 2 1,贝 UR2=U2/I=8/0.5=1 6(Q)m、本课小结1、串联电路的定义及特
9、点。2、串联电路的重要性质。3、电压表量程的扩大和分压电阻的计算。I V、课余作业:课 本 P33小练习1、2.教学后记:22、电阻并联电路教学目的1、掌握电阻并联电路的特点。2、掌握并会应用分流公式。3、理解电流表扩大量程的原理。教学重、难点教学重点:1、电阻并联的性质和作用。2、正确运用并联电路重要性质解决相关实际问题。教学难点:正确运用并联电路重要性质解决相关实际问题。教学方法:讲练结合教学时数:一课时授完。教 具:电阻、学生电源、灯泡、电键开关、导线、电流表、多媒体课件等。教学过程:I、复习提问:1、复习提问:电阻串联的特点与重要性质。2、导入新课:前节我们学习了电阻串联方面的知识,这
10、节课我们探究电阻并联方面的知识。II、讲授新课:一、电阻并联1、电阻的并联:把两个或两个以上的电阻,一个接着一个地连成一串,使电流只有一条通路的连接方式叫做电阻的串联。图(a)图(b)2、动动手:按课本P3 5 图 2 7 (a)(b)连接电路,观察小灯泡亮度的变化。再用万用表测图2 7 (b)中各元件的电压及流过各元件的电流值。现象与结论:(1)、(a)(b)图中的灯泡要一样亮。(2)、(b)图中各元件的电压数值相同。(3)、(b)图中各元件中流过的电流数值不相同,但有/=/|+/2 的关系。如图2-7 (a)所示其等效电路如图(b)R 叫做必,应串联的等效电阻,其意义是用R 代替 R”&后
11、,不影响电路的电流和电压。3、电阻的并联特点:(1)、电路中各支路两端的电压相等;U =U|=U2=.=U n(2)、电路中总电流等于各支路的电流之和。I=I1+I2+-+I1 1二、电阻的并联重要性质因为/=/|+/2+,3+1 1 1-=-F -R&R2+-F *+-结论:并联电路总电阻的倒数等于各个电阻的倒数之和。2、电阻并联电路的电流分配关系推导:由部分电路欧姆定律得U!=/1/?,;必=/2色;U 3=h R3;:U=I,Rn由并联电路的特点得/出=/?2 =/.3 R.3 =/R“=U结论:并联电路中通过各个电阻的电流与它的阻值成反比。当只有两只电阻并联时L=/;I2=R lR +
12、R、R+/?23、电阻并联电路的功率分配关系U2推导:由电功率计算公式得PK=UIK=RK化简变形得 PRi=P2R2=P3Ri=-=P R 结论:并联电路中各个电阻消耗的功率与它的阻值成反比。【例1】有一个5 0 0 Q的电阻,分别与6 0 0 Q、5 0 0 Q、2 0 Q的电阻并联,并联后的等效电阻各是多少?解:根据两电阻并联公式有:(1)R=5 0 0/6 0 0 =50-600 2 7 3(0)5 0 0 +6 0 0(2)R=5 0 0/5 0 0 =500 x500=2 5 0(0)5 0 0 +5 0 0(3)R=5 0 0 2 0 =5 0 x2。20(Q)5 0 0 +2
13、0从上面的计算结果可以看出如下三点:第一,并联电路的等效电阻总是比任何一个分电阻都小;第二,若两个电阻相等,并联后等效电阻等于一个电阻的一半;第三,若两个阻值相差很大的电阻并联,可以认为等效电阻近似等于小电阻的阻值。*三、并联电路的应用电阻并联的应用也非常广泛,在实际工作中常见的主要应用有:1、凡是工作电压相同的负载几乎全是并联。2、用并联电阻来获得某一较小电阻。3、在测量中,广泛应用并联电阻的方法来扩大电测量电流的量程。*四、电流表的量程扩大利用并联电路的分流原理,在微安表或毫安表上并联一分流电阻,按比例分流一部分电流,则可以利用微安表和毫安表测量大的电流(扩大量程)。IR 一D-/4R=_
14、 _(T)-1I R 1-1&rg其中:/g为电流表的满偏电流;Rg为电流表内阻;/为电流表的 l b量程;R为分流电阻。尸-宕*【例2】有一个表头,如图所示,满刻度电流它的满刻度电流人g I是5 0 内 阻 是 弘 若 把 它 改 装 成 量 程 为5 5 0 u A的电流表,问应并联多大的电阻?解:表头的满刻度电流只有5 0 n A,用它直接测量5 5 0 u A的电流显然是不行的,必须并联一个电阻进行分流以扩大量程,分流电阻Rb 的电流为:/=/=5 5 0-5 0 =5 0 0(即电阻R 两端的电压Ub与表头两端的电压U*是相等的,因此,Uh=U出=1 3=50X10-6X3X103=
15、0.15 V所以 人=工=0=30 0(Q)h Ih 5 0 0 x 10-6V课堂练习:如图所示,电源供电电压U =2 2 0 V,每根输电导线的电6阻均为R i=l Q,电路中一共并联10 0 盏额定电压2 2 0 V、功率40 W 的电灯。假设电灯在工作(发光)时电阻值为常数。试求:当只有10 盏电灯工作时,每盏电灯的电压UL和功率PL;当10 0 盏电灯全部工作时,每盏电灯的电压UL和功率PL。解:每 盏 电 灯 的 电 阻 为 R=U 2/P =_ R“12 10 Q,n 盏电灯并联后的等效电阻为 R0 =W n L 2 R/R,根据分压公式,可得每盏电灯的电压 功率为(1)即 n
16、=UL=jD 2 16(V)2R、+R.u2PL=-3 9(W)当 只 有 i o 盏电灯工作时,10,则 R“=R/n =1 2 1。,因此R TJ2UL=诋彳 18 9(V)PL=X 2 9(W)2R+R L R(2)当 10 0 盏电灯全部工作时,即 n=1 0 0,则 Rn =R/n=12.1 Q,m、本课小结并联电路的定义和特点;电流表的量程扩大和分流电阻的计算。IV、课余作业:课 本 P 37小练习1、2.教学后记:2-3.电阻的混联电路教学目的1、理解混联电路的概念。2、掌握混联电路的一般分析方法。3、能计算简单混联电路。教学重、难点教学重点:混联电路的计算。教学难点:画等效电路
17、图。教学方法:讲练结合教学时数:两课时授完(第二课时为实验课)。教 具:电阻、学生电源、灯泡、电键开关、导线、电流表、多媒体课件等。教学过程:第一课时I、复习提问:1、复习提问:电阻并联特点和重要性质2、导入新课:前面我们分别探究了电阻的串联和并联方面的知识,实际应用中我们既要用的电阻的串联也要用到电阻的并联,这就是我们今天将要学习的电阻的混联。n、讲授新课:一、混联1、电阻混联电路:既有电阻的串联又有电阻的并联的电路叫电阻混联电路。2、分析混联电路的关键:将串联、并联关系不易看清的电路加以改画(使所画电路的串、并联关系清晰),按电阻串联/并联,逐一将电路化简。二、电阻混联电路的一般解题步骤1
18、、2、3、4、把电路进行等效变换;先计算各电阻串联和并联的等效电阻值,再计算电路的总的等效电阻;由电路的总的等效电阻值和电路的端电压计算电路的总电流;利用电阻串联的分压和电阻并联的分流关系,计算各部分电压及电流。电阻的混联计算举例.上分析R力由a、b 端向里看,应 和 必,利和后均连接在相同的两点之间,“3 U因此是并联关系,把这4 个电阻两两并联后,电路中除了 a、b 两点 i-不再有结点,所以它们的等效电阻与必和施相串联。/用 口 n电阻混联电路的等效电阻计算,关键在于正确找出电路的连接点,0然后分别把两两结点之间的电阻进行串、并联简化计算,最后将简化的等效电阻相串即可求出。三、等电位分析
19、法1、确定等电位点、标出相应的符号。导线的电阻和理想电流表的电阻可以忽略不计,可以认为导线和电流表连接的两点是等电位点。对等电位点标出相应的符号。2、画出串联、并联关系清晰的等效电路图。由等电位点先确定电阻的连接关系,再画电路图。根据支路多少,由简至繁,从电路的一端画到另一端。3、求解根据欧姆定律,电阻串联、并联的特点和电功率计算公式列出方程求解。三、混联电路分析【例 1】如右图所示,求等效电阻R a b。解:跟 a点相接的阻值4Q和 1 2 Q 的两个电阻并联,求出其等效电阻R a4x1?R=4 1 2 =J =3(Q)4 +1 2同理跟b点相接的阻值3 Q和 6 Q的两个电阻并联,求出其等
20、效电阻RR =3 6 =2(C)b 3 +6等效电阻&和其等效电阻R,串联,则R a b=R a+R b=3+2=5 (Q )口2【例 2】用滑动变阻器接成分压电路,用于调整负载电阻电压 u高低。如 图 2所示,已知变阻器的额定值为1 0 0 Q,3 A,输入电压 近 近U=2 2 0 V,R,.=5 0 Q 试问:_ 二 丫(1)当 R?=5 0 Q时,输出电压I k 是多少?(2)当 R?=75。时,输出电压小是多少?分压器能否安全工作?图 2解:(1)当 R=5 0 Q 时,从图4可知,R?与 R 并联,再与R串联,R=5 0 Q,等效电阻为:U 2 2 0电阻R中的电流I为:/=2.9
21、 3(A)R 75R 5()负载电阻R中的电流h为:IL=J=x 2 0 9 3 =1.4 7(4)R2+RL 5 0 +5 0UL=RI.IL=5 0X 1.4 7=73.5 (V)(2)当 R z=75 Q 时,R=2 5 Q 则:R =Ri+R,+R,-75 x 5 0-=2 5 +-R,75 +2 5=5 5(Q)R2+RL 75 +5 0 x 4 =2.4(A)UL=RII,=5 0X4=1 2 0 (V)【例 3】灯 泡 L的额定电压M=6 V,额定电流L=0.5 A;灯泡 卡 一L的额定电压U z=5 V,额定电流L=1 A,现有的电源电压U=1 2 V,问如何接入电阻使两个灯泡
22、都能正常工作。旦 告解:利用电阻串联的分压特点,将两个灯泡分别串上七、R.-(丁再予以并联,然后接上电源,如 图 3所示,下面分别求出使两个 1 l灯泡正常工作时.,R 3、R,的额定值。u图 3(1)R s 两端的、电压为 U 3 =。一。1=12 6=6(V)R:,的阻值为:6=12(Q)艮,的额定功率为:鸟=。3 4 =6XO.5 =3(W)因而,R s 应 选“1 2 Q 3 W”的电阻。(2)R,两端电压为:。4=。一。2 =12-5=7(V)U 7电的阻值为:/?4=7(C)2 R,的额定功率为:乙=。4/4=7*1=7(皿)所 以,R”应 选“7 Q 7 W”的电阻。混联电路上功
23、率关系式:电路中的总功率等于各电阻上的功率之和。四、混联电路计算要点在电阻混联电路中,已知电路总电压,若求解各电阻上的电压和电流,其步骤一般是;1、首先求出这些电阻的等效电阻;2、应用欧姆定律求出总电流:3、应用电流分流公式和电压分压公式,分别求出各电阻上的电压和电流。课堂练习:如图所示,已知 R|=R 2 =8 Q,R 3 =R 4 =6 Q,R5=R6=4 Q ,R7=R8=2 4 Q ,R9=1 6Q;电压U =2 2 4 V。试求:(1)电路总的等效电阻RA B与总电流Z I ;(2)电阻R 9 两端的电压U 9 与通过它的电流I g解:(1)R5,R 6、R 9 三者串联后,再与R
24、8 并联,E、F两端等效电阻为RE F=(R 5+R(+R 9)R 8 =2 4 Q 2 4 Q=1 2 QRE F、R 3、R 4 三者电阻串联后,再与R 7 并联,C、D两端等效电阻为RC D=(R 3+RE F+R,R 7=2 4 Q 2 4 Q=1 2 Q总的等效电阻RAB=RI+RCD+R 2=2 8 Q总电流 X I =U/RA B=2 2 4/2 8 =8 A(2)利用分压关系求各部分电压:UC D=RCDZ I =9 6 V,UEF=UC D=乜 X 96=48(V)R3+REF+R4 24/=&/9=32(V)K5+6 +“9山、本课小结(1),求解混联电路要求同学们可以熟悉
25、电阻串联、并联电路的特点,能够熟练应用分流、分压公式。(2)、将复杂的混联电路等效转换为易于求解的串联、并联电路时求解混联电路的关键。(3)、在某些复杂电路中,等电位点的判断,需要同学们发挥空间想象力,不要将电路看成一个平面的东西。IV、课余作业:课 本 P40小练习1、2.教学后记:第二课时I、复习导入:复习串联、并联和混联定义与特点复习回顾求混联电路的常用方法一 等电位法.I I、进行新课一、对学生进行分组(每两个学生为一小组)。3整之实饕鳖鬟、.J A实 验:(如右图所示电路)一 I、学生进行分组实验。*5V r2、老师巡回检查,及时发现问题,及时解决问题。V k3、让学生记录实验结果,
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