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《 電路動(dòng)態(tài)》教學(xué)教案設(shè)計(jì)
教學(xué)目標(biāo)
認(rèn)識(shí)變化的電路，準(zhǔn)確找出變化前后兩電路的變化
教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)
動(dòng)態(tài)電路的連接方式，動(dòng)態(tài)電路的電阻、電流和電壓
知識(shí)回顧：
串聯(lián)分壓、并聯(lián)分流
電路動(dòng)態(tài)分析
知識(shí)點(diǎn) 一、滑動(dòng)變阻器的滑片P的位置的變化引起電路中電學(xué)物理量的變化
1．串聯(lián)電路中滑動(dòng)變阻器的滑片P的位置的變化引起的變化
[例1]如圖1，是典型的伏安法測電阻的實(shí)驗(yàn)電路圖，當(dāng)滑片P向右移動(dòng)時(shí)，請你判斷A表和V表的變化。
分析：本題中，為了分析表達(dá)的簡潔，我們約定一套符號(hào)：“→”表示引起電路變化；“↑”表示物理量增大或電表示數(shù)增大；“↓”表示物理量減小或電表示數(shù)減小。
P右移→R2↑→R總↑→I↓→A表↓。
R1不變→IR1↓→U1↓→V表↓。
（判斷V表的變化還可以根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理來分析：R2↑→U2↑→U1↓→V表↓。）
擴(kuò)展：根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)，滑動(dòng)變阻器R2兩端的電壓 U2 將 ↑。推論：如果滑動(dòng)變阻器R2 足夠大，當(dāng)滑片P向右一直滑動(dòng)時(shí)，電阻將不斷增大，那么U2 將不斷增大，U1 將不斷減小，I將不斷減小。假設(shè) R2 無限大，這時(shí)U2 將增大到電源電壓，U1 將變?yōu)?，I也將變?yōu)?，這時(shí)的電路就相當(dāng)于斷路。這就是用電壓表來判斷電路斷路和短路的道理。
[變式訓(xùn)練題]參考上圖，在伏安法測電阻的實(shí)驗(yàn)中，若由于各種原因，電壓表改接在滑動(dòng)變阻器的兩端，當(dāng)滑片P向左移動(dòng)時(shí)，請判斷A表和V表的變化。
圖1 圖2 圖3
[例2]如圖2，當(dāng)滑片P向左移動(dòng)時(shí)，A表和V表將如何變化。
分析：首先要確定電路的類型，此電路屬于串聯(lián)電路呢還是并聯(lián)電路。我們可以將電流表簡化成導(dǎo)線，將電壓表簡化成斷開的電鍵或干脆拿掉。此時(shí)可以容易地看出，這是一個(gè)串聯(lián)電路。而且發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)變阻器的滑片已經(jīng)懸空，滑動(dòng)變阻器接成了定值電阻，所以A表示數(shù)不變。
電壓表在本電路中，是測量R1和R2部分電阻之和的電壓，當(dāng)滑片P向左移動(dòng)時(shí)，被跨接在電壓表內(nèi)的電阻隨著變小，根據(jù)分壓原理：V表示數(shù)減小。
[變式訓(xùn)練題] 如圖3，當(dāng)滑片P向左移動(dòng)時(shí)，A表和V表將如何變化。
[例3]在如圖4所示電路中，當(dāng)閉合電鍵后，滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片P向右移動(dòng)時(shí) （ ）
(A)安培表示數(shù)變大，燈變暗。 (B)安培表示數(shù)變小，燈變亮。
(C)伏特表示數(shù)不變，燈變亮。 (D)伏特表示數(shù)不變，燈變暗。
分析：將電流表等效為一根導(dǎo)線，可以看到電壓表直接測量電源電壓，因此當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片P向右移動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)將不會(huì)變化；而電阻R的阻值變大，小燈的電阻RL大小不變（注意：在初中階段，小燈的電阻由于溫度的變化引起的變化往往忽略不計(jì)），因此總電阻變大，電流變小，所以電流表示數(shù)變小。從串聯(lián)電路的分壓角度分析，小燈兩端的電壓也將變小，小燈的功率P=ULI也將變小，所以小燈的發(fā)光將變暗。
[變式訓(xùn)練題] 在如圖5所示電路中，當(dāng)閉合電鍵后，滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片P向右移動(dòng)時(shí)（ ）
(A)伏特表示數(shù)變大，燈變暗。 (B)伏特表示數(shù)變小，燈變亮。
(C)安培表示數(shù)變小，燈變亮。 (D)安培表示數(shù)不變，燈變暗。
圖4 圖5 圖6 圖7
2．并聯(lián)電路中滑動(dòng)變阻器的滑片P的位置的變化引起的變化
[例4]如圖6，當(dāng)滑片P向右移動(dòng)時(shí)，A1表、A2表和V表將如何變化？
分析：并聯(lián)電路各支路兩端電壓相等，等于電源電壓，故電壓表V示數(shù)不變。
由于并聯(lián)電路各支路獨(dú)立工作，互不干擾，滑動(dòng)變阻器滑片P向右移動(dòng)時(shí)，對R1這條支路沒有影響，所以電流表A1示數(shù)不變。
滑片P右移，R2變大，兩端電壓不變，故電流變小，干路中電流也隨之變小，所以A2示數(shù)也會(huì)變小。
[變式訓(xùn)練題] 如圖7，當(dāng)滑片P向右移動(dòng)時(shí)，A1表、A2表和V表將如何變化？
二、電鍵的斷開或閉合引起電路中電學(xué)物理量的變化
1．串聯(lián)電路中電鍵的斷開或閉合引起的變化
[例5]在如圖8所示的電路中，將電鍵K閉合，則安培表的示數(shù)將______，伏特表的示數(shù)將________(均填“變大”、“變小”或“不變”)。
分析：在電鍵尚未閉合前，兩個(gè)電阻組成串聯(lián)電路。電壓表測量R1兩端的電壓，電鍵K閉合后，電阻R2被局部短路，電壓表變成測量電源兩端的電壓了，因此電壓表的示數(shù)將變大。在電鍵尚未閉合前，電流表測量的是串聯(lián)電路的電流值，由于此時(shí)電阻較大，故電流較小；電鍵K閉合后，電阻R2被局部短路，電路中的電阻只有R1了，因此電流表的示數(shù)將變大。
[變式訓(xùn)練題]在如圖9所示的電路中，當(dāng)電鍵K斷開時(shí)，電阻R1與R2是________聯(lián)連接的。電鍵K閉合時(shí)，電壓表的示數(shù)將________(選填“變小”、“不變”或“變大”)。
圖8 圖9 圖10
2．并聯(lián)電路中電鍵的斷開或閉合引起的變化
[例6] 在圖10中，燈泡L1和燈泡L2是______聯(lián)連接的。當(dāng)電鍵K斷開時(shí)，電壓表的示數(shù)將________；電流表的示數(shù)將__________(選填“增大”、“不變”或“減小”)。
分析：本題的難度首先在電路的識(shí)別，我們可以將電流表看作導(dǎo)線，將電壓表拿去，就容易看出這個(gè)電路是“并”聯(lián)電路。電流表是串聯(lián)在小燈L1的支路中的，所以電鍵閉合時(shí)，電流表的示數(shù)從0變到有讀數(shù)，應(yīng)該選填“增大”。電壓表是測量電源電壓，而且不受電鍵控制，所以示數(shù)“不變”。
[變式訓(xùn)練題] 在圖11中，燈泡L1和燈泡L2是______聯(lián)連接的。當(dāng)電鍵K斷開時(shí)，電壓表的示數(shù)將________；電流表的示數(shù)將__________(選填“增大”、“不變”或“減小”)。
圖11 圖12 圖13
三、電路的故障引起電路中電學(xué)物理量的變化及故障原因分析
[例7]在圖12中，當(dāng)電鍵 K閉合后，兩只小燈泡發(fā)光，電壓表示數(shù)為4伏。過了2分鐘，電壓表示數(shù)為0，經(jīng)檢查除小燈泡外其余器材的連接良好，請分析造成這種情況的原因可能有：_____________________。
分析：電壓表示數(shù)為0，其原因有三：1.電壓表沒有接好或電壓表損壞；2.小燈L2短路；3.小燈L1斷路。起先，電壓表有示數(shù)，說明不存在原因1的情況。那么還有兩種情況都是可能的。答案為：小燈L2短路；小燈L1斷路。
[變式訓(xùn)練題] 在如圖13所示的電路中，電源電壓等于6伏，合上電鍵后電壓表示數(shù)為6伏。經(jīng)分析得出，電路中可能發(fā)生的情況是：______________________________。
[例8] 在如圖14所示的電路中，電源電壓不變。閉合電鍵K后，燈L1、L2都發(fā)光。一段時(shí)間后，其中一燈突然熄滅，而電流表、電壓表的示數(shù)都不變，則產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是（ ）
(A)燈L1短路。 (B)燈L2短路。 (C)燈L1斷路。 (D)燈L2斷路。
分析：可以采用排除法。小燈L2短路，會(huì)導(dǎo)致電壓表示數(shù)變小、電流表示數(shù)變大；小燈L2斷路，會(huì)導(dǎo)致電流表示數(shù)變0；小燈L1短路，會(huì)導(dǎo)致兩燈都不亮；一燈熄滅而電表示數(shù)都不變，只有小燈L1發(fā)生斷路時(shí)才有此可能。本題正確答案為C。
[變式訓(xùn)練題] 在圖15所示的電路中,電源電壓不變。閉合電鍵K，電路正常工作。一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)電壓表示數(shù)變大，則 （ ）
(A)燈L可能變亮。(B)燈L亮度可能不變。(C)電阻R可能斷路。(D)電阻R可能短路。
圖14 圖15 圖16
[例9] 在圖16所示的電路中，電源電壓不變。閉合電鍵K后，燈L1、L2都發(fā)光，—段時(shí)間后，其中的一盞燈突然變亮，而電壓表Vl的示數(shù)變小，電壓表V2的示數(shù)變大，則產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是 ( )
(A)燈L1斷路。 (B)燈Ll短路。
(C)燈L2斷路。 (D)燈L2短路。
分析：屬于電路故障分析題。“—段時(shí)間后，其中的一盞燈突然變亮”排除了電路出現(xiàn)斷路的情況，那么，故障現(xiàn)象只有發(fā)生短路了。電壓表V2的示數(shù)變大，是小燈變亮的原因，一定是小燈L2突然變亮；電壓表Vl的示數(shù)變小說明小燈L1發(fā)生了短路。
隨堂練習(xí)：
1.圖17中，A、B、C、D是滑動(dòng)變阻器的四個(gè)接線柱。若將A、C分別與圖中電路的導(dǎo)線頭M、N相連接，閉合電鍵后，當(dāng)滑動(dòng)片P向右移動(dòng)時(shí)，安培表的示數(shù)將______(填“變大”、“不變”或“變小”)；若將D與N相連接，接線柱______與M相連接，則閉合電鍵后，滑動(dòng)片P向左移動(dòng)時(shí)，伏特表的示數(shù)增大。
圖17 圖18 圖19
2.在如圖18所示的電路圖中，當(dāng)電鍵K閉合時(shí) （ ）
(A)整個(gè)電路發(fā)生短路。(B)電流表示數(shù)變小。
(C)電流表示數(shù)不變化。(D)電流表示數(shù)變大。
3.在圖19所示的電路中，當(dāng)電鍵K閉合時(shí)，燈L1、L2均不亮。某同學(xué)用一根導(dǎo)線去查找電路的故障。他將導(dǎo)線先并接在燈L1兩端時(shí)發(fā)現(xiàn)燈L2亮，燈L1不亮，然后并接在燈L2兩端時(shí)發(fā)現(xiàn)兩燈均不亮。由此可以判斷 ( )
(A)燈L1斷路。 (B)燈L1短路。 (C)燈L2斷路。 (D)燈L2短路。
4.如圖20所示，電阻R1的阻值為20歐，R2為40歐，當(dāng)電鍵K斷開時(shí)，電流表A的示數(shù)為0.1安，則電源電壓為______伏。若電鍵K閉合時(shí)，電流表A的示數(shù)為______安。
圖20 圖21 圖22
5.在圖21所示的電路中，電源電壓為6伏。當(dāng)電鍵K閉合時(shí)，只有一只燈泡發(fā)光，且電壓表V的示數(shù)為6伏。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是 ( )
(A)燈L1短路。 (B)燈L2短路。 (C)燈L1斷路。 (D)燈L2斷路。
6.如圖22所示，當(dāng)滑片P向右移動(dòng)時(shí) ( )
(A)電流表A示數(shù)不變，電壓表V示數(shù)不變。
(B)電流表A示數(shù)不變，電壓表V示數(shù)變大。
(C)電流表A示數(shù)變小，電壓表V示數(shù)變大。
(D)電流表A示數(shù)變小，電壓表V示數(shù)不變。
7.如圖23所示，閉合電鍵K，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)時(shí)，電流表A的示數(shù)將________(選填“變小”、“不變”或“變大”)。
圖23 圖24
8.在電路中，發(fā)生了如圖24所示的現(xiàn)象，已知電路中只有一處故障，且除兩個(gè)燈泡外其余部分均完好，現(xiàn)有導(dǎo)線、電壓表、電流表，在不拆開電路的情況下，請?zhí)暨x合適的器材判斷電路的故障，寫出兩種判斷方法，包括所用器材、觀察到的現(xiàn)象和結(jié)論：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
歐姆定律精練
1如圖105所示，電源電壓為36伏特，燈泡L1電阻為10歐姆，閉合電鍵后，通過L2燈泡的電流強(qiáng)度是0.9安培，求干路中的電流強(qiáng)度和電路的總電阻。
2．如圖106所示，已知電阻R1=6歐姆，通過R2的電流強(qiáng)度I2=0.5安培，通過R1和R2的電流強(qiáng)度之比為I1：I2=2：3求R2的阻值和總電壓U。
3．如圖107所示電路，當(dāng)電鍵K閉合后，安培計(jì)的讀數(shù)為2安培，伏特計(jì)的讀數(shù)為6伏特，如果R1=3R2，求電阻R1、R2的值。
4．如圖108所示，電源電壓為15伏特，電阻R1=R2=10歐姆，求下列情況安培表和伏特表的示數(shù)。
(1)當(dāng)K接通時(shí)；(2)當(dāng)K斷開時(shí)。
5．在圖109所示電路中，已知電源電壓為U，電路中的電阻為R1，通過安培表的電流為I1。若想得到通過安培表的電流為3I1，需要和R1并聯(lián)一個(gè)多大的電阻R2？
6．在圖110所示，R1=20歐姆，R2=60歐姆，電源電壓為12伏特。
(1)當(dāng)電鍵K1斷開，電鍵K2與B端接通時(shí)，求R2兩端的電壓。
(2)當(dāng)電鍵K1與C端接通，電鍵K2與A端接通時(shí)，求安培表中通過的電流強(qiáng)度。
7．將2歐姆的電阻和6歐姆的電阻并聯(lián)，如果2歐姆電阻上的電壓為6伏特，那么通過每個(gè)電阻里的電流強(qiáng)度和并聯(lián)部分的總電流強(qiáng)度各是多少？
8．在圖112所示的電路中，電阻R1=4Ω，R2=1Ω，R3為滑動(dòng)變阻器，電源電壓為12伏（電源電壓保持不變）。所用的安培表量程是0~3A，伏特表的量程為0~6V，在實(shí)驗(yàn)過程中，為了使安培表、伏特表都不會(huì)損壞，那么滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻至少多大？
9．在圖113所示的電路中，電阻R1的阻值是5歐姆，干路中的電流強(qiáng)度I是0.5安培，電阻R2兩端的電壓是2伏特。求：
(1)通過R1的電流強(qiáng)度；
(2)通過R2的電流強(qiáng)度；
(3)R2的電阻值。
10．圖44中定電阻R1、R2和滑動(dòng)變阻R串聯(lián)，R1和R2兩端的電壓分別為U1和U2，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片P向右滑動(dòng)過程中［ ］
A. U1變小，U1/U2也變小 B. U1變小，U1/U2不變
C. U1不變，U1/U2變小 D. U1不變,U1/U2也不變
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