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一个典型的电路  

2013-01-07 04:55:51|  分类: 物理教学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一个典型的电路



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一个典型的电路



一个典型的电路
河南省平顶山市卫东区田选学校 范俊奇

下图所示电路,是电学中一个最基本的典型电路,熟悉它,对于学习串联电路,以及在此电路基础上派生的电路分析与计算问题有着极为重要的作用。

 

一个典型的电路 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

1.电学实验

 

⑴测小灯泡的电阻

 

在测小灯泡电阻实验中,使用的小灯泡上标有“2.5V 0.3A”字样。小磊和小华分别设计了甲、乙两个记录表格。①你认为哪一个表格是正确的? ②请你根据他们的记录,计算小灯泡的电阻。③根据你计算的结果。你认为小灯泡的电阻变化的原因是什么?


实验次数

1

2

3

电阻平均值

U/V

2.5

2

1.5

 

I/A

 

 

 

R/Ω

 

 

 


 


实验次数

1

2

3

U/V

2.5

2

1.5

I/A

 

 

 

R/Ω

 

 

 


 

分析:测小灯泡的电阻实验,旨在通过实验,使我们知道导体的电阻和温度有关。灯泡电阻的变化是温度引起的,不是测量误差的原因,因而,测量中无需用求平均值的办法计算它的电阻,因而,表格甲是正确的。

 

⑵测小灯泡的电功率

 

在测小灯泡的电功率实验中,所用小灯泡上标有“2.5V  0.3A”字样。李明同学设计了如图所示的电路。试回答下列问题。①在闭合开关之前,滑动变阻器的滑片应放在         端(填a或b)。

 

②计算每次电功率的大小。③小灯泡的额定功率是    W 。

 

④你认为小灯泡的电功率由什么决定?

 


实验次数

1

2

3

U/V

3

2.5

2

I/A

 

 

 

P/W

 

 

 

灯泡亮度

 

 

 


 

分析:在连接电路时,滑动变阻器的滑片应放到电阻最大的位置(b端)。小灯泡的功率P=UI。额定电压(2.5V)下的功率才是额定功率。其电功率的大小有它两端电压决定。

 

2.电表读数变化及灯泡亮度变化分析

 

⑴电表读数变化分析

 

在图示电路中,当滑动变阻器滑片向右滑动时,电流表,电压表的读数如何变化?

 

分析:由于电源电压一定,当滑动变阻器滑片向右滑动时,滑动变阻器电阻增大,导致电路中的总电阻增大,因而,电流减小,电流表读数减小。由于串联分压作用,滑动变阻器电阻增大时,其两端电压将随之增大,而总电压不变,因而,灯泡两端电压减小,电压表读数减小。

 

⑵灯泡亮度变化分析

 

在图所示电路中,闭合开关后,要使灯泡的亮度增加,滑动变阻器的滑片应向             端(填a或b)移动。

 

分析:滑动变阻器和电灯串联,灯泡要变亮,它两端电压应增大。因此,电路中的电流要增大,所以,电路中的总电阻要减小。滑动变阻器滑片应向a端移动。   

 

3.电表读数变化范围计算(限定条件的电路计算)

 

题1:在下图所示电路中,电源电压12V不变,R=10Ω,滑动变阻器的电阻0-50Ω.电流表量程0-0.6A,电压表量程0-3V。要使电表的读数不超过其量程,变阻器接入电路的阻值应在什么范围?

 

一个典型的电路 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

分析:电压表测电阻两端的电压,电压表最大读数为3V,此时,电路中的电流是0.3A,不超过电流表的量程。若电流继续增大,则电阻两端电压将超过电压表量程。因此,本题不需要考虑电流表量程,只需关注电压表量程即可。

 

解:当电路中的电阻增大时,电路中的电流减小,电压表读数减小。因此,电流表和电压表变化方向一致。电压表读数最大时,电路中电流为:I=U/R=3V/10Ω=0.3A<0.6A因此,电压表不超过量程时,电流表不会超出量程。电流最大为0.3A时,电路中的总电阻R总=U/I=12V/0.3A=40Ω   变阻器的最小电阻R’=R总-R=40Ω-10Ω=30Ω

 

答:要使电表的读数不超过其量程,变阻器接入电路的阻值应在30Ω-50Ω范围内变化。

 

题2:在下图所示电路中,电源电压12V不变,R=10Ω,滑动变阻器的最大电阻为50Ω。当滑动变阻器的滑片从a向b滑动过程中,试计算电表读数变化范围。

 

一个典型的电路 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

解:当滑动变阻器的滑片在a端时,变阻器电阻最小,此时,电阻两端的电压等于电源电压。电路中的电流为:I=U/R=12V/10Ω=1.2A

 

当滑动变阻器的滑片在b端时,变阻器电阻最大,此时,电路中的总电阻为:R总=R+R’=10Ω+50Ω=60Ω    电路中的电流为:I=U/R总=12V/60Ω=0.2A

 

电压表的读数为:UR =IR=0.2 A×10Ω=2V

 

答:当滑动变阻器的滑片从a向b滑动过程中,电压表的读数变化范围是12V-2V,电流表的读数变化范围是1.2A-0.2A。

 

4.测电阻

 

有电压表、最大阻值为R的滑动变阻器、电源、开关和若干导线,试设计电路,测量未知电阻的大小。说出测量办法,并用测得的物理量和已知电阻表达未知电阻的大小。

 

分析:已知阻值的变阻器可以当作固定电阻,与待测电阻组成串联电路,利用伏阻法测电阻。组成电路如下图所示。

 

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把滑动变阻器滑片调到a端时,读取电压表读数U1。把滑动变阻器滑片调到b端时,读取电压表读数U2。此时,滑动变阻器两端电压为U1- U2。根据串联电路的分压关系得:(U1- U2)/ U2=R/RX

 

所以,未知电阻的大小为:RX = U2 R /(U1- U2)

 

5.实际应用中的电路

 

在实际应用中,许多电路设计与本电路相同。如:汽车油量表,电子秤等。

 

如下图所示,是一种油量表的电路示意图。电源电压不变。Q是浮在油面上的浮子,油量表实质上是一个电流表。①试分析油量表的工作原理。②试说明定值电阻R0的作用。

 

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分析:①当容器中的油增加时,浮子上升,推动杠杆左端上升,右端下降,滑动变阻器连入电路中的电阻减小,总电阻减小。电源电压不变,电路中的电流增大,油量表显示油量增加。反之,则显示油量下降。②滑动变阻器连入电路中的阻值可以从0到最大,如果电路中只有滑动变阻器,当它的电阻为0时,电路就会发生短路,导致电流很大,毁坏电源,或引起其他事故。因此,必须有一个电阻,起到保护电路的作用。Ro的作用就是保护电路的安全性。



 

 

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