1、第四講 電學(xué)（教師使用）一、知識(shí)點(diǎn)知 識(shí) 點(diǎn)分 項(xiàng) 細(xì) 目電 量?jī)煞N電荷及它們的相互作用，電量及其單位導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別，常見的導(dǎo)體和絕緣體電 流電流的形成及其方向的規(guī)定，電流的測(cè)量 電流的大小及其單位電 壓電壓及其單位，常見電源的電壓值 電壓的測(cè)量電 路電路的構(gòu)成及各部分的作用，開路、短路及危害，常用 電路元件的符號(hào)串聯(lián)電路和并聯(lián)電路串聯(lián)電路與并聯(lián)電路的連接特點(diǎn) 串聯(lián)電路與并聯(lián)電路的電流、電壓、電阻的特點(diǎn)電 阻電阻的定義及單位，決定導(dǎo)體電阻大小的因素變阻器滑動(dòng)變阻器和電阻箱的構(gòu)造及其在電路中的作用姆定律電流跟電壓及電阻的關(guān)系 用電流表、電壓表測(cè)電阻電阻的串并聯(lián)串聯(lián)、并聯(lián)電路中的等

2、效電阻及計(jì)算二、例題與練習(xí)例1運(yùn)送汽油的汽車，在它的車尾總裝有一根鐵鏈條拖在地上，這是為什么？分析與解答：當(dāng)汽車運(yùn)行的過程中，汽油會(huì)不斷地與油槽的壁摩擦，從而使油槽帶電.而汽車的后輪是絕緣體橡膠，電荷不能通過它傳到地下，會(huì)在油槽里越聚越多，當(dāng)達(dá)到一定程時(shí)就有可能發(fā)出電火花，使極易燃燒的汽油著火燃燒而發(fā)生爆炸事故.在車尾裝一根鐵鏈條拖在地上，油槽里的電荷可通過鐵鏈傳到地下，從而避免產(chǎn)生電火花而引起爆炸事故.練習(xí)1在潮濕的天氣里，做摩擦起電或一些別的靜電實(shí)驗(yàn)時(shí)不容易成功，主是為什么？分析與解答：潮濕的的空氣中含有大量的水蒸氣，潮濕的空氣不再是絕緣體而是導(dǎo)體，靜電實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的正負(fù)電荷會(huì)隨時(shí)通過潮濕的

3、空氣導(dǎo)走，因而靜電實(shí)驗(yàn)不容易成功.例2 如圖所示，（甲）是一單刀雙擲開關(guān)的實(shí)物圖，它的符號(hào)如圖（乙）所示。圖（丙）是單刀雙擲開關(guān)對(duì)電路控制作用的一個(gè)實(shí)例，當(dāng)S與“1”接觸時(shí)，燈泡L1發(fā)光，當(dāng)S與“2”接觸時(shí)，燈泡L2發(fā)光?，F(xiàn)有如下器材：一個(gè)電源（兩極間電壓保持不變，但是電壓數(shù)值未知），一個(gè)電阻箱（用R0表示），一個(gè)待測(cè)電阻（用Rx表示），一個(gè)電壓表（最大量程大于電源兩極間電壓），一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，導(dǎo)線若干。（1）根據(jù)以上所給器材，設(shè)計(jì)一個(gè)能測(cè)量并計(jì)算出待測(cè)電阻Rx的規(guī)范電路圖（連接好后在實(shí)驗(yàn)過程中不能拆卸）。（2）寫出測(cè)量的操作步驟及所測(cè)量的物理量。（3）寫出用測(cè)量量計(jì)算Rx的表達(dá)式 。分析與

4、解答：依據(jù)題意，電壓表要分別測(cè)出電源電壓U，又要測(cè)出Rx兩端電壓Ux，所以電壓表連接在雙擲開關(guān)的中間接點(diǎn)上；再設(shè)想IxI0，Rx跟R0必是串聯(lián)關(guān)系， .答案：（1）電路圖如右圖所示（2）實(shí)驗(yàn)步驟：a、按照左圖連接實(shí)物電路，變阻箱阻值為R0。b、當(dāng)S與“1”接觸時(shí)，讀出電源電壓為U。c、當(dāng)S與“2”接觸時(shí)，讀出Rx兩端電壓為Ux。（3）計(jì)算Rx值： 練習(xí)2 現(xiàn)要測(cè)未知電阻Rx的阻值只有電流表、已知定值電阻R0、電池組導(dǎo)線若干和開關(guān)兩只，而缺少電壓表。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，說明測(cè)量原理，并畫出電路圖。分析與解答：兩種可行的方案例3如圖所示的教板上面有兩個(gè)小燈座，每個(gè)燈座的兩端接在兩個(gè)接線柱上，安裝兩個(gè)完

5、全相同的燈泡，都能發(fā)光.（1）不許用其他任何儀器，怎樣判斷它們是串聯(lián)還是并聯(lián)？（2）如果只給你一個(gè)電壓表和導(dǎo)線若干，怎樣判斷它們是串聯(lián)還中并聯(lián)？分析與解答：（1）根據(jù)串聯(lián)、并聯(lián)電路各自的特點(diǎn)，擰下一只燈泡，若另一只照常亮，則兩燈為并聯(lián)；若另一燈不亮，則兩燈為串聯(lián).（2）在串聯(lián)電路中各用電器兩端電壓之和等于電路總電壓，在并聯(lián)電路中各支路電壓和電路總電壓相等。將電壓表依次接在任意兩個(gè)接線柱上，測(cè)得兩接線柱間的電壓值，若六次測(cè)量值中兩次為零，其余四次測(cè)量值相等，則兩燈并聯(lián)；若一次為零，四次測(cè)量值相等，另一次測(cè)量值是上述四次測(cè)量值的兩倍，則兩燈串聯(lián).練習(xí)3如圖所示為自動(dòng)調(diào)溫電熨斗常見的調(diào)溫指示燈電路之

6、一。接上電源時(shí)，電熨斗底板發(fā)熱，能熨燙。但指示燈不亮。聯(lián)入a b的電壓表，時(shí)而偏轉(zhuǎn)，時(shí)而不偏轉(zhuǎn)。此電路的故障可能是：( ) 指示燈L短路 R斷路燈絲燒斷或燈L處斷路 電壓表未接好分析與解答：例4有如圖所示的電阻分布，求ab兩點(diǎn)間的電阻Rab如果流過4姆電阻的電流為1A。求ab兩點(diǎn)間的電壓：Uab。分析與解答：計(jì)算a、b之間的電阻可從圖右邊開始。第一級(jí)兩個(gè)2電阻沒接通，故A、B兩點(diǎn)間及右部份電阻是4。在第二級(jí)C、D右部為5個(gè)電阻為2222412。再和6電阻并聯(lián)，故C、D間及右部的電阻為。同理：E、F右部電阻REF4。最后一級(jí)是兩個(gè)2和一個(gè)4的電阻串聯(lián)。所以a 、b間電阻為Rab2428。 、如果

7、知道流過4電阻的電流為1A，則流過6電阻的電流由并聯(lián)分流有Icd（12/6）12A Ucd6Icd12V. 同理：求得流過另一6電阻的電流IEF6A。故通過最后一級(jí)2電阻的電流I3A6A9A。故通過最后一級(jí)2電阻的電流I3A6A9A。所以，UabIR總8972(V)練習(xí)4如圖所示，已知R1R2R3RnRn1RmRmlR/2，R40。電源電壓60V，則通過Rn的電流大小是 。 答案：例5在圖中暗箱內(nèi)裝有燈泡、電阻、電池，面板上有ABCD四個(gè)接線柱，為了弄清盒內(nèi)電路連接情況，把電流表正接線柱始終接在A接線柱不動(dòng)，負(fù)接線柱接B，燈不亮，電流表示數(shù)為零；負(fù)接線柱接C時(shí)，燈亮，電流表有示數(shù)；負(fù)接線柱接D

8、時(shí)，燈光減弱，電流表示數(shù)減小。根據(jù)上述情況，畫出盒內(nèi)電路圖。分析與解答：答案見右圖；練習(xí)5在圖中所示盒子中有若干個(gè)阻值都是R的定值電阻和導(dǎo)線連成的電路，盒外有4個(gè)接線柱ABCD，若測(cè)出Rab1.5Rac，Rab3Rbd。Rcd0，試據(jù)此畫出盒內(nèi)電阻的接線圖(要求所用電阻只數(shù)最少)答案見右圖：例6如圖所示，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)時(shí)，各電表的示數(shù)如何變化？分析與解答：由圖可判斷出2與3并聯(lián)后再與1串聯(lián)，屬簡(jiǎn)單的混聯(lián)電路，電壓表1測(cè)1兩端電壓，2測(cè)2（同時(shí)也是3）兩端電壓，電流表1測(cè)干路電流，2測(cè)通過2的電流，3測(cè)通過3的電流推導(dǎo)過程如下：右移3總總（1表）11（1表）2（2表）2（2表）3（

9、3表） 電流表1示數(shù)變小，2示數(shù)變大，3示數(shù)變小；電壓表1示數(shù)變小，2示數(shù)變大練習(xí)6如圖所示，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)，各電表示數(shù)如何變化？分析與解答：由圖可知，2與3串聯(lián)后再與1并聯(lián)，屬于簡(jiǎn)單的混聯(lián)電路電壓表測(cè)電源電壓，其示數(shù)不變，電流表1測(cè)干路電流，2測(cè)通過2、3的電流推導(dǎo)過程如下： 右移3總23總（A1表）2（A2表）電流表1、2示數(shù)均減小；電壓表示數(shù)不變總結(jié)以上兩種類型均屬于由滑動(dòng)變阻器滑片的移動(dòng)所引起的電表示數(shù)變化問題，對(duì)這類問題，盡管千變?nèi)f化，但有規(guī)律可循：電路中總電壓不變。越串聯(lián)，總電阻越大；越并聯(lián)，總電阻越小。原為串聯(lián)或并聯(lián)電路，若其中一個(gè)是定值電阻，而另一個(gè)為可變電阻，則

10、總電阻大小的變化情況與可變電阻大小變化情況一致。例7常用的電壓表和電流表都是由小量程的電流表改裝而成的，已知有一個(gè)電流表，本身電阻R等于1000，允許通過的最大電流為100A，要把它改裝成量程為1A的電流表，怎么辦?如果把它改裝成量程為3V的電壓表，又該怎么辦?分析與解答：為了使電流表能夠測(cè)量幾個(gè)安培甚至更大的電流，可以給它并聯(lián)一個(gè)分流電阻，分掉一部份電流，以免超過電流表的最大電流。計(jì)算如下：設(shè)電流表允許通過的最大電流Im100A0.0001A,在測(cè)量1A的電流時(shí)，分流電阻R0上通過的電流IR00.9999R0ImR R00.1，即并聯(lián)0.1的分流電阻后，就得到量程為1A的電流表。同理，給電流

11、表串聯(lián)一個(gè)分壓電阻分擔(dān)電壓。則電流表兩端電壓10000.0001A0.1V(所允許加的最高電壓。)分壓電阻應(yīng)分擔(dān)3V0.1V2.9V電壓，則分壓電阻值為29K。練習(xí)7兩只讀數(shù)準(zhǔn)確的電流表，、，已知的內(nèi)阻為g，的內(nèi)阻不知道，若除了電源、可變電阻和導(dǎo)線外，不再使用其他電表，如何測(cè)量的內(nèi)阻r？請(qǐng)說出要測(cè)量哪些量？畫出電路圖并寫出計(jì)算式。分析與解答：將、并聯(lián)接入電路，如圖。讀出、，由1rI2Rg。得：練習(xí)8為了確保汽車進(jìn)出一廠門的安全，在廠外側(cè)安裝了額定電壓都是220V的紅綠交通指示燈，且公路東、西方向均能看到。要求：開關(guān)中的觸片P與A接觸時(shí)，公路上的綠燈和正對(duì)廠門的紅燈同時(shí)正常發(fā)光；當(dāng)開關(guān)中的觸片P

12、和B連通時(shí)，公路上的紅燈和正對(duì)廠門的綠燈同時(shí)正常發(fā)光。請(qǐng)?jiān)趫D中畫出電路連接圖。例9有一種家用小型彩燈串，由44只小燈泡串聯(lián)而成接在220V的電源上。每個(gè)小燈泡兩端的電壓為多少?人接觸任意一個(gè)小燈泡是否都安全，為什么?使用中由于某一小燈泡被燒壞而使全部小燈都熄滅了，因?yàn)椴薀羯贤坑蓄伾?，致使無法看清是哪一只小燈泡的燈絲被燒斷?，F(xiàn)給你一只電壓表，你如何查找故障所在?若手頭只有一只相同規(guī)格的小燈泡，又應(yīng)如何查找故障所在?分析與解答：（1）據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)，則有：（U0為各盞燈的電壓）（2）對(duì)于人體的安全電壓U安全36V，設(shè)人體接觸第n盞燈分得電壓為：UUU安全22036184(V) nU/U018

13、4/537盞人可接觸的燈數(shù)為n”nn44377盞。即人體可接觸第3844盞燈是安全的。（3）方法一：用電壓表逐一測(cè)每個(gè)小燈泡兩端的電壓，當(dāng)電壓表示數(shù)為220V時(shí)，表明此時(shí)電壓表所測(cè)的燈泡已燒壞。方法二：將電壓表的一條線接在電源線上。另一條線依次接觸燈泡的各接線點(diǎn)。當(dāng)電壓表示數(shù)由0到220V（或220V到0）發(fā)生突變時(shí)，則電壓表接線前后觸及的兩點(diǎn)之間的小燈泡為燒斷的那只。若只有一只相同的小燈泡時(shí)，可接通電源，將這一只燈泡依次與電路中的各小燈泡并聯(lián)，當(dāng)這彩燈串發(fā)光時(shí)，說明此時(shí)被并聯(lián)的燈泡便是斷絲的燈泡。練習(xí)9甲乙兩處距離為L(zhǎng)千米，其間鋪設(shè)有通訊線路，每1m長(zhǎng)的電線電阻為r，乙處終端接有負(fù)載電阻，如

14、果線路中途某兩條導(dǎo)線的絕緣層損壞而短路，為了找出損壞位置，給你一臺(tái)電壓為U(約幾十伏特)的直流穩(wěn)壓電源和一個(gè)量程合適的電流表，你能找出線路在離甲處始端多少千米處損壞?說出你的辦法，并求出損壞處的接觸電阻。分析與解答：（1）將甲處始端斷開，乙處終端亦將負(fù)載電阻撤除，并在終端處接上直流穩(wěn)壓電源（輸出電壓為U伏特），將電流表串聯(lián)在電路中測(cè)得電流強(qiáng)度為I，設(shè)通迅線路損壞處的接觸電阻為R，L為損壞處離甲處始終的距離（如圖1）則有： （2）終端（乙處）斷開，在甲處始端接上直流穩(wěn)壓電源（輸出電壓為U伏特），將電流表串聯(lián)在電路中測(cè)得電流強(qiáng)度為I2（如圖）則有UI2（2LrR） 解和可得： 例10如圖所示為自動(dòng)

15、測(cè)定油面高度的裝置原理圖，其中R為滑動(dòng)變阻器，Ro為校準(zhǔn)電阻，A為油量表(實(shí)際上是一只量程為006A的電流表)。如果電源電壓120V，當(dāng)油箱內(nèi)油面高度在最高或最低位置時(shí)，滑動(dòng)變阻器的滑片P恰好能分別滑至兩端，且油箱內(nèi)油面達(dá)到最低位置時(shí)，電流表的示數(shù)為01A。求：(1)校準(zhǔn)電阻R。的阻值應(yīng)為多大? (2)滑動(dòng)變阻器的阻值變化范圍多大?(3)若油箱內(nèi)油面最高為120m，最低為020m，應(yīng)在電流表上何處刻上最大及最小油量值?若油箱的橫截面積為20m2，這兩個(gè)油量值分別是多少?(4)當(dāng)油箱內(nèi)油量值為14m3時(shí)，滑動(dòng)變阻器的滑片P恰在中點(diǎn)，則這一油量值應(yīng)對(duì)應(yīng)電流表刻度的何處?分析與解答：（1）（2） 所

16、以則滑動(dòng)變阻器的阻值變化范圍為01000（3）油箱內(nèi)油面最高處應(yīng)對(duì)應(yīng)電流表的0.6A，最低處應(yīng)對(duì)應(yīng)電流表的0.1A。因?yàn)橛拖涞臋M截面積為2.0m2，所以最大油量值為1.2m2m22.4m3 (4)因?yàn)榛琍在中點(diǎn)，所以R中500，此時(shí)電流。即在0.17A處刻上1.4m3練習(xí)10電飯鍋的原理如圖所示，煮飯時(shí)開關(guān)S是閉合時(shí)。紅色指示燈亮，飯熟后(當(dāng)時(shí)的溫度大約為103)保溫時(shí)開關(guān)S自動(dòng)斷開，黃燈亮。電阻R1作用是保護(hù)紅色指示燈不致因電流過大而燒毀，與電飯鍋發(fā)熱板的等效電阻相比。二者的大小應(yīng)有什么關(guān)系?為什么?通常情況下，用這種電飯鍋燒水時(shí)它的自動(dòng)斷電功能不起作用，這是為什么? 分析與解答：R1應(yīng)在

17、遠(yuǎn)大于發(fā)熱板的等效電阻 因?yàn)镽1與紅燈只起指示作用。消耗的電功率遠(yuǎn)小于發(fā)熱板的功率。兩者又是并聯(lián)接入電路。電壓相同。所以R1應(yīng)該遠(yuǎn)大于發(fā)熱板的等效電阻。 水的沸騰溫度為100，燒水時(shí)，水溫不會(huì)達(dá)到103。所以自動(dòng)斷電功能不起作用。例11用粗細(xì)均勻的同種電阻絲制成三個(gè)相同的圓圈，并焊接成如圖所示的球形框架，用伏安法測(cè)出球形框架在A、B兩點(diǎn)間的總電阻為R，其中AB這一段電阻絲的電阻為R。，若用同AB等長(zhǎng)，但粗于AB三倍的同種電阻絲將AB替換下來，求替換后的球形框架的總電阻R分析與解答：把球形框架中除AB電阻絲以外的部分用一個(gè)電阻來代替，即等效電阻R0，這一部份跟AB電阻絲是并聯(lián)連接，所以AB間總電

18、阻R跟R0，R0的關(guān)系是： 將AB電阻絲換成粗于AB三倍的同種電阻絲，設(shè)電阻絲的電阻值應(yīng)為，除此之外，球形框架的其客觀存在部分電阻值應(yīng)不變，仍為R0，那么R0跟R0/3并聯(lián)，此時(shí)AB間總電阻R應(yīng)有關(guān)系如下： 、聯(lián)立解得例12圖8為一種摩托車轉(zhuǎn)向燈的電路原理圖。其中“RJ開關(guān)”為由繼電器控制的開關(guān)，可以使電路間歇地通斷，D為指示燈。當(dāng)S撥至1位置時(shí)，RD1、pD2前后兩個(gè)右轉(zhuǎn)向燈發(fā)光，向外界發(fā)出右轉(zhuǎn)信號(hào)，同時(shí)D燈閃亮，向駕駛員顯示轉(zhuǎn)向燈工作正常。左轉(zhuǎn)時(shí)道理與右轉(zhuǎn)一樣。若四只轉(zhuǎn)向燈都用“6V、10W”的燈泡，D用“6V、1.5W”的燈泡，電源兩端電壓為6V。試通過計(jì)算說明，為什么把S撥至l、2中的任何位置時(shí)D燈都會(huì)發(fā)光，而左、右轉(zhuǎn)向燈不同時(shí)發(fā)光。因?yàn)闊鬌的規(guī)格是“6V、1.5W”，所以燈D的電阻為RD=U2/PD=24W轉(zhuǎn)向燈的規(guī)格都是6V、10W”，所以轉(zhuǎn)向燈的電阻均為RU