資料介紹
解1:因為電動機的電壓是12V,電動機線圈的電阻是1Ω,所以電路中的電流I=U/R線=12/1=1A,電阻R=P/I2=18/I2=18Ω。
解2:I=E/R總=22/(1+R+0.5) (1)
電阻R上消耗的電功率是18W,P=18W=I2R (2)
(1)、(2)式聯立,解出I和R的值。
教師:以上兩種錯解主要表現為不能正確的理解歐姆定律,在含有電動機的非純電阻電路中,亂套公式,不考慮公式的物理意義。本題是非純電阻電路,應從能量的分配和轉化的角度去思考和解答。在電路中,電源的作用是把其他形式的能量轉化為電能,是電路中的總能量。用電器在電路中的作用是把電能轉化為其他形式的能,本題中,電阻R是把電能轉化為內能,是純電阻;電動機是把電能轉化為機械能。根據能量守恒定律,電源轉化來的總電能=電源內部電阻消耗的能量+外電路用電器消耗的能量,即IE=I(U內+U外)=I(UR+r+U動),所以,E=UR+r+U動,UR+r=22-12=10(V)
又因為UR+r=I(R+r)=10V=I(R+0.5) (1)
P=18W=I2R (2)
故R=4.5Ω,I=2A。
電動機輸出的機械能=電路輸入電動機的電能IU動-電動機線圈電阻消耗的能量I2R動,故P=IU動-I2R動=20(W)
板書:2.動態電路問題
教師:電路中某個電阻發生變化會對整個電路產生影響,而整體的變化又制約著局部。對變化電路的一般分析步驟是:從局部某一電阻的變化,確定總電阻的變化,進一步利用閉合電路的歐姆定律確定總電流、路端電壓的變化,再逐步分析局部電流、電壓及電功率的變化。簡單地說,就是從局部到整體再到局部。
例2:如圖2所示電路,已知電源的電動勢E和內電阻r恒定,R1、R2是定值電阻,R3是滑動變阻器。當滑動頭從a移到b,各個電表的示數如何變化?(投影)
學生思考后,請一個同學來分析。學生:在滑動頭從a移到b的過程中,電阻R3從小變到大,外電路的總電阻變大,根據閉合電路的歐姆定律,總電流I將變小,所以電流表A1的示數變小。又因U=E-Ir,所以路端電壓變大,電壓表V1的示數變大。又因為UR1=IR1,則UR1減小,U2=U-UR1,所以U2變大,電壓表V2變大。I3的變化不會分析。
教師:因為R3變大,電壓表V2也變大,所以R3支路中的電流I3的變化無法直接用歐姆定律求出。可以用并聯電路電流分配的特點求解,I3=I1-I2,I1減小,I2增大,所以I3減小。
對變化電路的討論,一般情況下認為電源的E和r在短時間內是不變的,電路中的I和U是狀態量,將隨外電阻的變化而變化。交替使用歐姆定律和串、并聯的特點及規律來分析電路中的一些量的變化,能夠較快地得到變化的規律。
例3:如圖3所示的電路,已知電源的電動勢E和內電阻r恒定,R0是定值電阻,R是滑動變阻器,當滑動頭從a移到b的過程中,電流表的示數如何變化?(投影)
教師:由本題的電路結構可知,當滑動變阻器的滑動頭放在a、b兩端時,電路中的總電阻最小,R總=R0+r,根據閉合電路的歐姆定律I=E/(R+r),可知電流有最大值。當滑動變阻器的滑動頭放在中點時,電路中的總電阻最大,R總=R0+r+R/4,電流有最小值。所以,當滑動變阻器的滑動頭從a端滑到b端時,電流表的示數是先減小后增大。
教師:思考1.若本題電路中的a、c之間接入一個定值電阻R1,b、c之間接入一個定值電阻R2,則滑動變阻器的滑動頭從a移到b的過程中,電流表的示數如何變化?
思考2.如果電路如圖4所示,滑動變阻器
解2:I=E/R總=22/(1+R+0.5) (1)
電阻R上消耗的電功率是18W,P=18W=I2R (2)
(1)、(2)式聯立,解出I和R的值。
教師:以上兩種錯解主要表現為不能正確的理解歐姆定律,在含有電動機的非純電阻電路中,亂套公式,不考慮公式的物理意義。本題是非純電阻電路,應從能量的分配和轉化的角度去思考和解答。在電路中,電源的作用是把其他形式的能量轉化為電能,是電路中的總能量。用電器在電路中的作用是把電能轉化為其他形式的能,本題中,電阻R是把電能轉化為內能,是純電阻;電動機是把電能轉化為機械能。根據能量守恒定律,電源轉化來的總電能=電源內部電阻消耗的能量+外電路用電器消耗的能量,即IE=I(U內+U外)=I(UR+r+U動),所以,E=UR+r+U動,UR+r=22-12=10(V)
又因為UR+r=I(R+r)=10V=I(R+0.5) (1)
P=18W=I2R (2)
故R=4.5Ω,I=2A。
電動機輸出的機械能=電路輸入電動機的電能IU動-電動機線圈電阻消耗的能量I2R動,故P=IU動-I2R動=20(W)
板書:2.動態電路問題
教師:電路中某個電阻發生變化會對整個電路產生影響,而整體的變化又制約著局部。對變化電路的一般分析步驟是:從局部某一電阻的變化,確定總電阻的變化,進一步利用閉合電路的歐姆定律確定總電流、路端電壓的變化,再逐步分析局部電流、電壓及電功率的變化。簡單地說,就是從局部到整體再到局部。
例2:如圖2所示電路,已知電源的電動勢E和內電阻r恒定,R1、R2是定值電阻,R3是滑動變阻器。當滑動頭從a移到b,各個電表的示數如何變化?(投影)
學生思考后,請一個同學來分析。學生:在滑動頭從a移到b的過程中,電阻R3從小變到大,外電路的總電阻變大,根據閉合電路的歐姆定律,總電流I將變小,所以電流表A1的示數變小。又因U=E-Ir,所以路端電壓變大,電壓表V1的示數變大。又因為UR1=IR1,則UR1減小,U2=U-UR1,所以U2變大,電壓表V2變大。I3的變化不會分析。
教師:因為R3變大,電壓表V2也變大,所以R3支路中的電流I3的變化無法直接用歐姆定律求出。可以用并聯電路電流分配的特點求解,I3=I1-I2,I1減小,I2增大,所以I3減小。
對變化電路的討論,一般情況下認為電源的E和r在短時間內是不變的,電路中的I和U是狀態量,將隨外電阻的變化而變化。交替使用歐姆定律和串、并聯的特點及規律來分析電路中的一些量的變化,能夠較快地得到變化的規律。
例3:如圖3所示的電路,已知電源的電動勢E和內電阻r恒定,R0是定值電阻,R是滑動變阻器,當滑動頭從a移到b的過程中,電流表的示數如何變化?(投影)
教師:由本題的電路結構可知,當滑動變阻器的滑動頭放在a、b兩端時,電路中的總電阻最小,R總=R0+r,根據閉合電路的歐姆定律I=E/(R+r),可知電流有最大值。當滑動變阻器的滑動頭放在中點時,電路中的總電阻最大,R總=R0+r+R/4,電流有最小值。所以,當滑動變阻器的滑動頭從a端滑到b端時,電流表的示數是先減小后增大。
教師:思考1.若本題電路中的a、c之間接入一個定值電阻R1,b、c之間接入一個定值電阻R2,則滑動變阻器的滑動頭從a移到b的過程中,電流表的示數如何變化?
思考2.如果電路如圖4所示,滑動變阻器
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