人教版选修3-1优秀教案：2.4 串联电路和并联电路
2.4 串联电路和并联电路
整体设计
教学目标
(一)知识与技能
1．了解串联和并联电路的连接方式，掌握串、并联电路的电流和电压特点。
2．掌握电阻的串、并联的计算。
3．知道常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表G(表头)改装而成的。
4．了解电流表(表头)的原理，知道什么是满偏电流和满偏电压。
5．理解表头改装成常用电压表和电流表的原理，会求分压电阻和分流电阻的阻值。
(二)过程与方法
知道常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表改装而成的。通过分压电阻和分流电阻阻值的计算，培养学生应用所学物理知识解决实际问题的能力。
(三)情感、态度与价值观
通过本节课的教学活动，要培养学生的应用意识，引导学生关心实际问题，立志于把所学物理知识应用到实际中去。
教学重点
熟练掌握串、并联电路的特点；电阻的串、并联的计算。
教学难点
表头G改装成大量程电压表V和电流表A的原理，并会计算分压电阻和分流电阻。
教学方法
自学指导、讲授法
教学用具
投影片、多媒体辅助教学设备
教学过程
(一)引入新课
教师：在初中我们已经学过有关串联和并联的知识，这节课我们要深入研究串、并联电路中各部分的电流、电压及电阻的关系。
(二)进行新课
1．串联电路和并联电路的电流
教师：(投影)教材图2.4－1和图2.4－2(如图所示)
图2.4－1串联电路
图2.4－2并联电路
引导学生推导出串联电路和并联电路的电流规律。
学生阅读教材，进行推导：
(1)在恒定电流的电路中各处电荷的分布是稳定的，因此，在相等时间内，通过串联电路各部分的电荷量必须相等，故有串联电路各处的电流相等。即I0＝I1＝I2＝I3。
(2)在并联电路中，要保持电路各处电荷量分布稳定不变，相同时间内流过干路0点的电荷量必须等于各支路1、2、3各点的电荷量之和。因此，串联电路的总电流等于各支路电流之和。即I 0＝I 1＋I 2＋I 3。
2．串联电路和并联电路的电压
教师：在图2.41中，用φ0、φ1、φ2、φ3分别表示电路中0、1、2、3各点的电势，用U 01、U 12、U 23、U 03分别表示0与1、1与2、2与3、0与3的电势差。引导学生推导出串联电路和并联电路的电压规律。
学生阅读教材，进行推导：
(1)串联电路两端的总电压等于各部分电路电压之和。即 U 01＋U 12＋U 23＝U 03
(2)并联电路的总电压与各支路电压相等。用U 1、U 2、U 3代表图2.4－2中三个电阻两端的电压，即
U 1＝U 2＝U 3＝U
3．电阻的串联和并联
教师活动：(投影)教材图2.4－3和图2.4－4(如图所示)
图2.4－3 电阻串联后作为一个整体，它相当于一个电阻
图2.4－4 电阻并联后作为一个整体，它相当于一个电阻
引导学生推导出串联电路和并联电路的电阻规律。 学生阅读教材，进行推导：
(1)串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和。即 R ＝R 1＋R 2
对于多个电阻的串联 R ＝R 1＋R 2＋……
(2)并联电路的总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和。即 1R ＝1R 1＋1R 2
对于多个电阻的串联
1R ＝1R 1＋1
R 2
＋…… 思考与讨论：(1)n 个相同的电阻R 0并联，总电阻等于多少？ (2)若干不同的电阻并联，总电阻与其中最小的电阻的大小关系如何？ 4．电压表和电流表
教师：请问：利用表头能够测量的最大电流和最大电压分别是多大？ 常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表G(表头)改装而成的。 (投影)利用多媒体介绍表头的满偏电流Ig 、内阻Rg 和满偏电压Ug 。
(1)满偏电流I g
表头的线圈允许通过的最大电流很小，一般不超过几十微安到几毫安，这个电流值叫表头的满偏电流，用I g表示。
满偏电流I g：表头指针偏转到最大刻度时的电流。
[说明]如果通过表头的电流超过满偏电流I g，不但指针指不出示数，表头还可能被烧坏。
(2)表头的内阻R g
表头的线圈电阻一般为几欧到几百欧，这个电阻值叫做表头的内阻，用R g表示。
内阻R g：表头线圈的电阻叫做表头的内阻。
[说明]每个表头都有它的满偏电流I g和内阻R g，R g和I g是表头的两个重要参数。
教师：同学们能不能根据I g、R g概括出什么叫做满偏电压？
学生：表头通过满偏电流时，加在它两端的电压，这个电压值叫满偏电压，用U g表示。
教师：满偏电流I g、内阻R g、满偏电压Ug三者之间有什么关系？
学生：据部分电路欧姆定律可知：U g＝I g R g
小结：表头G的满偏电压U g和满偏电流I g一般都比较小，测量较大的电压和较大的电流时，需要把小量程的表头G加以改装。
(投影)例1电流表改装成电压表
例1〔见前面教学设计(一)例1〕
例2〔见前面教学设计(一)例2〕
(三)课堂总结、点评
教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来，比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
(四)实例探究
☆表头(G)改装成双量程电流表
例3如图所示，有一个表头G，满偏电流I g＝500 mA，内阻R g＝200 Ω，用它改装为有1 A和10 A两种量程的电流表，求R1、R2的阻值各为多大？
解析：当公共端与1 A端接入电路时，量程为I1＝1 A，当公共端与10 A端接入电路时，量程为I2＝10 A。
当公共端与1 A端接入被测电路时，电阻R1和R2串联，再与表头内阻R g并联。由并
联电路中的电流分配关系可得：R1＋R2＝
I g
I1－I g
R g
代入I g、I、R g的数值得R1＋R2＝200 Ω①
当公共端与10 A端接入被测电路时，电阻R1与表头支路的电阻R g＋R2并联。由并联电路的特点可知：
I g(R g＋R2)＝(I2－I g)R1
代入I g、I2、R g的数值，可得
R2＋200 Ω＝19R1②
由①②解得
R1＝20 Ω，R2＝180 Ω。
[说明]对于I1＝1 A的量程，G是它的表头，对于I2＝10 A的量程，G与R2串联后相当于它的表头。
☆表头(G)改装成双量程电压表
例4如图所示，有一个表头G，满偏电流为I g＝1 mA，内阻R g＝100 Ω，用它改装为有5 V和50 V两种量程的电压表，求R1、R2的阻值各为多大？
答案：4.9 kΩ，49.9 kΩ
解析：当公共端与5 V端接入被测电路时，量程为U1＝5 V，当公共端与50 V端接入被测电路时，量程为U2＝50 V。
由串联电路的电压分配关系可知：
R1＝U1
I g
－R g＝(
5
1×10－3
－100) Ω＝4 900 Ω＝4.9 kΩ
R2＝U2
I g
－R g＝(
50
1×10－3
－100) Ω＝49 900 Ω＝49.9 kΩ。
教学体会
1．本节课要重点讲清楚电流表的两个特性参数满偏电流Ig和表头电阻Rg的含义，以及相对应的电流表两端承受的最大电压值Ug＝IgRg的意义。
2．讲述电表改装时，要抓住问题的症结所在，即表头内线圈允许通过的最大电流是有限制的(满偏电流Ig)，那么要测量较大的电压(或电流)怎么办？通过启发引导，学生能够提出电阻分压(或分流)，然后让学生讨论，推导出有关公式。教材结合具体例题，分别推出了分压电阻公式R＝U R Rg/Ug和分流电阻公式R＝IgRg/I R。
备课资料
电路化简
在高中物理稳恒电流教学中，化简电路是学生应当掌握的基本技能之一。由于电路千变万化，学生如果没有一个简明的思路，在化简复杂电路时，总感到困难，现在介绍几种简单的电路化简的方法。
一、化简原则
1．理想导线可任意长短
2．无电流支路可去掉
3．等电势点可合并
4．摘表：理想电压表可看成断路，理想电流表可看成短路，电流稳定后，电容器可看成断开
5．判断电阻串、并联关系，两个电阻并联后可看成一个整体
6．支路法：假想高低电势点，电流从高电势点流入，从低电势点流出，看经过哪些支路
二、化简方法
1．电流分支法
(1)将各节点用字母标上
(2)判定各支路元件的电流方向
(3)按电流流向，自左向右将各元件、节点、分支逐一画出
(4)将画出的等效图加工整理
A、D接电源时
A、B接电源时
2．等势点排列法
(1)将各节点用字母标上
(2)判定各节点电势的高低
(3)将各节点按电势高低自左向右依次排列，再将各节点之间的支路画出
(4)将画出的等效图加工整理