資料介紹
解1:因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的電壓是12V,電動(dòng)機(jī)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(lián)立,解出I和R的值。
教師:以上兩種錯(cuò)解主要表現(xiàn)為不能正確的理解歐姆定律,在含有電動(dòng)機(jī)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(yīng)從能量的分配和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為其他形式的能,本題中,電阻R是把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,是純電阻;電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。根據(jù)能量守恒定律,電源轉(zhuǎn)化來(lái)的總電能=電源內(nèi)部電阻消耗的能量+外電路用電器消耗的能量,即IE=I(U內(nèi)+U外)=I(UR+r+U動(dòng)),所以,E=UR+r+U動(dòng),UR+r=22-12=10(V)
又因?yàn)閁R+r=I(R+r)=10V=I(R+0.5) (1)
P=18W=I2R (2)
故R=4.5Ω,I=2A。
電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能=電路輸入電動(dòng)機(jī)的電能IU動(dòng)-電動(dòng)機(jī)線圈電阻消耗的能量I2R動(dòng),故P=IU動(dòng)-I2R動(dòng)=20(W)
板書:2.動(dòng)態(tài)電路問題
教師:電路中某個(gè)電阻發(fā)生變化會(huì)對(duì)整個(gè)電路產(chǎn)生影響,而整體的變化又制約著局部。對(duì)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(jìn)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(jiǎn)單地說(shuō),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(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r恒定,R1、R2是定值電阻,R3是滑動(dòng)變阻器。當(dāng)滑動(dòng)頭從a移到b,各個(gè)電表的示數(shù)如何變化?(投影)
學(xué)生思考后,請(qǐng)一個(gè)同學(xué)來(lái)分析。學(xué)生:在滑動(dòng)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(jù)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(shù)變小。又因U=E-Ir,所以路端電壓變大,電壓表V1的示數(shù)變大。又因?yàn)閁R1=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(huì)分析。
教師:因?yàn)镽3變大,電壓表V2也變大,所以R3支路中的電流I3的變化無(wú)法直接用歐姆定律求出。可以用并聯(lián)電路電流分配的特點(diǎn)求解,I3=I1-I2,I1減小,I2增大,所以I3減小。
對(duì)變化電路的討論,一般情況下認(rèn)為電源的E和r在短時(shí)間內(nèi)是不變的,電路中的I和U是狀態(tài)量,將隨外電阻的變化而變化。交替使用歐姆定律和串、并聯(lián)的特點(diǎn)及規(guī)律來(lái)分析電路中的一些量的變化,能夠較快地得到變化的規(guī)律。
例3:如圖3所示的電路,已知電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r恒定,R0是定值電阻,R是滑動(dòng)變阻器,當(dāng)滑動(dòng)頭從a移到b的過程中,電流表的示數(shù)如何變化?(投影)
教師:由本題的電路結(jié)構(gòu)可知,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭放在a、b兩端時(shí),電路中的總電阻最小,R總=R0+r,根據(jù)閉合電路的歐姆定律I=E/(R+r),可知電流有最大值。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭放在中點(diǎn)時(shí),電路中的總電阻最大,R總=R0+r+R/4,電流有最小值。所以,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭從a端滑到b端時(shí),電流表的示數(shù)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(gè)定值電阻R1,b、c之間接入一個(gè)定值電阻R2,則滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭從a移到b的過程中,電流表的示數(shù)如何變化?
思考2.如果電路如圖4所示,滑動(dòng)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(lián)立,解出I和R的值。
教師:以上兩種錯(cuò)解主要表現(xiàn)為不能正確的理解歐姆定律,在含有電動(dòng)機(jī)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(yīng)從能量的分配和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為其他形式的能,本題中,電阻R是把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,是純電阻;電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。根據(jù)能量守恒定律,電源轉(zhuǎn)化來(lái)的總電能=電源內(nèi)部電阻消耗的能量+外電路用電器消耗的能量,即IE=I(U內(nèi)+U外)=I(UR+r+U動(dòng)),所以,E=UR+r+U動(dòng),UR+r=22-12=10(V)
又因?yàn)閁R+r=I(R+r)=10V=I(R+0.5) (1)
P=18W=I2R (2)
故R=4.5Ω,I=2A。
電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能=電路輸入電動(dòng)機(jī)的電能IU動(dòng)-電動(dòng)機(jī)線圈電阻消耗的能量I2R動(dòng),故P=IU動(dòng)-I2R動(dòng)=20(W)
板書:2.動(dòng)態(tài)電路問題
教師:電路中某個(gè)電阻發(fā)生變化會(huì)對(duì)整個(gè)電路產(chǎn)生影響,而整體的變化又制約著局部。對(duì)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(jìn)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(jiǎn)單地說(shuō),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(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r恒定,R1、R2是定值電阻,R3是滑動(dòng)變阻器。當(dāng)滑動(dòng)頭從a移到b,各個(gè)電表的示數(shù)如何變化?(投影)
學(xué)生思考后,請(qǐng)一個(gè)同學(xué)來(lái)分析。學(xué)生:在滑動(dòng)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(jù)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(shù)變小。又因U=E-Ir,所以路端電壓變大,電壓表V1的示數(shù)變大。又因?yàn)閁R1=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(huì)分析。
教師:因?yàn)镽3變大,電壓表V2也變大,所以R3支路中的電流I3的變化無(wú)法直接用歐姆定律求出。可以用并聯(lián)電路電流分配的特點(diǎn)求解,I3=I1-I2,I1減小,I2增大,所以I3減小。
對(duì)變化電路的討論,一般情況下認(rèn)為電源的E和r在短時(shí)間內(nèi)是不變的,電路中的I和U是狀態(tài)量,將隨外電阻的變化而變化。交替使用歐姆定律和串、并聯(lián)的特點(diǎn)及規(guī)律來(lái)分析電路中的一些量的變化,能夠較快地得到變化的規(guī)律。
例3:如圖3所示的電路,已知電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r恒定,R0是定值電阻,R是滑動(dòng)變阻器,當(dāng)滑動(dòng)頭從a移到b的過程中,電流表的示數(shù)如何變化?(投影)
教師:由本題的電路結(jié)構(gòu)可知,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭放在a、b兩端時(shí),電路中的總電阻最小,R總=R0+r,根據(jù)閉合電路的歐姆定律I=E/(R+r),可知電流有最大值。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭放在中點(diǎn)時(shí),電路中的總電阻最大,R總=R0+r+R/4,電流有最小值。所以,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭從a端滑到b端時(shí),電流表的示數(shù)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(gè)定值電阻R1,b、c之間接入一個(gè)定值電阻R2,則滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭從a移到b的過程中,電流表的示數(shù)如何變化?
思考2.如果電路如圖4所示,滑動(dòng)變阻器
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