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一篇看透初中物理电学:综合问题难点和易错点整理

电学一直是整个初中阶段物理学习的难点和重点,很多同学看到复杂的电学题心里就会不自觉的头脑发懵,不知道要怎么下手,今天小编为大家了整理了电学中综合问题难点和易错点分析,希望能对大家有所帮助~

一、理清“短路”概念

在教材中,只给出了“整体短路”的概念,“导线不经过用电器直接跟电源两极连接的电路,叫短路”。

而在电学综合题中常常会出现局部短路的问题,如果用导线将某个用电器(或某部分电路)首尾相连就形成局部短路。

局部短路仅造成用电器不工作,并不损坏用电器,因此是允许的。因它富于变化成为电学问题中的一个难点。局部短路概念抽象,可用实验突破此难点。

实验原理如图1,当开关S闭合前,两灯均亮(较暗);闭合后,L1不亮,而L2仍发光(较亮)。

电学1.jpg

为帮助大家理解,可将L1比作“有阻”,而开关S的局部短路通道则比作是“无阻”。电流只会“走无阻”而不会去“走有阻”。即L1短路不工作,电流从导线经过。

二、识别串并联电路

识别串、并联有三种方法,电流法;等效电路法;去表法。

⑴电流法:即从电源正极出发,顺着电流的流向看电流的路径是否有分支,如果有,则所分的几个分支之间为并联,(分支前后有两个节点)如果电流的路径只有一条(无分支点),则各元件之间为串联。此方法学生容易接受。

⑵节点法:没经过用电器,导线再长都相当于一个节点,观察每个用电器两端的端点确定它在电路中的位置。图2、图3是对各电阻的连接情况分析。

电学2.png

如上图2各个A点都与电源正极相连,各个B点与电源负极相连,可以简化为图3。在图3中,R1、R2、R3的并联关系也就显而易见了。

⑶去表法:由于电压表的内阻很大,并联在电路中时,通过它的电流很小,可忽略不计。故在电路中去掉电压表,不会影响电路结构,电压表所在之处可视为开路。

而电流表的内阻很小,串联在电路中几乎不影响电路的电流强度,因而,在电路分析中,电流表可以看成一根导线,去掉后改成一根导线即可。

三、串、并联电路中总电阻的变化特点

1.两个电阻无论是串还是并联,其中一个电阻增加,总电阻都增加。

原因:串联时,R=R1+R2,若R1增大,则R增大;

并联时,1/R=1/R1+1/R2,若R1增大1/R1减小,则1/R减小,所以R增大。

2.几个电阻并联起来,总电阻比任何一电阻都小。

并联时1/R=1/R1+1/R2

因为1/R>1/R1,1/R>1/R2

所以R<R1,R<R2

四、欧姆定律的理解

欧姆定律:导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。即I=U/R。

注意点:(1)三个量必须是同一时刻,对同一电阻(或同一段电路)而言的。即一一对应。

(2)注意不变量和变量:在R一定时,I与U成正比。在U一定时,I与R成反比。

(3)变形公式R=U/I的理解:R可以通过U/I的比值求出,但R的大小不是由U/I决定的,R的大小由公式R=ρL/S的因素决定。

例对于欧姆定律公式I=U/R的理解,下列说法中错误的是(D)
A.对某一导体来说,导体中的电流与其两端电压成正比
B.在电压相同的条件下,不同导体中的电流与该导体的电阻成反比
C.导体中的电流与该导体两端的电压及其电阻有关
D.公式R=U/I,表明电阻与电压成正比,与电流成反比

五、R1、R2串、并联在电路中公式

1.串联分压
(1)I=I1=I2
(2)U=U1+U2
(3)R=R1+R2
(4)各量比例关系:串正比

电学3.png

(指各种量之比与电阻之比的关系属于正比,用电流相等推导)
2.并联分流

(1)I=I1+I2

(2)U=U1=U2

(3)1/R=1/R1+1/R2或者R=R1R2/(R1+R2)
(4)各量比例关系:并反比

电学4.png

(指各种量之比与电阻之比的关系属于反比,用电压相等推导)

六、灯泡的的电压和功率

关于灯泡的额定电压、额定功率和实际电压、实际功率的问题。

灯泡铭牌上标的“220V 60W”就是灯泡的额定电压和额定功率。

额定电压(U0)额定功率(P0)

实际电压(U)实际功率(P)

对某用电器而言,额定电压、额定功率只有一个。

对某用电器而言,实际电压、实际功率可有很多个。

当U>U0时,则P>P0;灯很亮,易烧坏。

当U<U0时,则P<P0;灯很暗,

当U=U0时,则P=P0;正常发光。

例1"220V 100W"的灯泡正常工作时的电流是多少?若把这只灯泡接到110V的电源上,灯泡的实际电功率为多少?工作10分钟消耗电能多少?1度电能让它工作多少小时?

电学5.jpg

例2把"6v 3w"与"6v 1w"的电灯串联接入某一电路中,如果让其中一个灯泡正常发光,电路两端的电压应是多少。(灯丝电阻不随温度改变)

电学6.png

解:初学者最易犯的错误是:6v+6v=12V

正确解法:“并联看电压,串联看电流。

串联小电流,关联小电压”

I1=P1/U1=1A R1=U1/I1=6Ω

I2=P2/U2=0.5A R2=U2/I2=12Ω

R=R1+R2=18

U=I小R=0.5A*18Ω=9V

例3灯泡L1上标有“80Ω0.1A”,灯泡L2上标有“20Ω0.2A”。将它们并联接在某电源两端,在不损坏灯泡的情况下,恰使其中的一只小灯泡正常发光。求:

(1)电源电压是多大?

(2)此时干路电流是多大?

电学7.png

解:解题思路,并联看小电压

(1)U1=80*0.1=8V

U2=20*0.2=4V U2<U1

故:U=U2=4V

(2)容易出错:I=I1+I2=0.1+0.2=0.3A(把额定电流和实际电流搞混了)

正解:I=U/R U=4V

R=R1R2/(R1+R2)=80*20/(80+20)=16欧

故I=4/16=0.25A

七、电功和电功率单位问题

有的同学在计算时由于单位不统一,或者不会选择合适的单位,使计算很繁锁还容易出错。

电功的单位有两个,一个是国际单位:焦耳;还有一个大单位:千瓦时(又叫度)

1度=1千瓦时=3.6X106焦耳(6为次方)

电功率的单位也有两个:W,KW 1KW=1000W

W=UIt=I2Rt=U2t/R=Pt

P=W/t=UI=I2R=U2/R(2为平方)

计算时单位要统一:

①都用国际单位P→瓦(w);W→焦(J);t→秒;U→伏(V);I→安(A);R→欧姆(Ώ)

②如果W用千瓦时、t用小时,则P的单位是千瓦。

例1一个“220V 1000W”的电热器,在额定电压下通电15分钟,

(1)产生的热量是多少焦?

(2)若家用电能表上标有“3000r/KWh”的字样,则在这段时间内电能表的转盘转过了多少转?

(3)若这些热量有30%被2.5千克、30℃的水吸收,在1标准大气压下,水温升高到多少℃?[水的比热是4.2×103焦/(千克·℃)](3为立方)

解:(1)Q放=Pt=1000*15*60=900000J

(2)转数n=0.25*3000=750转(注意:电能表上标有“3000r/KWh”的字样,故算转数功的单位应该用KWh)

(3)Q吸=30%*Q放=0.3*900000=270000J

又Q吸=cm(t2-t1)

270000=4.2×103*2.5*(t2-30℃)

t2=55.7℃

八、如何画等效电路图

(1)特点法(根据串并联电路的特点)

(2)电流流向法(电流有分支,被分支的部分是并联,无分支是串联)

(3)节点法(把开关、电流表看成导线,导线无论多长,都相当于一个节点)

(4)含有电表的――“开除电表法”(电流表相当于短路即用导线直接连接电流表两端,电压表相当于断路去掉)

1.识别含有电表电路的小窍门--(打油诗)

两表先“开除”等效看懂图

恢复明职责结果立即出

注意:恢复电流表很容易,看它原来在哪一支路或干路上直接画出,而恢复电压表有点困难,关键看它是直接加在哪个用电器的两端(中间不能是用电器再串有电源),即是测该用电器的电压,电压表直接和它并联。

例1请你画出如图一所示的电路的等效电路图,并说明电流表和电压表的作用。

电学8.jpg

解:(1)两表先开除把电流表当作导线,电压表视为开路。

(2)标出电路图的结点A、B、C、D。

(3)等效看懂图根据电流路径,电流由电源正极出发经过D点和R1来到A点,电流在A点分开两路,一路通过R2到达B点,另一路通过R3到达B点,两路在B点汇合到达电源负极形成回路。画出简单易看的电路图(如图一1)。由此可知R2、R3是并联,然后再与R1串联。

(4)恢复明职责电流表电压表复位。由电路图一可知C、A两点之间用导线连接在一起可看作同一点,电压表的两个接线柱分别连接D点和A点,所以电压表是测量R1两端的电压。电流通过A点分开两路,一路经过电流表后,再经过R3到达B点,所以电流表是测量通过R3的电流强度(如图一2)。

由上面例子,可看出分析电路的重要性。在复习中应特别强调分析电路,画等效电路图的必要性,使学生掌握这个基本技能。并能养成遇到电学问题,先画出电路图。遇到电路图先分析电路的好习惯。

2.分析开关闭合\断开(断路和短路)引起的电路变化(抓住状态,画出等效图)

例2在图所示的电路中,电源两端的电压为6V并保持不变,R1、R2为两个相同阻值的电阻,开关S1闭合后,下列说法中正确的是(A)

电学9.png

A.开关S2断开时,R1两端的电压为3V
B.开关S2断开时,R1两端的电压为6V
C.开关S2闭合时,R1两端的电压为3V
D.开关S2闭合时,R2两端电压为6V

3.滑动变阻器引起的电路变化

例3如下图示,当滑动变阻器滑片向右滑动时各表的示数如何变化?

电学10.png

思路:部分电阻变化--整体电阻变化--整体电流变化--部分电流(电压)变化

例4在如图所示的电路中,当滑片P向左滑动时(D)

电学11.png

A.电压表示数变大,灯变暗
B.电压表示数变大,灯变亮
C.电压表示数减小,灯变暗
D.电流表示数增大,灯变亮(注意分析此题时,以电灯上电压做为电压变化的参照物,因为灯泡的电阻不变)

小结:电路的识别
1.有电表的“等效开除”
2.有开关的注意断开、闭合抓状态
3.有滑动变阻器的看变化
4.关键画好等效电路图

九、有关“电路变化”的分析和计算

变化电路主要是通过开关或滑动变阻器的改变来引起电路变化的。电路中有多个开关,通过开关闭合和断开的状态变化,往往会使各用电器的连接关系发生变化,而滑动变阻器则通过滑片来改变其连入电路的有效电阻,从而使电路中的各电器的电压、电流、电功率等数值发生变化(也有改变电路结构的)。

分析电路变化的方法一般可分为四步:

1.从变化电阻人手。

2.由串并联电路的特点,看电阻的变化情况。

3.一般电源的电压是不变的,由总电压(电源电压)不变,得出总电流的变化情况。

4.根据电路特点以及题意,由欧姆定律来判断部分电路电流,电压,电功率的变化。

1.开关的通、断造成电路的变化

当开关处在不同状态时,由于断路和短路,接入电路中的用电器,及其用电器之间的连接方式一般要发生变化,因此首先要在原电路的基础上画出各种情况下的实际等效电路。画图时注意应用串并联知识、去除电表再还原法、局部短路法等知识的应用。

例1如图5所示

电路中,电源电压保持4伏,L1的电阻为4欧,L2、L3的电阻均为16欧

求:⑴S1、S2都断开时,电流表和电压表的示数。

⑵S1、S2都接通时,整个电路消耗的电功率。

电学12.jpg

例题分析:在题中的当开关处于闭合或断开的两种情况下电路结构发生了变化,可进行电路的改画,见图6。

电学13.png

2.滑动变阻器变化问题

滑动变阻器连入电路中的有效电阻发生变化了,或是引起电路结构的变化,或是引起电路中电压、电流、电功率的变化。有关滑动变阻器的此类型问题,解题关键是:

⑴弄清滑动变阻器原理,滑片滑动时电阻是变大还是变小?

⑵弄清物理量是否变化,一般来说,电源的电压,定值电阻的阻值是不变,其它的物理量都是可变化的;

⑶弄清电压表读数读出的是哪一个电器两端的电压;

⑷反复利用串并联电路中各量的公式以及欧姆定律来求解,注意要一一对应。

例1如图8所示电路中,电源电压不变,当滑动变阻器的滑片向右滑动时,电流表和电压表的示数变化情况是[B]

电学14.png

A、电流表和电压表的示数变大;

B、电流表和电压表的示数变小;

C、电流表示数变小,电压表示数变大;

D、电流表示数变大,电压表示数变小。

例2如图所示当开关S闭合后,滑动变阻器的滑片P在B端时,电压表的示数为9V,电流表的示数为0.15A;滑片在中点C时电压表的示数为6V。

电学15.png

求:(1)滑动变阻器R2的最大阻值;(2)电源的电压和R1的阻值.。(3)电路的最大功率P

解解题思路:利用不变量(如电源的电压、定值电阻)列方程,两个未知数,列两个方程求解。
由题意知R1与R2是串联关系,电流表测总电流,电压表测R2电压。
(1)滑动变阻器的滑片P在B端时,这个时候滑动变阻器连入电路中为最大阻值。
R2最大=U2/I=9v/0.15A=60欧

(2)P在C处:RAC=1/2R2=30欧
R=R1+RAC=R1+30
U=IR=UAC/RAC(R1+30)=6/30(R1+30)①

P在B处:R=R1+RAB=R1+60
U=IR=0.15(R1+60)=0.15(R1+60)②

解①②方程组得:U=18V R1=60欧

(3)由P=U2/R知,U一定,R最小,则P最大,而P在A处时R2最小此时R=R1=60

P最大=U2/R=18×18/60=5.4W

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