初高中物理衔接：电学知识点总结分类解析.docx

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电源内阻、电表改装、导线电阻等初高中衔接电学知识点具有现实意义,有利于同学们升入高一级学校继续学习,这种类型的题目特点是先给一段初中物理没学到的信息,然后要求根据题意去解题。
求解初高中衔接电学知识的思路
类型一 电源和电表的内阻
例1 干电池是我们实验时经常使用的电源,它除了有稳定的电压外,本身也具有一定的电阻。可以把一个实际的电源看成一个理想的电源(即电阻为零)和一个电阻串联组成,如图甲所示。用如图乙所示的电路可以测量出一个实际电源的电阻值。图中R=14Ω,开关S闭合时,电流表的读数I=,已知电源电压U=,求电源的电阻r。
[解析]根据题意,可构建如下等效电路图:
然后依据欧姆定律和串联电路的电阻特点求解电源的电阻r。R总===15Ω,r=R总-R=15Ω-14Ω=1Ω。
变式题 实验室有一种小量程的电流表叫毫安表,用符号mA表示,在进行某些测量时,其电阻不可忽略。在电路中,我们可以把毫安表看成一个定值电阻,通过它的电流可以从表盘上读出。利用如图所示电路可以测量一个毫安表的电阻,电源的电阻不计,R1=140Ω,R2=60Ω。当开关S1闭合、S2断开时,毫安表的读数为6mA;当S1、S2均闭合时,毫安表的读数为8mA。求毫安表的电阻RA和电源的电压U。
[解析]这是一个由开关的断开和闭合导致的变化电路,运用等效法可构建如下电路图:
抓住电源中的电源电压不变,依据欧姆定律得到一个二元一次方程组进行求解。
当S1闭合、S2断开时,等效电路如图甲所示,U=I1(R1+R2+RA);
当S1、S2均闭合时,等效电路如图乙所示,U=I2(R1+RA);
故I1(R1+R2+RA)=I2(R1+RA),
代入数据得:6×10-3×(140+60+RA)=8×10-3×(140+RA),
解得:RA=40Ω,U=。
类型二 远距离输电问题中的导线电阻
例2 某建筑工地从相距1km处的220V电源线上引来两根相同的导线作为乙地照明用电源,当接入一盏标有“220V 100W”的白炽灯时,发现灯的亮度较暗,用万用表测得此时灯泡两端的实际电压为198V。试求:
(1)灯泡发光的实际功率。
(2)1km长导线的电阻值(结果保留一位小数)。
[解析]解决导线电阻问题(电阻大小不可忽略)的关键是构建如下的等效电路图:
具体到此题,用电设备即为自炽灯,根据串联电路特点和欧姆定律即可求解。
(1)自炽灯泡的电阻:RL===484Ω;自炽灯泡的实际功率:P实===81W;
(2)由题意可知,灯泡与输电线组成串联电路,U线=U-U实=220V-198V=22V,根据分压关系可知:=,解得:R线≈,则1km长导线的电阻为R0=R线=。
类型三 电表改装
例3实验室用的电流表都是由小量程的电流表G(称为表头)改装而成的。表头G也是一个电阻,与其他电阻不同的是,通过表头的电流可以从刻度盘上读出来。有一个电流表G(如图甲所示),其电阻Rg=10Ω,最大刻度值Ig=1mA。
(1)当该电流表的指针指在最大刻度时,其两端的电压为多大?
(2)如图乙所示,将G与一个定值电阻R并联,则MN之间的部分(虚线框内)就相当于一个大量程的电流表A(如图丙所示)。若通过G的电流Ig=1mA时,通过A的电流I=,那么电流表A的量程就是0~,求满足此条件的电阻R的大小。
(3)我们知道,一般情况下电流表的电阻是可以忽略的,通过本题的计算,谈谈可以忽略的原因。
[解析]根据题意,可构建如下等效电路图:
然后依据并联电路的特点和欧姆定律即可求解。
(1)U=IgRg=×10Ω=。
(2)R==≈。
(3)由(1)(2)问的计算可知,与G并联的电阻R很小,而并联后的总电阻小于每一个并联的电阻,故改装后的电流表A的电阻很小,可以忽略
【归纳小结】并联分流与电流表改装:
串联分压与电压表改装:
类型四 混联电路
例4在初中物理学习过程中,曾经学过一种方法——“等效替代”。如图甲所示,如果用一个电阻R替代两个电阻R1、R2接入电路后,整个电路中各个物理量保持不变,则电阻R就可以等效替代电阻R1、R2并联,电阻R的大小等于电阻R1、R2并联后的总电阻。已知R1=20Ω,R2=30Ω,R3=18Ω,U总=15V。请根据这个思路,当图乙中开关闭合后,求:
(1)电流表的示数。
(2)R3两端的电压。
[解析](1)R1、R2并联后的总电阻R12===12Ω,
R12与R3串联后的总电阻R=R12+R3=12Ω+18Ω=30Ω,
电流表示数I===。
(2)R3两端的电压U3=IR3=×18Ω=9V。
解决混联电路的问题时,首先根据串联或并联电路的知识解决部分电路的问题,然后再将已经解决的该部分电路等效成一个总电阻,与其他部分串联或并联,再根据串联或并联电路知识解决即可。