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2.1 串联电路电压规律(L2)

电压 电阻 欧姆定律 · 初三
先确认一下:这一关能不能学
先会这个
先会这个
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 串联电路中,总电压等于各部分电路两端电压之和,即 $U = U_1 + U_2 + \dots + U_n$。

从哪来 本知识点建立在 3.1 串联电路(L1) 和 4.1 电流的定义与单位(L1) 之上。 * 依据 3.1:明确串联电路只有一条电流路径,各用电器首尾相连。 * 依据 4.1:理解电压是形成电流的原因,是电荷在电场力作用下移动做功的能力体现,为理解电压的“分配”提供物理基础。

为什么 从能量守恒角度解释: 电源提供电能,驱动电荷在电路中移动。在串联电路中,电荷每经过一个用电器,都要克服电阻做功,消耗一部分电能(电势能降低)。 1. 能量守恒:电源提供的总电能(对应总电压 $U$)必须等于电荷在整个回路中消耗的所有电能之和(对应各部分电压 $U_1, U_2...$)。 2. 电势降落:电压本质是电势差。电荷从电源正极出发,经过第一个用电器电势降低 $U_1$,经过第二个降低 $U_2$,回到负极。总的电势降低量(总电压)必然等于各段电势降低量之和。 因此,$U_{总} = U_1 + U_2 + \dots$。

类比法:水管水压模型** **适合学生类型
形象思维强、对抽象物理量(电压)感到困难的学生。 操作: 1. 将电源比作水泵,提供总水压 $U$。 2. 将串联的用电器比作管道中的两个不同阻力的阀门或狭窄段。 3. 水流经过第一个阀门,水压下降 $U_1$;经过第二个阀门,水压再下降 $U_2$。 4. 问学生:水泵提供的总水压,是不是等于水流在两个阀门处损失的水压之和? 5. 结论:总水压 = 各段水压损失之和。同理,总电压 = 各部分电压之和。
实验探究法:数据归纳** **适合学生类型
逻辑性强、喜欢动手操作、相信实证的学生。 操作: 1. 搭建串联电路(两个不同规格小灯泡 $L_1, L_2$)。 2. 让学生用电压表分别测量 $L_1$ 两端电压 $U_1$、$L_2$ 两端电压 $U_2$、电源两端电压 $U$。 3. 记录数据,计算 $U_1 + U_2$ 与 $U$ 的关系。 4. 更换不同规格灯泡,重复实验。 5. 引导学生发现规律:无论灯泡规格如何,$U$ 始终近似等于 $U_1 + U_2$(忽略导线电阻)。
微观机理法:电势降落** **适合学生类型
理科基础扎实、喜欢探究本质、准备竞赛或拔高的学生。 操作: 1. 引入“电势”概念(高度类比)。 2. 画出串联电路的电势分布图:电源正极电势最高,负极最低。 3. 电荷从正极出发,经过 $L_1$,电势从 $V_A$ 降到 $V_B$,差值 $U_1 = V_A - V_B$。 4. 继续经过 $L_2$,电势从 $V_B$ 降到 $V_C$(负极),差值 $U_2 = V_B - V_C$。 5. 总电压 $U = V_A - V_C = (V_A - V_B) + (V_B - V_C) = U_1 + U_2$。 6. 强调这是数学上的恒等式,源于电势的连续性。
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练一道
基础题
在如图所示的串联电路中,电源电压 $U = 6V$。闭合开关后,电压表 $V_1$ 测 $L_1$ 两端电压,示数为 $2.5V$。求 $L_2$ 两端的电压 $U_2$。
变式
在串联电路中,电源电压保持不变。当其中一个灯泡 $L_1$ 的灯丝烧断(开路)时,用电压表分别测量 $L_1$ 两端和 $L_2$ 两端的电压,读数分别是多少?(假设电压表内阻极大,视为断路)
看解答过程
1. 识别电路:$L_1$ 与 $L_2$ 串联。 2. 应用规律:串联电路总电压等于各部分电压之和,即 $U = U_1 + U_2$。 3. 代入数据:已知 $U = 6V$,$U_1 = 2.5V$。 4. 计算:$U_2 = U - U_1 = 6V - 2.5V = 3.5V$。 答:$L_2$ 两端的电压为 $3.5V$。
试试手自己判
检测题
如图所示,电源电压为 $9V$。闭合开关 S,电压表 $V_1$ 示数为 $6V$,电压表 $V_2$ 示数为 $3V$。若将 $V_1$ 和 $V_2$ 的位置互换,其他元件不变,则互换后 $V_1$ 和 $V_2$ 的示数分别为多少?(假设电压表理想,内阻无穷大)
看答案和判分标准
答案:$V_1$ 示数为 $3V$,$V_2$ 示数为 $6V$。
判对标准:
1. 正确识别原电路:原电路中 $V_1$ 测 $L_1$ 电压($6V$),$V_2$ 测 $L_2$ 电压($3V$),符合 $6+3=9V$。
2. 理解互换含义:互换位置后,$V_1$ 并联在 $L_2$ 两端,$V_2$ 并联在 $L_1$ 两端。
3. 关键逻辑:由于电源电压和灯泡电阻不变,$L_1$ 两端电压仍为 $6V$,$L_2$ 两端电压仍为 $3V$。
4. 最终结论:$V_1$ 现在测 $L_2$,故示数为 $3V$;$V_2$ 现在测 $L_1$,故示数为 $6V$。
* *注:若学生回答“示数不变”或“都变成4.5V”等,均判错。
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