‹ 回去

3.2 开关引起的电路变化(L2)

欧姆定律及其应用 · 初三
先确认一下:这一关能不能学
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 通过闭合或断开电路中的开关,改变电路的连通状态,从而引起电流、电压及用电器工作状态发生变化的物理过程。

从哪来 本知识点建立在 6.1 串联电路综合规律(L2-L3)、6.2 并联电路综合规律(L2-L3)、7.1 串并联电流计算 以及 2.1 串联电路电压规律(L2) 和 2.2 并联电路电压规律(L2) 之上。学生需先掌握串并联电路的基本特性,才能理解开关动作如何重构电路拓扑结构。

为什么 开关的本质是控制电路的“通”与“断”。 1. 串联电路中:开关串联在任意位置,断开时整个回路无电流($I=0$),所有用电器停止工作;闭合时,电流处处相等,各用电器分压之和等于电源电压。 2. 并联电路中:干路开关控制所有支路;支路开关只控制该支路。断开某支路开关,该支路断路($I_{branch}=0$),但其他支路两端电压仍等于电源电压(理想电源模型),故其他支路电流不变。 3. 核心逻辑:开关改变的是电路的拓扑结构(节点连接关系),进而改变等效电阻,最终导致总电流和各部分电压/电流重新分配。

【结构拆解法】** **适合学生
逻辑性强、擅长抽象思维、对电路图符号敏感的学生。 操作: 1. 让学生画出开关断开和闭合时的等效电路图。 2. 标记节点(A、B、C...),判断哪些元件被短路,哪些被断路,哪些串联/并联关系发生了改变。 3. 强调“先画后算”,严禁直接在原图上猜测。 4. 例如:一个灯泡与电压表并联,再与另一个灯泡串联。开关与第一个灯泡并联。断开时,两灯串联;闭合时,第一个灯泡被短路,只有第二个灯泡工作。通过画等效图,学生能直观看到“短路”这一拓扑变化。
【水流类比法】** **适合学生
形象思维强、对抽象电路符号感到困难、需要直观感知的学生。 操作: 1. 将电源比作水泵,导线比作水管,开关比作阀门,灯泡比作水轮机。 2. 串联:一条主管道,阀门关闭,整条管道无水流动,所有水轮机停转。 3. 并联:主管道分叉成两条支路。干路阀门控制总水流;支路阀门只控制对应支路。关闭一条支路阀门,另一条支路的水流速度(电流)基本不变(假设水泵压力恒定),因为另一条支路的水管依然畅通且水压未变。 4. 短路:相当于在某个水轮机旁开了一条无阻力旁路,水全部走旁路,水轮机停转,但主管道水流可能变大(电流变大),需注意安全。
【实验观察法】** **适合学生
动手能力强、通过现象反推原理、对理论推导兴趣不高的学生。 操作: 1. 搭建一个包含两个灯泡(L1, L2)、一个电源、两个开关(S1在干路,S2在L2支路)的并联电路。 2. 让学生预测:闭合S1,L1、L2亮;再闭合S2,亮度如何变化? 3. 实际操作:闭合S1,两灯亮;闭合S2,L2亮,L1亮度不变(理想情况下)。 4. 提问:为什么L1亮度不变?引导学生思考:L1两端的电压是否变了?(没变,仍等于电源电压)。 5. 对比串联实验:S1断开,两灯都不亮;S1闭合,两灯都亮。 6. 通过“预测-实验-解释”闭环,建立开关控制范围的直观认知。
看不明白?看一段视频 ▾待生成
练一道
基础题
如图所示,电源电压 $U=6\text{V}$ 保持不变。灯泡 $L_1$ 和 $L_2$ 并联,开关 $S_1$ 在干路,开关 $S_2$ 在 $L_2$ 支路。已知 $L_1$ 的电阻 $R_1=10\Omega$,$L_2$ 的电阻 $R_2=20\Omega$。 (1) 当 $S_1$ 闭合、$S_2$ 断开时,求通过 $L_1$ 的电流 $I_1$。 (2) 当 $S_1$、$S_2$ 都闭合时,求干路电流 $I_{total}$。
变式
如图所示,电源电压 $U$ 保持不变。灯泡 $L_1$ 与定值电阻 $R$ 串联,电压表 $V$ 测 $L_1$ 两端电压。开关 $S$ 与电阻 $R$ 并联。 (1) 当 $S$ 断开时,电压表示数为 $3\text{V}$,电流表示数为 $0.3\text{A}$。求电源电压 $U$ 和电阻 $R$ 的阻值。(已知 $L_1$ 电阻 $R_{L1}=10\Omega$) (2) 当 $S$ 闭合时,求电压表和电流表的示数。
看解答过程
(1) 当 $S_1$ 闭合、$S_2$ 断开时,$L_2$ 支路断路,电路中只有 $L_1$ 工作。 $L_1$ 两端电压等于电源电压:$U_1 = U = 6\text{V}$。 通过 $L_1$ 的电流:$I_1 = \frac{U_1}{R_1} = \frac{6\text{V}}{10\Omega} = 0.6\text{A}$。 (2) 当 $S_1$、$S_2$ 都闭合时,$L_1$ 与 $L_2$ 并联。 并联电路各支路电压相等:$U_1 = U_2 = U = 6\text{V}$。 通过 $L_1$ 的电流不变:$I_1 = 0.6\text{A}$。 通过 $L_2$ 的电流:$I_2 = \frac{U_2}{R_2} = \frac{6\text{V}}{20\Omega} = 0.3\text{A}$。 干路电流:$I_{total} = I_1 + I_2 = 0.6\text{A} + 0.3\text{A} = 0.9\text{A}$。
试试手自己判
检测题
如图所示,电源电压 $U$ 恒定。$R_1$ 与 $R_2$ 串联,电压表 $V_1$ 测 $R_1$ 电压,电压表 $V_2$ 测 $R_2$ 电压。开关 $S$ 与 $R_2$ 并联。 初始状态:$S$ 断开,$V_1$ 示数为 $2\text{V}$,$V_2$ 示数为 $4\text{V}$。 问:当 $S$ 闭合后,$V_1$ 和 $V_2$ 的示数分别是多少?
看答案和判分标准
答案:$V_1$ 示数为 $6\text{V}$,$V_2$ 示数为 $0\text{V}$。
判对标准:
1. 正确识别电路结构:指出 $S$ 闭合后,$R_2$ 被短路。
2. 正确计算电源电压:根据串联分压,$U = U_1 + U_2 = 2\text{V} + 4\text{V} = 6\text{V}$。
3. 正确分析闭合后状态:$R_2$ 短路,电压为0($V_2=0$);$R_1$ 直接接在电源两端,电压等于电源电压($V_1=6\text{V}$)。
4. **若学生回答 $V_1$ 变大、$V_2$ 变小但未给出具体数值,或认为 $V_1$ 不变,均判错。
容易错在哪儿 ▾点开看
这一步没懂?写一句问老师 ›
内容由卡片自动生成 · 有不对的地方告诉老师
这张卡有问题?告诉老师 ›