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初中三年级物理

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首页 初中三年级物理知识 等效电路 电流的测量，电流表的使用及读数方法 电功率的计算 电功率的计算公式的变形 试题正文
  • 计算题
    小阳同学在科技月制作了一个多挡位电热器模型。为了分析接入电路的电阻对电热器的电功率的影响，他将电表接人电路中，其电路如图所示，电源两端电压不变，R3=30Ω。当开关S闭合，S1、S2断开时，电压表示数为U1，当 S、S1、S2都闭合时，电压表示数为U2，已知U1：U2=3：8；两种状态时，R2消耗的功率最大值P大和最小值P小之比为4：1；R3的最小功率为0.9W。请你帮小阳完成下列问题。
    （1）画出上述两个状态的等效电路图；
    （2）计算电阻R2的阻值；
    （3）计算电源两端的电压；
    （4）计算这个电热器模型中间两个挡位的功率分别是多少；
    （5）计算电流表的最大示数是多少。

    本题信息：2009年北京模拟题物理计算题难度极难 来源:邵平平
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本试题 “小阳同学在科技月制作了一个多挡位电热器模型。为了分析接入电路的电阻对电热器的电功率的影响，他将电表接人电路中，其电路如图所示，电源两端电压不变，R3=...” 主要考查您对

等效电路

电流的测量，电流表的使用及读数方法

电功率的计算

电功率的计算公式的变形

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作用原理
1、先根据实物图中元件的直接位置画出等效电路图，然后再根据这个电路图画出另一个更规范的电路图。如果还看不出来，就再画，最后就会规范出一个标准的电路图。
2、对于不规范的电路图，可利用“移点”或“移线”的方法变为规范的电路图。
注：移点或移线时，只能沿着导线移动，不能“越位”移动（即不能跨越电路元件移动）。

等效思路：
1、元件的等效处理，理想电压表－－开路、理想电流表－－短路；
2、电流流向分析法：从电源一极出法，依次画出电流的分合情况。注意：有分的情况，要画完一路再开始第二路，不要遗漏，一般先画干路，再画支路。
3、等势点分析法：先分析电路中各点电势的高低关系，再依各点电势高低关系依次排列，等电势的点画在一起，再将各元件依次接入相应各点，就能看出电路结构了。
4、弄清结构后，再分析各电表测量的是什么元件的电流或电压。说明：2、3两点往往是结合起来用的。

电路图画法：
1、电势法 (结点法)
(1)把电路中的电势相等的结点标上同样的字母。
(2)把电路中的结点从电源正极出发按电势由高到低排列。
(3)把原电路中的电阻接到相应的结点之间。
(4)把原电路中的电表接入到相应位置。
2、分支法 (切断法)
(1)顺着电流方向逐级分析,如果没有接入电源或电流方向不明可假设电流方向。
(2)每一支路的导体是串联关系。
(3)用切断电路的方法帮助判断,当切断某部分电路,其它电路同时也被断路的与它是串联关系;其它电路是通路的是并联关系。

注意事项：
1.在电路图中导线电阻看作零,其长度可任意伸长和缩短,形状可任意改变。
2.伏特表和安培表看作是理想电表(RV=∞,RA=0).画等效电路时,用导线将安培表短接,将伏特表摘除。
3.有电流流过电阻,就有电势降落;没有电流流过电阻,这两点视为等势点。


电流表及其使用方法，读数方法：（如下表）

 项目

 电流表

实物图
 符号  
 接线柱  有三个接线柱，分别是“－”、“0.6”和“3”，“－”表示负接线柱，“0.6”和“3”是两个正接线柱
 量程及分度值 0~0.6A量程，分度值为0.02A；0~3A量程，分度值是0.1A 
 使用方法 ①电流表必须与被测用电器串联
②要让电流从电流表的正接线柱流入，从负接线柱流出
③所测电流不能超过电流表的量程，若不能估测被测电流的大小，可用试触法来试一下
④绝对不允许不经过用电器直接把电流表接在电源的两极上，这样会烧坏电流表和电源
 读数方法 ① 根据导线连接的接线柱判定电流表使用的是哪个量程
② 根据量程确定所对应的分度值
③ 根据指针位置正确读取电流表的示数，若指针不指在整刻度要适当估读
④ 记录数值时不要忘记写上单位

电流表的分类及特点：
1．分类：电流表是用来测量电流大小的仪表，常用的电流表是磁电式电流表(亦称磁电式表头)，由于测量的需要不同，电流表可分为安培表、毫安表和微安表，

2．特点：电流表的内阻很小，可视为零，接人电路不会影响电路中电流的大小。所以在使用时，不允许把电流表直接接到电源的两极上，这样会造成电流过大，烧坏电流表。

用“试触法”选择电流表的量程：
   在连接电流表之前，为选择合适的量程都要进行试触。试触时主要看指针的偏转情况。
(1)不偏转。一方面可能电流表所在的电路是断路，另一方面也可能是电流表已经损坏。

(2)反偏。即指针向反方向偏转，说明“+”“-” 接线柱接反了，造成通过表中电流的方向相反。这样不但无法读数，还会损坏电流表。

(3)满偏。即指针大幅度地向满刻度偏转，造成满偏的原因：一是待测电路可能发生了短路，电流过大；二是可能所选量程太小。短路和量程太小都会损坏电流表。

(4)偏转太小。偏转太小是由于电流表所选量程太大。一个电流表有0～3A和0～0．6A两个量程，用 0～3A量程时每小格表示0．1A，用0～0．6A量程时，每小格表示0．02A，我们说0～0．6A量程的准确度高些。如果通过电流表的电流是0．04A，用0～3A量程去测就读不准确，而用0—0．6A量程去测就可以读准确。可见换用小量程是为了提高测量的准确度。所以用大量程测而偏角很小时，应该换用小量程。

电功率的计算公式：
1. 定义式：P=W/t

2. 常用公式：P=W/t=UIt/t=UI，即P=UI
并、串联电路的总功率：
1．并联电路的总功率
因为P1=I1U，P2=I2U
P=IU=（I1+I2）U=I1U+I2U，所以P=P1+P2
即并联电路的总功率等于各并联用电器的电功率之和。
并联电路电功率的分配：
因为P1=I1U，P2=I2U，
所以
又因为，所以
即并联电路中，电功率的分配跟电阻成反比。

2. 串联电路的总功率
因为P1=I1U，P2=I2U
P=IU=（I1+I2）U=I1U+I2U，所以P=P1+P2
即串联电路中总功率等于各串联电器的电功率之和。
串联电路电功率的分配：
因为P1=I1U，P2=I2U
所以
又因为，所以

灯泡铭牌问题
  “铭牌问题”是电功率知识与实际生活相结合的热点问题，做这类题目时，首先要读懂用电器的“铭牌”。
如图：灯泡上的铭牌。“PZ”是“普通照明灯泡”中 “普”和“照”的汉语拼音的第一个字母，表示灯泡的型号。另外可知：U额=220V，P额=25W。

例：甲、乙两灯泡分别标有“220V 40W”和 “110V 40W”字样，将它们串联起来接入220V电路中，比较两灯的亮度，则(  )
A．甲灯亮B．乙灯亮 C．一样亮D．无法判断

解析：灯的亮度决定于灯的实际功率，串联时电流相同，根据P=I2R，电阻大的实际功率大，灯更亮一些。根据有。，R乙=，所以，甲灯更亮一些。


公式法计算电功率：
1.
     这是电功率的定义式，此公式适用于各种用电器和电路。
2. P=UI
     这是电功率的决定式，即电功率是由用电器两端的电压和通过它的电流之积来决定的。此公式适用于所有电路，它是“伏安法”测小灯泡电功率的理论依据。该公式表明，用电器的实际功率等于实际电压与实际电流的乘积。常常借助于用电器的铭牌用此公式来计算用电器的额定电流，进而计算用电器的电阻；当然这个公式的最大用处还是用来计算各类用电器实际消耗的电功率或电路的总功率。


解读电功率的计算公式：
     电功率的四个表达式：（1）定义式：P=W/t。（2）反映电学特点的普适式P=UI。与欧姆定律结合后得到的(3)式P=I2R。（4）式P=U2/R。
     电功率是反映电能消耗快慢的物理量，定义为1秒钟内消耗电能的多少，因此，用所消耗的电能除以消耗这些电能所用的时间，就得到定义式P=W/t。 

     经实验研究证明，电功率等于导体两端电压与通过导体电流的乘积，即P=UI。电压和电流是电路中最重要的物理量。有电压才可能有电流。电能是通过电荷有规律的运动转化成其它形式的能量的，电荷有规律的运动就形成电流。没有电流就不会消耗电能，当然也就不会有电能转化为其它形式的能量。所以，P=UI广泛应用于电功率的计算。
    
    与欧姆定律结合得到的（3）式P=I2R、（4）式P=U2/R适用于纯电阻电路。因为，欧姆定律反映的是导体中的电流与导体两端电压和导体电阻之间的关系，是在纯电阻电路中得出的，所以，它只适用于纯电阻电路。如：白炽灯、电阻、电热器等，不适用于含电动机的电路和输变电电路的计算。由于串联电路中电流处处相等，所以在串联电路中，使用（3）式P=I2R分析和计算方便。在并联电路中，各支路两端电压相等，所以用（4）式P=U2/R分析和计算方便。通过对近几年的中考命题分析，除了含电动机电路的电功率计算外，其它全是纯电阻电路。在纯电阻电路中，四个计算公式通用，可根据具体情况选择方便的公式进行运用。

巧用电阻不变求实际功率：
      由用电器铭牌上的U额、P额，求出电阻。即由P= ，解出R=；由于电阻是不变的物理量，当求不同电压的实际功率时，可依据求得。
例1：如图所示，电源电压不变，灯L1标有“6V 3W”字样。当S、S1均闭合时，L1正常发光，的示数是____V。若闭合S、断开S1，的示数是0．3A，则L2的实际功率为__W。

解析：当S、S1均闭合时，L2被短路，此时L1正常发光，所以电压表示数等于6V。当闭合S，断开S1 时，灯L1、L2串联。灯L1电阻。灯L1两端电压，所以灯L2的实际功率。
答案：6  0．72


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