1选择题
学校物理兴趣小组在做“连接串联电路和并联电路”的实验,下列关于电路连接和电流测量的说法中,正确的是( )
- A. 串联电路中电流有多条路径,其中一条路径断开,其余用电器仍能工作
- B. 并联电路中,各支路用电器互不影响,家庭中的电灯、电视机、电冰箱等都是并联的
- C. 用电流表测电流时,电流表应与被测用电器并联,这样读数更准确
- D. 并联电路中,干路电流等于各支路电流之差
答案:B
解析:A错误:串联电路中电流只有一条路径,一个用电器断开,整个电路断路,其他用电器也不工作。题目把串、并联特点说反了。
B正确:并联电路中电流有多条路径,各支路互不影响,家用电器之间互不影响正是因为它们是并联的,符合“并联多条路”的特点。
C错误:电流表必须串联在被测电路中;若与用电器并联,会造成短路,烧坏电流表或电源,这是电流表使用中最危险的错误。
D错误:并联电路中干路电流等于各支路电流之和,即 I = I₁ + I₂,不是相减。
故选B。
2选择题
物理兴趣小组在教室里连接了一个由两盏小灯泡 L₁、L₂ 和一个开关 S 组成的电路:闭合开关后,两盏灯同时发光;断开开关,两盏灯同时熄灭;拧下其中一盏灯 L₁,另一盏灯 L₂ 仍然发光。已知电源、开关、导线均完好。下列关于该电路的说法正确的是( )
- A. 两灯串联,因为它们由同一个开关控制
- B. 两灯并联,电流从电源出发有两条路径分别经过 L₁ 和 L₂
- C. 两灯串联,拧下 L₁ 后 L₂ 仍发光说明电路中电流处处相等
- D. 两灯并联,通过 L₁ 和 L₂ 的电流一定相等
答案:B
解析:判断串并联的关键是电流路径的条数,而不是开关的位置。串联电路中用电器依次连接,电流只有一条路径,若其中一个用电器断开,整个电路断路,其他用电器也不工作;并联电路中用电器并列连接,电流有多条路径,各支路互不影响。本题中拧下 L₁ 后 L₂ 仍能发光,说明 L₂ 所在支路独立通电,电流有两条路径,故两灯并联,B 正确。A、C 把「同一开关控制」当作串联的依据,属于串并联分不清的典型错误;即使两灯并联,用一个开关接在干路上也能同时控制两灯。D 中并联电路各支路电流取决于各支路电阻,只有两灯规格相同时电流才相等,说法太绝对。故选B。
3选择题
物理兴趣小组在实验室连接电路时,小明记录了以下几条操作和判断:①电路由电源、用电器、开关和导线四部分组成;②电流的方向规定为正电荷定向移动的方向;③用电流表测量某小灯泡的电流时,应把电流表并联在小灯泡两端;④教室内各盏照明灯工作时互不影响,若其中一盏灯的灯丝烧断,其余灯仍能正常发光,因此教室照明灯之间是并联的。已知信息:实验室所用电流表有两个量程,分别为 0~0.6 A 和 0~3 A。请你判断以上说法中正确的是
答案:B
解析:逐条判断:①电路由电源、用电器、开关和导线四部分组成,正确,这是电路的基本组成。②物理学规定正电荷定向移动的方向为电流方向,正确(金属导体中实际定向移动的是自由电子,方向与规定方向相反,但规定不变)。③电流表必须串联在被测电路中,若并联在灯泡两端会造成短路,把灯泡短接并可能烧坏电流表,故③错误。④教室照明灯一盏损坏其余仍正常工作,说明电流有多条路径、各支路互不影响,属于并联,正确。因此正确的是①②④。易错点:一是把电流表与电压表的接法记混(电流表串联、电压表并联);二是认为并联电路中各用电器也会互相牵连。故选B。
4填空题
小明在实验室练习使用电流表测量并联电路的电流。已知信息:电源为两节干电池串联,小灯泡 L₁ 与 L₂ 并联接在电路中,电流表接在干路上;闭合开关后,电流表指针指在 0.6 A 量程的 0.50 A 刻度处;若将电流表改接到 L₁ 所在支路,测得通过 L₁ 的电流为 0.30 A。
(1)电流表必须______联在被测电路中,测量时应让电流从电流表的______接线柱流入。
(2)通过干路的电流为______A,通过 L₂ 的电流为______A。
(3)若实验中电流表不慎与 L₂ 并联,会造成______(填「电源短路」「L₂ 短路」或「测量结果偏大」)。
答案:(1)串;正(或「+」)
(2)0.50;0.20
(3)L₂ 短路
解答过程:
(1)电流表测电流时必须串联在被测电路中,且电流要从正接线柱流入、从负接线柱流出,否则指针会反向偏转。
(2)电流表接在干路上,示数即干路电流,I = 0.50 A。并联电路中干路电流等于各支路电流之和,即 I = I₁ + I₂,故 I₂ = I − I₁ = 0.50 A − 0.30 A = 0.20 A。
(3)电流表内阻很小,相当于一根导线。若把它与 L₂ 并联,电流会从电流表这条「导线」通过而不经过 L₂,使 L₂ 被短路(L₂ 不发光),此时 L₁ 仍能工作,但干路电流会增大,若电流过大还可能损坏电流表或电源。
解析:本题考查电流表的使用规则与并联电路的电流规律。
第(1)问属于课本基础:电流表要串联在电路中,接线柱要「正进负出」,易错点是把电流表当作电压表那样并联使用,或接线柱接反导致指针反偏。
第(2)问考查并联电路电流特点 I = I₁ + I₂。常见错误有:①误认为并联电路各支路电流相等,直接写 0.30 A;②把干路电流与支路电流的关系记反,用 0.30 A − 0.50 A 得到负值;③读数时把 0.50 A 写成 0.5 A 后又自行改动量程,导致数据错乱。
第(3)问易错是填「电源短路」。电流表与 L₂ 并联时,被短接的只是 L₂ 这一条支路,L₁ 支路仍然接在电源两端,故不构成电源短路;只有当电流表直接接在电源两极(或接在干路上且不经过任何用电器)时才是电源短路。
5解答题
学校科技小组在教室里连接了一个并联电路进行探究:干路上有一只电流表A,两条支路分别为小灯泡L₁和小灯泡L₂,两条支路上各串联一只电流表A₁和A₂,电源为两节干电池串联(电压为3V)。闭合开关后,电流表A₁的示数为0.24A,电流表A₂的示数为0.16A,电流表A的示数为0.40A。
(1)请指出电路中电流表A应连接在什么位置,并说明理由。
(2)该电路中,若小灯泡L₁的灯丝烧断而断路,试判断小灯泡L₂是否还能发光,并说明理由。
(3)根据并联电路的电流规律,计算干路电流,并与电流表A的示数比较,判断该组同学的读数是否合理。
(4)若将小灯泡L₁和L₂改为串联接入同一电源(电压仍为3V),闭合开关后,通过L₁的电流为0.12A,则通过L₂的电流为多少?请说明依据。
答案:(1)电流表A应串联在干路上(即两条支路汇合后的总电路上)。理由:电流表必须串联在被测电路中,测干路电流时应接在干路上。
(2)L₂仍能发光。理由:并联电路中各支路互不影响,电流有多条路径,L₁断路只影响自身所在支路,L₂所在支路仍是通路。
(3)干路电流 I = I₁ + I₂ = 0.24A + 0.16A = 0.40A,与电流表A的示数0.40A一致,说明读数合理。
(4)通过L₂的电流为0.12A。依据:串联电路中电流处处相等,电流只有一条路径。
解析:本题考查电路的组成、串并联电路的特点与电流规律。
(1)易错点:把电流表接在支路上却以为测的是干路电流;或忘记电流表必须串联,误接成并联(会造成短路)。
(2)易错点:误认为并联电路中一个用电器断开,其他也不工作——那是串联电路的特点。记忆口诀:串联一条路,一处断则全断;并联多条路,互不影响。
(3)易错点:把支路电流相减而不是相加,或计算时不带单位。并联电路干路电流等于各支路电流之和:I = I₁ + I₂。
(4)易错点:套用并联规律去做加法,或认为串联时电流会“分配”而变小。串联电路中电流处处相等,I₁ = I₂ = 0.12A。
总结:串联一条路,并联多条路;电流表必须串联在被测电路中,位置接错是本考点最常见失分点。
6解答题
学习小组在实验室做“探究串联电路和并联电路的电流特点”实验,小明设计并连接了如下电路:电源由两节干电池串联组成(电源电压为3V),定值电阻R₁=10Ω与滑动变阻器R₂(最大阻值为20Ω)串联,开关控制整个电路。已知信息:闭合开关前,滑动变阻器的滑片置于阻值最大处;电路中串联接入一只电流表测电路电流。
(1)请指出电流表在电路中的正确接法,并说明如果把电流表误接在R₁两端(即与R₁并联),会造成什么后果?
(2)闭合开关,滑片置于最大阻值处时,求电路中的电流I。
(3)保持开关团合,将滑片向阻值减小的方向移动,使R₂接入电路的阻值变为10Ω,求此时电流表的示数I′,并说明串联电路中各处电流的关系。
答案:(1)电流表应串联在被测电路中,使被测电流从电流表的正接线柱流入、负接线柱流出,且被测电流不得超过电流表的量程。若把电流表并联在R₁两端,由于电流表内阻很小,相当于把R₁短路,R₁不工作,电路中电流会很大,可能烧坏电流表或电源。
(2)滑片在最大阻值处时,R₂=20Ω,串联总电阻 R=R₁+R₂=10Ω+20Ω=30Ω,电路电流 I=U/R=3V÷30Ω=0.1A。
(3)R₂接入阻值为10Ω时,总电阻 R′=10Ω+10Ω=20Ω,电流 I′=U/R′=3V÷20Ω=0.15A。串联电路中电流处处相等,即通过R₁、R₂和电流表的电流都相同,都等于0.15A。
解析:本题考查电流表的使用与串联电路电流、电阻规律。易错点:①电流表必须串联,误接成并联会造成短路,不少同学只答“测不出电流”,忽略短路后果;②串联总电阻是各电阻之和,易误用并联倒数求和公式;③滑片在“最大阻值处”是为了保护电路,计算时须用20Ω而不是0Ω;④串联电路电流处处相等,不是“干路电流等于支路之和”(那是并联规律)。计算时先求总电阻和总电流,再求分压,步骤要清楚。
7解答题
教室里新装了一台电热水壶(额定功率1000W)和一台电暖器(额定功率1500W),它们与教室里的若干盏日光灯(每盏40W,共6盏)接在同一个家庭电路中,家庭电路电压为220V。
(1)电热水壶、电暖器和日光灯是怎样连接在家庭电路中的?请说明这样连接的好处。
(2)当电热水壶和电暖器同时工作、日光灯全部亮起时,求家庭电路干路中的总电流I(结果保留一位小数),并说明此时电流过大的主要原因。
(3)若教室内空气开关允许通过的最大电流为16A,请判断上述用电器能否同时工作,并说明为了用电安全应采取什么措施。
答案:(1)各用电器都是并联连接在家庭电路中的。好处是各用电器两端电压都等于220V,都能正常工作,而且互不影响,其中一个断开或损坏,其他用电器仍能工作。
(2)总功率 P=1000W+1500W+6×40W=2740W。家庭电路电压U=220V,由 I=P/U 得干路电流 I=2740W÷220V≈12.5A。家庭电路电流过大的原因:一是同时使用的用电器总功率过大(由 I=P/U 可知,电压一定时总功率越大,干路电流越大);二是发生短路。本题属于总功率过大导致干路电流过大,可能使导线过热甚至引发火灾。
(3)12.5A<16A,理论上可以同时工作。但为安全起见,应尽量避免多个大功率用电器同时使用,减少总功率;同时不私拉乱接电线、不使导线绝缘层破损造成短路,空气开关(或保险丝)能在电流过大时自动断开电路,起到保护作用。
解析:本题考查家庭电路中电流过大的原因与安全用电。核心公式是 I=P/U:家庭电路电压一定(220V),总功率越大,干路电流越大。易错点:①只答“短路”而漏掉“总功率过大”这一原因;②忘记6盏日光灯的总功率为6×40W=240W,导致总功率算错;③误认为电压升高会导致电流过大,家庭电路电压是恒定的220V;④家用电器并联而非串联,串联会导致互相影响、不能正常工作;⑤第(3)问要结合计算结果12.5A与16A比较,不能凭感觉作答。
8解答题
学校科技节上,同学们设计了一个模拟教室照明的电路:电源电压恒为 6 V,两盏完全相同的小灯泡 L₁、L₂ 并联接在电路中,干路上还串联了一个电流表 A。闭合开关后,电流表 A 的示数为 0.6 A,通过灯泡 L₁ 的电流为 0.35 A。已知信息:并联电路中干路电流等于各支路电流之和,且各支路两端电压相等。求:
(1)通过灯泡 L₂ 的电流;
(2)若把其中一盏灯泡拧下(相当于该支路断开),电流表 A 的示数变为多少?此时另一盏灯泡能否正常发光?
(3)若把两灯改为串联接在同一电源上(不计温度对电阻的影响),电路中的电流为多大?
答案:(1)并联电路中干路电流等于各支路电流之和,即 I = I₁ + I₂,所以通过 L₂ 的电流 I₂ = I - I₁ = 0.6 A - 0.35 A = 0.25 A。
(2)并联电路中各支路互不影响,拧下其中一盏灯只是该支路断开,另一盏灯仍接在 6 V 电源两端,能正常发光;此时干路电流等于剩下的那条支路的电流。由(1)知两灯不完全对称(I₁ = 0.35 A,I₂ = 0.25 A),若拧下 L₂,则电流表示数为 0.35 A;若拧下 L₁,则电流表示数为 0.25 A。故电流表示数为 0.35 A 或 0.25 A,另一盏灯仍能正常发光。
(3)先求两灯电阻:R₁ = U/I₁ = 6 V ÷ 0.35 A ≈ 17.1 Ω,R₂ = U/I₂ = 6 V ÷ 0.25 A = 24 Ω。串联后总电阻 R = R₁ + R₂ ≈ 17.1 Ω + 24 Ω = 41.1 Ω,电路电流 I串 = U/R = 6 V ÷ 41.1 Ω ≈ 0.146 A(约 0.15 A)。
答:(1)0.25 A;(2)0.35 A 或 0.25 A,另一盏灯仍能正常发光;(3)约 0.146 A。
解析:本题考查并联电路电流规律、串并联电路特点及欧姆定律的直接应用,属于课本例题的变形。(1)易错点:把并联电路电流关系误记为「各支路电流相等」,实际上只有各支路电阻相等时电流才相等,本题两支路电流不同(0.35 A 与 0.25 A),必须用 I = I₁ + I₂ 求解。(2)易错点:认为拧下一只灯泡后另一只也会熄灭——这正是串联电路的特点(一个断开全部不工作),而并联电路各支路互不影响,仍能正常发光;同时要注意干路电流只减少被断开支路的那一部分电流。(3)易错点:①忘记先由 R = U/I 求出各灯电阻,直接把并联时的电流相加;②串联后总电阻应为两电阻之和,电流比并联时小得多,可与(1)的结果对比理解「串联一条路,并联多条路」。计算时注意保留适当有效数字。