师:同学们好,欢迎来到物理课堂。今天和大家一起学习第十三章第四节探究串并联电路中的电流,请同学们做好课前准备,自主阅读,明确学习目标和任务。
同学们已经学过使用电流表测量电流时,电流表应和被测电路串联。那同一电路中流入和流出灯泡的电流是否相等呢?按照如图所示的电路图连接电路进行实验。将已调零的两个电流表接入灯泡两端,闭合开关。请仔细观察两个电流表的示数,待示数稳定后读数,发现两个电流表的示数相同,均为0.24安培,这说明同一电路中流入和流出同一灯泡的电流大小是相等的。
那将两个灯泡串联时,电流的大小有怎样的规律呢?把两个规格不同的灯泡串连接入电路中,可以观察到灯泡L1较亮,请猜想此时通过这两个灯泡的电流大小有怎样的关系?把两个规格相同的灯泡串连接入电路中,可以观察到两灯亮度相同,再猜想此时通过这两个灯泡的电流大小又有怎样的关系呢?大家的猜想可能是串联电路中各点的电流大小相等,也可能是串联电路中电流的大小逐渐减小。无论猜想是什么,请说出是根据哪些实验现象做出的猜想。
要验证猜想,就需要测量串联电路中各点的电流大小并进行比较。我们怎样选取测量点呢?可以把串联电路分成三部分,并用不同颜色的笔进行描画:电源和L1之间,L1和L2之间,L2和电源负极之间。在这三部分任意选取三个点,利用电流表测量电流的大小,即可探究得出串联电路中电流的规律。
在实验过程中,为避免实验的偶然性,我们分别选取规格不同的灯泡L1、L2串联,规格相同的灯泡L1、L3串联,规格不同的灯泡L3、L4串联。实验前请仔细阅读电流表的使用方法。串联电路中电流的规律实验器材有干电池、开关、灯泡L1、灯泡L2。从电源正极开始连接,将开关、灯泡L2、灯泡L1依次连接。闭合开关,灯泡发光,测量3点处电流,探究规律。
断开开关,将电流表串连接入a点。闭合开关,a点电流IA等于0.16安;断开开关,将电流表接入b点。闭合开关,IB等于0.16安;断开开关,将电流表接入c点。闭合开关,IC等于0.16安。断开开关,在误差允许范围内,IA等于IB等于IC。
用灯泡L3替换灯泡L2重复实验。闭合开关,将电流表接入c点,IC等于0.19安;断开开关,将电流表接入b点,闭合开关,IB等于0.18安;断开开关,将电流表接入a点,闭合开关,a点电流为0.18安。在误差允许范围内,IA等于IB等于IC。
用灯泡L4替换灯泡L1重复实验。将电流表接入c点,测出c点电流IC等于0.20安;将电流表接入b点,测出b点电流IB等于0.20安;将电流表接入a点,测出IA等于0.21安。在误差范围内,IA等于IB等于IC。经过多次测量得出普适规律,忽略实验误差,通过大量实验数据可知,在串联电路中,无论用电器的规格是否相同,电流处处相等,即I = I1 = I2 = In 。
串联电路中,无论灯泡的亮度相同或不相同,电流的大小却总是相等,这是为什么呢?通过课前实验,我们得出一个结论:同一电路中流入和流出同一灯泡的电流大小是相等的。通过实验结论加以分析,对于灯泡L2来说,流入和流出L2的电流是相等的,即IA = IB;同样,对于灯泡L1来说,流入和流出灯泡L1的电流也是相等的,即IB = IC,由此便可得出IA = IB = IC 。
那并联电路中电流的大小又存在怎样的规律呢?大家的猜想可能是并联电路中干路电流等于各支路电流之和,也可能是并联电路中干路电流大于支路电流。无论猜想是什么,请说出根据哪些实验现象做出的猜想。要验证猜想的真伪,我们需要和串联电路一样选取合适的测量点,测出电流的大小并作比较。
我们同样可以把并联电路分成三部分,并用不同颜色的笔进行描画:干路、灯泡L1所在的支路、灯泡L2所在的支路。分别在这三部分任意选取三个测量点进行实验。为使实验结论具有普遍性,我们选取规格不同的灯泡L1、L2并联,规格相同的灯泡L1、L3并联,规格不同的灯泡L3、L4并联,进行多次实验。在测量前,按照如图所示电路连接并联电路,分析并联电路的连接是否正确。
确定干路和支路。首先找到接有两根导线的接线柱,即分支点a和分支点b。从电源正极出发,经过开关连接分支点a,则AB之间与电源相连的部分为干路,AB之间其余部分为支路。支路一:从分支点a到灯泡L2右侧,经过灯泡L2连接到分支点b;支路二:从分支点a经过灯泡L1及其左侧接线柱连接到分支点b。确定连接无误后,闭合开关调试至灯泡发光。
如图,将电流表接入并联电路,分析电流表的测量对象。找到分支点a和分支点b,a、b之间的干路上有电源和开关。支路一从分支点a经过灯泡L2连接到分支点b;支路二从分支点a经过电流表、灯泡L1连接到分支点b,由分析可知,电流表测量的是灯泡L1的电流,即a点电流。
