电路动态分析的几个结论及应用
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动态电路分析方法大汇总动态电路分析方法大汇总电路的动态分析,是欧姆定律的具体应用,在历年的高考中经常出现。
此类问题能力要求较高,同学们分析时往往抓不住要领,容易出错。
电路发生动态变化的原因是由于电路中滑动变阻器触头位置的变化,引起电路的电阻发生改变,从而引起电路中各物理量的变化,在此将动态电路的分析方法介绍如下。
一、程序法根据欧姆定律及串、并联电路的性质进行分析。
基本思路是:“部分—整体—部分”,即从阻值变化的部分如手,由串并联电路规律判知R 总的变化情况,再由欧姆定律判知I 总和U 端的变化情况,最后由部分电路的欧姆定律得知个部分物理量的变化情况,一般思路是: 1确定电路的外电阻R 外总如何变化。
2根据闭合电路的欧姆定律E I R r =+总外总确定电路的总电流如何变化。
(利用电动势不变)3由U I r =内内确定电源内电压如何变化。
(利用r 不变)4由U E U =-外内确定电源的外电压如何变化。
5由部分电路的欧姆定律确定干路上某定值电阻两端电压如何变化。
6由部分电路和整体的串并联规律确定支路两端电压如何变化及通过各支路电路如何变化。
二、图像法电路发生动态变化时,其电路图可等效为如图(1)所示,根据闭合电路的欧姆定律得到U E Ir =-,其图像如图(2)中的a ,根据部分电路的欧姆定律可知U IR =,其导体的 U —I 图像如(2)中b ,在电源确定的电路中,由图(2)得,当电阻R 增大时(即图中的角度变大),通过R 的电流减小,R 两端的电压变大,当电阻R 减小时(即图中的角度变小),其电流增大,电压减小。
三、“串反并同”法所谓“串反”,即某一电阻增大(减小)时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都减小(增大)。
所谓“并同”,即某一电阻增大(减小)时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都增大(减小)。
但须注意的前提有两点:1电路中电源内阻不能忽略;2滑动变阻器必须是限流接法。
电路动态变化的常见情况及分析⽅法2019-08-29电路动态分析是电学中⼀类⾮常典型的题型,它能综合考查学⽣对闭合电路欧姆定律的掌握,对电路结构的认识,以及对串、并联电路的基本特点等知识的应⽤,是⼀类考查学⽣分析能⼒、推理能⼒的好题.对不同的动态电路,引发的变化原因不同,但在分析⽅法上都⼤同⼩异.⼀、引起电路动态变化的原因归结起来,引起电路动态变化的原因有如下⼏种情况:1.滑动变阻器滑⽚的位置改变2.电路中开关的闭合、断开、或者换向3.⾮理想电表对电路的测试4.电容器结构的改变5.电路出现故障(断路或短路)6.电路中有传感器等敏感元件⼆、电路动态变化的基本分析⽅法1.程序法(1)基本思路:电路结构的变化,引起某部分电阻R的变化,引起总电阻R总的变化,引起⼲路电流I总的变化,引起路端电压U端的变化,引起固定⽀路上电流和电压的变化.(2)判定总电阻变化情况的规律a.当外电路的任何⼀个电阻增⼤(减⼩)时,电路的总电阻⼀定增⼤(减⼩)b.若开关的通、断使串联的⽤电器增多时,电路的总电阻增⼤;若开关的通、断使并联的⽀路增多时,电路的总电阻减⼩.图1c.如图所⽰分压电路中,滑动变阻器可视为由两段电阻构成,其中⼀段与⽤电器并联,另⼀段与并联部分串联.设滑动变阻器的总电阻为R0,灯炮的电阻为R灯,与灯泡并联的那⼀段电阻为R,则分压器的总电阻为:R总=R0-R+RR灯R+R灯=R0-R2R+R灯=R0-11R+R灯R2.由此可以看出,当R减⼩时,R总增⼤;当R增⼤时,R总减⼩.2.极限法:因变阻器滑⽚滑动引起电路变化的问题,可将变阻器的滑动端分别滑⾄两个极端去讨论,进⽽得出⼀般变化情况的⽅法.3.特殊值法:对于某些双臂环路问题,可以采取代⼊特殊值去判定,从⽽得出⼀般结论.三、例析图2例1如图所⽰,电源电动势E=8V,内阻不为零,电灯A标有“10V,10W”字样,电灯B标有“8V,20W”字样,滑动变阻器的总电阻为6Ω,闭合开关S,当滑动触头P由a端向b端滑动的过程中(不考虑电灯电阻的变化)A.电流表的⽰数⼀直增⼤,电压表的⽰数⼀直减⼩B.电流表的⽰数⼀直减⼩,电压表的⽰数⼀直增⼤C.电流表的⽰数先增⼤后减⼩,电压表的⽰数先减⼩后增⼤D.电流表的⽰数先减⼩后增⼤,电压表的⽰数先增⼤后减⼩解析图⽰电路是滑动变阻器R上部分与灯泡A串联,下部分与灯泡B串联,然后再并联,当P位置改变,导致总电阻变化,从⽽引起电流表、电压表⽰数变化.要知道P由a端向b端滑动过程中,总电阻怎样变化,必须要知道两灯泡的电阻.由P=U2R得:R=U2P,所以,RA=10210Ω,RB=8220Ω=3.2 Ω.⼜知R滑=6Ω,所以P由a端向b端滑动过程中,上⾯⽀路的电阻总⼤于下⾯⽀路的电阻,且相差越来越⼤,故R总减⼩.由此可直接判断出电压表⽰数减⼩,电流表⽰数增⼤.正确答案为A.点评本题属于滑动变阻器滑⽚位置变化⽽引起的电路动态变化,由于是双臂环路问题,故采取了算出具体数值,由极端法讨论的分析⽅法.例2如图所⽰,⼀理想变压器原线圈接⼊交流电源,副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻,开关S是闭合的,V1和V2为理想电压表,读数分别为U1和U2;A1、A2和A3为理想电流表,读数分别为I1、I2和I3.现断开S,U1数值不变,下列推断中正确的是().图3A.U2变⼩,I3变⼩B.U2不变,I3变⼤C.I1变⼩,I2变⼩D.I1变⼤,I2变⼤解析因为U1不变,由U1U2=n1n2可得U2不变,断开S后,副线圈所在电路电阻R变⼤,由I2=U2R可知,电流I2减⼩.由U1I1=U2I2得I1=U2I2U1,故I1减⼩.电阻R3两端电压U3=U2-I2R1,故U3变⼤,I3=U3R2变⼤.综合可得正确答案为B、C.点评本题是由于电路中开关断开,引起电阻变化,导致各部分电阻上的电压和通过的电流变化.由程序法进⾏动态电路分析的问题.图4例3两个定值电阻R1、R2串联后接在输出电压U稳定且等于12 V的直流电源上,有⼈把⼀个内阻不是远⼤于R1、R2的电压表接在R1两端,如图所⽰,电压表的⽰数为8V.如果他把此电压表改接在R2两端,则电压表的⽰数将().A.⼩于4VB.等于4VC.⼤于4V⼩于8VD.等于或⼤于8V解析电压表在电路中有双重⾝份,⼀⽅⾯,它能显⽰⾃⾝两端的电压,另⼀⽅⾯,它⼜有⼀定的电阻.此题中电压表先与R1并联,读数为8V,则R2上分得的电压为4V.⽽当电压表与R2并联时,其并联后的电阻要⽐R2⼩,⽽此时R1的阻值要⽐原先R1与电压表并联的阻值⼤,此时R1分得的电压⼤于8V,R2与电压表并联后分得的电压⼩于4V.正确答案为A.点评⾮理想电表接⼊电路中时,相当于改变了电路结构,从⽽使各部分电压、电流发⽣相应变化.注:本⽂为⽹友上传,不代表本站观点,与本站⽴场⽆关。
闭合电路的动态分析1、总电流I和路端电压U随外电阻R的变化规律:当R增大时,I变小,又据U=E-lr知,U变大。
当R增大到*时,1=0, U = E (断路)。
当R减小时,I变大,又据U=E-lr知,U变小。
当R减小到零时,I=E r , U=0 (短路)2、所谓动态就是电路中某些元件(如滑动变阻器的阻值)的变化,会引起整个电路中各部分相关电学物理量的变化。
3、解决这类问题必须根据欧姆定律及串、并联电路的性质进行分析,同时,还要掌握一定的思维方法,如程序法,直观法,极端法,理想化法和特殊值法等等。
4、基本思路是部分T整体T部分”从阻值变化的部分入手,由欧姆定律和串、并联电路特点判断整个电路的总电阻,干路电流和路端电压的变化情况,然后再深入到部分电路中,确定各部分电路中物理量的变化情况。
特别提醒在电路的动态分析中,要注意闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律及串联分压和并联分流的综合应用。
在分析电灯明暗变化时,可从电流、电压和功率三个量中的任何一个量分析都可确定。
例题在如图所示的电路中,R2、R3、R4皆为定值电阻,R5为可变电阻,电源的电动势为E,内阻为r,设电流表A的读数为I,电压表V的读数为U,当R5的滑动触头向a 端移动时,判定正确的是()A、I变大,U变小B、I变大,U变大C、I变小,U变大D、I变小,U变小[解析]当R5向a端移动时,其电阻变小,整个外电路的电阻也变小,总电阻也变小。
根据闭合电路的欧姆定律I = E知道,回路的总电流|变大,内电压U内=Ir变大,外电R + r压U #=E-U内变小。
所以电压表的读数变小。
外电阻R i及R4两端的电压U=l (R什R4)变大。
R5两端的电压,即R2、R3两端的电压为U' =U外-U变小,通过电流表的电流大小为U'/(R2+R3)变小。
答案:D[规律总结]在某一闭合电路中,如果只有一个电阻变化,这个电阻的变化会引起电路其它部分的电流、 电压、电功率的变化,它们遵循的规则是:(1) 凡与该可变电阻有并关系的用电器,通过它的电流、两端的电压、它所消耗的功率都 是该可变电阻的阻值变化情况相同。
分压电路的动态分析分压电路是高中阶段学生必须掌握的一种电路,对分压电路的动态分析也就显得很重要了,因此有必要进行详细地讨论。
图1所示的是分压电路的电路图,其中滑动变阻器的总阻值为R,设滑片左边的部分电阻为x,则滑片右边的部分电阻为,负载电阻为。
首先,我们讨论外电阻随x的变化而变化的规律。
由串并联电路知识知:上式中括号内是数学中提到的“对勾函数”,令则有:当且仅当时,等号成立,此时有:。
因此:当时,为增函数;当时,为减函数。
函数图象如图2所示。
在我们要讨论的物理问题中,。
因此,y为增函数,为减函数。
我们把这作为一个非常重要的结论。
结论一:当x增大时,分压电路的外电阻将减小。
由闭合电路欧姆定律可知,干路中的电流将增大。
在电路中和x是并联关系,因此它们的电流是按电阻的反比来分配的。
负载上的电流x增大的结果是使上式中的分子I增大,同时使上式中的分母减小,我们将得到结论二:当x增大时,流过负载的电流增大。
由于负载是定值电阻,由、可知:结论三:当x增大时,负载两端的电压增大。
结论四:当x增大时,负载消耗的电功率增大。
另外:由P=EI、可知:结论五:当x增大时,电源提供的电功率和电源内阻上消耗的电功率都将增大。
由和结论一可知:结论六:当x增大时,电源的效率降低。
总之,我们可以说,当x增大时,负载上的电流、电压、电功率都是增大的,电源提供的总功率也增大,但电源的效率下降了。
下面的一道习题作为练习:练习题:电路如图所示,定值电阻、,电源电动势为E=6V,内阻为,滑动变阻器总阻值为,当滑动触头P从最左端向右滑动过程中,则下更判断错误的是()A.电源消耗的功率一直减小B.消耗的功率一直减小C.消耗的功率一直减小D.电源内阻r消耗的功率先减小后增大参考答案:D[参考文献]杜占英河北安国中学《2011-2012学年第一学期期中考试高二物理试题》二零一一年十月底到十一月初。
电学基本规律的应用一电路的动态分析1.解决电路动态变化的基本思路“先总后分”——先判断总电阻和总电流如何变化.“先干后支”——先分析干路部分,再分析支路部分.“先定后变”——先分析定值电阻所在支路,再分析阻值变化的支路.2.电路动态分析的方法(1)程序法:基本思路是“部分→整体→部分”.即(2)极限法:因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题,可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论.(3)串反并同法:“串反”是指某一电阻增大(或减小)时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(或增大).“并同”是指某一电阻增大(或减小)时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(或减小).3.分析含容电路应注意的两点(1)电路稳定后,电容器所在支路电阻无电压降,因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压.在电路稳定后,与电容器串联的电阻阻值变化,不影响电路中其他电表示数和灯泡亮度.(2)电路中的电流、电压变化时,将会引起电容器的充、放电.如果电容器两端电压升高,电容器将充电,电荷量增大;如果电容器两端电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电,电荷量减小.4.电路故障问题的分析方法与技巧(1)故障特点①断路特点:表现为电路中的两点间电压不为零而电流为零,并且这两点与电源的连接部分没有断点.②短路特点:用电器或电阻发生短路,表现为有电流通过电路但其两端电压为零.(2)检查方法①电压表检测:如果电压表示数为零,则说明可能在并联路段之外有断路,或并联路段短路.②欧姆表检测:当测量值很大时,表示该处是断路,当测量值很小或为零时,表示该处是短路.在运用欧姆表检测时,电路一定要切断电源.③电流表检测:当电路中接有电源时,可用电流表测量各部分电路上的电流,通过对电流值的分析,可以确定故障的位置.在运用电流表检测时,要注意电流表的极性和量程.④假设法:将整个电路划分为若干部分,然后逐一假设某部分电路发生某种故障,运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理.阻值变化下的动态分析【例1】.(多选)(2019·上海杨浦区模拟)如图所示的电路中,E为电源电动势,r为电源内阻,R1和R3均为定值电阻,R2为滑动变阻器.当R2的滑片在ab的中点时合上开关S,此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑片向a端移动,则下列说法正确的是()A.电源的总功率减小B.R3消耗的功率增大C.I1增大,I2减小,U增大D.I1减小,I2不变,U减小【答案】AC.【解析】法一:程序法将滑动变阻器的滑片向a端移动,滑动变阻器接入电路中的电阻增大,电路中的总电阻增大,电路中的总电流I减小,电源的总功率P=EI减小,R3消耗的功率P3=I2R3减小,选项A正确,B错误;电路中的总电流减小,由U=E-Ir知电源的路端电压U增大,R1、R2并联部分的总电阻增大,电压增大,通过R1的电流I1增大,而总电流I减小,则通过R2的电流I2减小,选项C正确,D错误.法二:串反并同法将滑动变阻器的滑片向a端移动,滑动变阻器接入电路中的电阻增大,与其串联的电流表A2的示数减小,与其间接串联的电源的总功率、R3消耗的功率均减小,A正确,B错误;与其间接并联的电流表A1、电压表V的示数均增大,C正确,D错误.【变式】(多选)(2019·大连模拟)在如图所示的电路中,电源的负极接地,其电动势为E、内电阻为r,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,、为理想电流表和电压表.在滑动变阻器滑片P自a端向b端滑动的过程中,下列说法中正确的是()A.电压表示数减小B.电流表示数增大C.电阻R2消耗的功率增大D.a点的电势降低【答案】BD【解析】基础解法(程序法):P由a端向b端滑动,其阻值减小,则总电阻减小,总电流增大,电阻R1两端电压增大,电压表示数变大,A错误;电阻R2两端的电压U2=E-I总(R1+r),I总增大,则U2减小,I2=U2R2,I2减小,电流表的示数I A=I总-I2增大,B正确;由P2=I22R2知P2减小,C错误;U ab=φa-φb=φa=U2,故φa降低,D正确.能力解法一(结论法):由于R3减小,R2与R3并联,则U2、I2均减小,而P2=I22R2,知P2减小,C错误;U ab=U2=φa-φb=φa减小,D正确;因为R1间接与R3串联,故I1、U1均增大,故电压表示数增大,A错误;根据I A=I1-I2知I A增大,B正确.能力解法二(极限法):设滑片P滑至b点,则R3=0,φa=φb=0,D正确;R2上电压为零,则功率也为零,C错误;当R3=0时,总电阻最小,总电流最大,R1上电压最大,故A错误;由于I A=I1-I2,此时I1最大,I2=0最小,故I A最大,B正确.电路结构变化下的动态分析【例2】. (2019·安徽“江南”十校联考)如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为R,L1和L2为相同的灯泡,每个灯泡的电阻和定值电阻的阻值均为R,电压表为理想电表,S为单刀双掷开关,当开关由1位置打到2位置时,下列说法中正确的是()A.电压表读数将变小B.L1亮度不变,L2将变暗C.L1将变亮,L2将变暗D.电源内阻的发热功率将变小【答案】A.【解析】开关在位置1时,外电路总电阻R 总=32R ,电压表示数U =32R R +32RE =35E ,同理,每个灯泡两端的电压U 1=U 2=15E ,电源内阻的发热功率为P 热=⎝⎛⎭⎫25E 2R =4E 225R ,开关在位置2时,外电路总电阻R ′总=23R ,电压表示数U ′=23R R +23RE =25E ,灯泡L 1的电压U ′1=15E ,L 2的电压U ′2=25E ,电源内阻的发热功率为P ′热=⎝⎛⎭⎫35E 2R =9E 225R ,综上所述,电压表读数变小,故A 正确;L 1亮度不变,L 2将变亮,故B 、C 错误;电源内阻的发热功率将变大,故D 错误. 含容电路的动态分析【例3】.(2019·石家庄模拟)在如图所示的电路中,电源的负极接地,其电动势为E 、内电阻为r ,R 1、R 2为定值电阻,R 3为滑动变阻器,C 为电容器,A 、V 为理想电流表和电压表.在滑动变阻器滑动头P 自a 端向b 端滑动的过程中,下列说法中正确的是( )A .电压表示数变小B .电流表示数变小C .电容器C 所带电荷量增多D .a 点的电势降低 【答案】D.【解析】在滑动变阻器滑动头P 自a 端向b 端滑动的过程中,变阻器接入电路的电阻减小,外电路总电阻 减小,干路电流I 增大,电阻R 1两端电压增大,则电压表示数变大.电阻R 2两端的电压U 2=E -I (R 1+r ), I 增大,则U 2变小,电容器两板间电压变小,其带电荷量减小.根据外电路中顺着电流方向,电势降低, 可知a 点的电势大于零.a 点的电势等于R 2两端的电压,U 2变小,则a 点的电势降低,通过R 2的电流I 2 减小,通过电流表的电流I A =I -I 2,I 增大,I 2减小,则I A 增大,即电流表示数变大,A 、B 、C 错误,D 正确.【变式】如图所示,电源电动势为E ,内阻为r ,闭合开关S ,不考虑灯丝电阻随温度的变化,电流表、电 压表均为理想电表,当滑动变阻器的滑片由左端向右端滑动时,下列说法正确的是( )A.电流表读数减小,小灯泡L1变暗B.电压表读数变大C.电流表读数增大,小灯泡L2变暗D.电容器所带电荷量增大【答案】B【解析】将滑动变阻器的滑片由左端向右端滑动时,变阻器接入电路的电阻增大,其与小灯泡L1并联的电阻增大,外电路总电阻增大,电流表读数减小,小灯泡L2变暗,路端电压U=E-Ir增大,电压表的读数变大,选项B正确,C错误;小灯泡L1两端的电压U1=E-I(r+R2)增大,通过小灯泡L1的电流变大,小灯泡L1变亮,选项A错误;通过小灯泡L2的电流减小,小灯泡L2两端电压变小,与小灯泡L2并联的电容器两端电压减小,由Q=CU可得电容器所带电荷量减少,选项D错误.电路故障的分析【例4】.(多选)在探究电路故障时,某实验小组设计了如图所示的电路,当开关闭合后,电路中的各用电器正常工作,经过一段时间,发现小灯泡A的亮度变暗,小灯泡B的亮度变亮.则下列对电路故障的分析正确的是()A.可能是定值电阻R1短路B.可能是定值电阻R2断路C.可能是定值电阻R3断路D.可能是定值电阻R4短路【答案】BC【解析】.由于小灯泡A串联于干路中,且故障发生后小灯泡A变暗,可知电路中总电流变小,即电路总电阻变大,由此推知,故障应为某一电阻断路,排除选项A、D;若R2断路,则R1和小灯泡B所在支路的电压增大,而R2的断路又使小灯泡B分配的电压增大,故小灯泡B变亮,选项B对;若R3断路,必引起与之并联的支路(即R1所在支路)中电流增大,小灯泡B分得的电流也变大,小灯泡B变亮,故选项C对.【变式】如图所示的电路中,闭合开关S,灯L1、L2正常发光.由于电路出现故障,突然发现L1变亮,L 变暗,电流表的读数变小,根据分析,发生的故障可能是()A.R1断路B.R2断路C.R3短路D.R4短路【答案】A【解析】等效电路如图所示.若R1断路,总电阻变大,总电流减小,路端电压变大,L1两端电压变大,L1变亮;ab部分电路结构没变,电流仍按原比例分配,总电流减小,通过L2、电流表的电流都减小,故A正确.若R2断路,总电阻变大,总电流减小,ac部分电路结构没变,R1、L1中电流都减小,与题意相矛盾,故B错误.若R3短路或R4短路,总电阻减小,总电流增大,电流表中电流变大,与题意相矛盾,C、D错误,因此正确选项只有A.二对闭合电路欧姆定律的理解和应用在恒流电路中常会涉及两种U-I图线,一种是电源的伏安特性曲线(斜率为负值的直线),另一种是电阻的伏安特性曲线(过原点的直线).求解这类问题时要注意二者的区别.闭合电路欧姆定律的计算【例5】.飞行器在太空飞行,主要靠太阳能电池提供能量.若有一太阳能电池板,测得它的开路电压为800 mV ,短路电流为40 mA.若将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻器连成一闭合电路,则它的路端电压是( ) A .0.10 V B .0.20 V C .0.30 V D .0.40 V 【答案】D【解析】.电源没有接入外电路时,路端电压值等于电源电动势,所以电动势E =800 mV.由闭合电路欧姆定律得短路电流I 短=E r ,所以电源内阻r =E I 短=800×10-340×10-3 Ω=20 Ω,该电源与20 Ω的电阻连成闭合电路时,电路中电流I =E R +r =80020+20mA =20 mA ,所以路端电压U =IR =400 mV =0.4 V ,D 正确.【变式】两个相同的电阻R ,当它们串联后接在电动势为E 的电源上,通过一个电阻的电流为I ;若将它们并联后仍接在该电源上,通过一个电阻的电流仍为I ,则电源的内阻为( ) A .4R B .R C .R2 D .无法计算【答案】B【解析】.当两电阻串联接入电路中时I =E 2R +r,当两电阻并联接入电路中时I =E R 2+r ×12,由以上两式可得:r =R ,故选项B 正确. 电源与电阻U -I 图象的对比 1.利用两种图象解题的基本方法利用电源的U -I 图象和电阻的U -I 图象解题,无论电阻的U -I 图象是线性还是非线性,解决此类问题的基本方法是图解法,即把电源和电阻的U -I 图线画在同一坐标系中,图线的交点坐标的意义是电阻直接接在该电源两端时工作电压和电流,电阻的电压和电流可求,其他的量也可求.2.非线性元件有关问题的求解,关键在于确定其实际电压和电流,确定方法如下: (1)先根据闭合电路欧姆定律,结合实际电路写出元件的电压U 随电流I 的变化关系. (2)在原U -I 图象中,画出U 、I 关系图象. (3)两图象的交点坐标即为元件的实际电流和电压.(4)若遇到两元件串联或并联在电路中,则要结合图形看电压之和或电流之和确定其实际电流或实际电压的大小.【例6】.(多选) 如图所示的U -I 图象中,直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系图线,直线Ⅰ为某一电阻R 的U -I 图线,用该电源直接与电阻R 连接成闭合电路,由图象可知( )A .R 的阻值为1.5 ΩB .电源电动势为3 V ,内阻为0.5 ΩC .电源的输出功率为3.0 WD .电源内部消耗功率为1.5 W 【答案】AD【解析】.由于电源的路端电压与电流的关系图线Ⅰ和电阻R 的U -I 图线Ⅰ都为直线,所以电源的路端电压与电流的关系图线Ⅰ的斜率的绝对值等于电源内阻,r =1.5 Ω;电阻R 的U -I 图线Ⅰ的斜率等于电阻R 的阻值,R =1.5 Ω,选项A 正确,B 错误;电源的路端电压与电流的关系图线和电阻R 的U -I 图线交点纵、横坐标的乘积表示电源的输出功率,电源的输出功率为P =UI =1.5×1.0 W =1.5 W ,选项C 错误;由EI =P +P r 解得电源内部消耗的功率为P r =EI -P =3.0×1.0 W -1.5 W =1.5 W ,选项D 正确.【变式】(2019·南昌模拟)如图所示,图线甲、乙分别为电源和某金属导体的U I 图线,电源的电动势和内阻分别用E 、r 表示,根据所学知识分析下列选项正确的是( )A .E =50 VB .r =253ΩC .当该导体直接与该电源相连时,该导体的电阻为 20 ΩD .当该导体直接与该电源相连时,电路消耗的总功率为80 W 【答案】AC【解析】由图象的物理意义可知电源的电动势E =50 V ,内阻r =ΔU ΔI =50-206-0 Ω=5 Ω,故A 正确,B 错误;该导体与该电源相连时,电阻的电压、电流分别为U =40 V ,I =2 A ,则R =UI =20 Ω,此时,电路消耗的总功率P 总=EI =100 W ,故C 正确,D 错误.三 电功 电功率 电热 热功率1.电功和电热、电功率和热功率的区别与联系2.非纯电阻电路的分析方法(1)抓住两个关键量:确定电动机的电压U M 和电流I M 是解决所有问题的关键.若能求出U M 、I M ,就能确定电动机的电功率P =U M I M ,根据电流I M 和电动机的电阻r 可求出热功率P r =I 2M r ,最后求出输出功率P 出=P -P r .(2)坚持“躲着”求解U M 、I M :首先,对其他纯电阻电路、电源的内电路等,利用欧姆定律进行分析计算,确定相应的电压或电流.然后,利用闭合电路的电压关系、电流关系间接确定非纯电阻电路的工作电压和电流.(3)应用能量守恒定律分析:要善于从能量转化的角度出发,紧紧围绕能量守恒定律,利用“电功=电热+其他能量”寻找等量关系求解.【例7】 (多选)(2019·安徽六安模拟)如图所示,一台电动机提着质量为m 的物体,以速度v 匀速上升,已 知电动机线圈的电阻为R ,电源电动势为E ,通过电源的电流为I ,当地重力加速度为g ,忽略一切阻力及 导线电阻,则( )A .电源内阻r =E I -RB .电源内阻r =E I -mgvI 2-RC .如果电动机转轴被卡住而停止转动,较短时间内电源消耗的功率将变大D .如果电动机转轴被卡住而停止转动,较短时间内电源消耗的功率将变小 【答案】 BC【解析】] 含有电动机的电路不是纯电阻电路,欧姆定律不再适用,A 错误;由能量守恒定律可得EI =I 2r +mgv +I 2R ,解得r =E I -mgvI 2-R ,B 正确;如果电动机转轴被卡住,则E =I ′(R +r ),电流增大,较短时间内,电源消耗的功率变大,较长时间的话,会出现烧坏电源的现象,C 正确,D 错误.【变式】如图,电路中电源电动势为3.0 V ,内阻不计,L 1、L 2、L 3为三个相同规格的小灯泡,小灯泡的伏 安特性曲线如图所示.当开关闭合后,下列说法中正确的是( )A .L 1中的电流为L 2中电流的2倍B .L 3的电阻约为1.875 ΩC .L 3的电功率约为0.75 WD .L 2和L 3的总功率约为3 W 【答案】B【解析】由图象可知,灯泡两端的电压变化时,灯泡的电阻发生变化,L 2和L 3的串联电阻并不是L 1电阻的两倍,根据欧姆定律知L 1中的电流不是L 2中电流的2倍,A 错误;由于电源不计内阻,所以L 2和L 3两端的电压均为1.5 V ,由图可知此时灯泡中的电流为I =0.8 A ,电阻R =UI =1.875 Ω,B 正确;L 3的电功率P=UI =1.5×0.8 W =1.2 W ,C 错误;L 2和L 3的总功率P ′=2P =2.4 W ,D 错误.4.如图所示,电源电动势为12 V ,电源内阻为1.0 Ω,电路中的电阻R 0为1.5 Ω,小型直流电动机M 的内阻 为0.5 Ω,闭合开关S 后,电动机转动,电流表的示数为2.0 A .则以下判断中正确的是 ( )A .电动机的输出功率为14 WB .电动机两端的电压为7.0 VC .电动机产生的热功率为4.0 WD .电源输出的功率为24 W 【答案】B【解析】由题意得电动机两端的电压U =E -I (R 0+r )=7 V ,则电动机的输入功率P =UI =14 W .热功率P热=I 2R M =2 W ,则输出功率P 出=P -P 热=12 W .电源的输出功率P ′=EI -I 2r =20 W ,故B 正确,A 、C 、D 错误.热点题型四 电源的功率和效率P 电源输出功率的极值问题的处理方法对于电源输出功率的极值问题,可以采用数学中求极值的方法,也可以采用电源的输出功率随外电阻的变化规律来求解.但应当注意的是,当待求的最大功率对应的电阻值不能等于等效电源的内阻时,此时的条件是当电阻值最接近等效电源的内阻时,电源的输出功率最大.假设一电源的电动势为E ,内阻为r ,外电路有一可调电阻R ,电源的输出功率为: P 出=I 2R =E 2R (R +r )2=E 2(R -r )2R+4r .由以上表达式可知电源的输出功率随外电路电阻R 的变化关系为: (1)当R =r 时,电源的输出功率最大,为P m =E 24r ;(2)当R >r 时,随着R 的增大,电源的输出功率越来越小; (3)当R <r 时,随着R 的增大,电源的输出功率越来越大;(4)当P 出<P m 时,每个输出功率对应两个外电阻阻值R 1和R 2,且R 1R 2=r 2.【例7】(2019·西安模拟)如图所示,E =8 V ,r =2 Ω,R 1=8 Ω,R 2为变阻器接入电路中的有效阻值,问:(1)要使变阻器获得的电功率最大,则R 2的取值应是多大?这时R 2的功率是多大?(2)要使R 1得到的电功率最大,则R 2的取值应是多大?R 1的最大功率是多大?这时电源的效率是多大? (3)调节R 2的阻值,能否使电源以最大的功率E 24r 输出?为什么?【答案】(1)10 Ω 1.6 W (2)0 5.12 W 80%(3)不能 理由见解析 【解析】(1)将R 1和电源(E ,r )等效为一新电源,则 新电源的电动势E ′=E =8 V 内阻r ′=r +R 1=10 Ω,且为定值利用电源的输出功率随外电阻变化的结论知,当R 2=r ′=10 Ω时,R 2有最大功率,即 P 2max =E ′24r ′=824×10W =1.6 W.(2)因R 1是定值电阻,所以流过R 1的电流越大,R 1的功率就越大.当R 2=0时,电路中有最大电流,即 I max =ER 1+r=0.8 A R 1的最大功率 P 1max =I 2max R 1=5.12 W 这时电源的效率 η=R 1R 1+r×100%=80%. (3)不能.因为即使R 2=0,外电阻R 1也大于r ,不可能有E 24r 的最大输出功率.本题中,当R 2=0时,外电路得到的功率最大.【变式】将一电源与一电阻箱连接成闭合回路,测得电阻箱所消耗功率P 与电阻箱读数R 变化的曲线如图所示,由此可知()A.电源最大输出功率可能大于45 W B.电源内阻一定等于5 ΩC.电源电动势为45 V D.电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率大于50%【答案】B【解析】由于题述将一电源与一电阻箱连接成闭合回路,电阻箱所消耗功率P等于电源输出功率.由电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线可知,电阻箱所消耗功率P最大为45 W,所以电源最大输出功率为45 W,选项A错误;由电源输出功率最大的条件可知,电源输出功率最大时,外电路电阻等于电源内阻,所以电源内阻一定等于5 Ω,选项B正确;由电阻箱所消耗功率P最大值为45 W可知,此时电阻箱读数为R=5 Ω,电流I=PR=3 A,电源电动势E=I(R+r)=30 V,选项C错误;电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率为50%,选项D错误.【变式2】图甲为某元件R的U-I特性曲线,把它连接在图乙所示电路中.已知电源电动势E=5 V,内阻r=1.0 Ω,定值电阻R0=4 Ω.闭合开关S后,求:(1)该元件的电功率;(2)电源的输出功率.【答案】(1)1.2 W(2)1.84 W【解析】设非线性元件的电压为U,电流为I,由欧姆定律得:U=E-I(R0+r),代入数据得U=5-5I在U-I图象中画出U=E′-Ir′=5-5I图线如图所示,两图线交点坐标为(0.4 A,3.0 V).(1)该元件的电功率 P R =UI =3.0×0.4 W =1.2 W. (2)电源的输出功率P =P R 0+P R =I 2R 0+P R =0.42×4 W +1.2 W =1.84 W.【题型演练】1.如图所示,关于闭合电路,下列说法正确的是( )A .电源正、负极被短路时,电流很大B .电源正、负极被短路时,电压表示数最大C .外电路断路时,电压表示数为零D .外电路电阻增大时,电压表示数减小 【答案】A【解析】电源被短路时,电源电流为I =Er ,由于电源内阻很小,故电流很大,故选项A 正确;电源被短路时,外电阻R =0,电源电流为I =Er ,故电压表示数为U =IR =0,故选项B 错误;外电路断路时,外电阻R →∞,故电压表示数为U =E ,故选项C 错误;电压表示数为U =ERR +r ,外电路电阻R 增大时,电压表示数也增大,故选项D 错误.2.如图所示,直线A 为某电源的U I 图线,曲线B 为某小灯泡的U I 图线,用该电源和小灯泡组成闭合电路时,电源的输出功率和电源的总功率分别是( )A .4 W,8 WB .2 W,4 WC .2 W,3 WD .4 W,6 W【答案】D【解析】用该电源和小灯泡组成闭合电路时,电源的输出功率是UI=2×2 W=4 W,电源的总功率是EI=3×2 W=6 W,选项D正确.3.如图所示,已知电源电动势为6 V,内阻为1 Ω,保护电阻R0=0.5 Ω,则当保护电阻R0消耗的电功率最大时,这个电阻箱R的读数和电阻R0消耗的电功率的最大值为()A.1 Ω,4 W B.1 Ω,8 W C.0,8 W D.0.5 Ω,8 W【答案】C【解析】保护电阻消耗的功率为P0=E2R0r+R+R02,因R0和r是常量,而R是变量,所以R最小时,P0最大,即R=0时,P0max=E2R0r+R02=62×0.51.52W=8 W,故选项C正确.4.(2019·湖南十校联考)如图所示为某闭合电路电源的输出功率随电流变化的图象,由此图象可以判断()A.电源的内耗功率最大为9 W B.电源的效率最大为50%C.输出功率最大时,外电路的总电阻为4 Ω D.电源的电动势为12 V【答案】D【解析】由题图可知,当电流为1.5 A时电源的输出功率最大,这时内耗功率等于输出功率,为9 W,电源的效率为50%,这时电源的总功率为18 W,根据P=IE,可求得电源的电动势为12 V,D项正确;由P r =I2r可知,电源的内阻为4 Ω,由于不确定外电路是不是纯电阻电路,因此C项错误;随着电流的增大,内耗功率增大,A项错误;随着电流的减小,电源的效率增大,B项错误.5.(2019·河北石家庄模拟)在如图所示电路中,L1、L2为两只完全相同、阻值恒定的灯泡,R为光敏电阻(光照越强,阻值越小).闭合电键S后,随着光照强度逐渐增强()A .L 1逐渐变暗,L 2逐渐变亮B .L 1逐渐变亮,L 2逐渐变暗C .电源内电路消耗的功率逐渐减小D .光敏电阻R 和L 1消耗的总功率逐渐增大 【答案】A【解析】当光照增强时,光敏电阻的阻值减小,电路的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可得,电路中总电流增大,则L 2逐渐变亮,U 内=Ir 增大,由U =E -Ir 可知,路端电压减小,L 2两端的电压增大,则L 1两端的电压减小,故L 1逐渐变暗,故选项A 正确,B 错误;电路中总电流增大,由P =I 2r 知电源内电路消耗功率逐渐增大,故选项C 错误;将L 2看成电源内电路的一部分,光敏电阻R 和L 1消耗的总功率是等效电源的输出功率,由于等效电源的内阻大于外电阻,所以当光敏电阻的阻值减小,即外电阻减小时,等效电源的内、外电阻相差更大,输出功率减小,则光敏电阻R 和L 1消耗的总功率逐渐减小,故选项D 错误. 6.(2019·河南南阳模拟)硅光电池是一种太阳能电池,具有低碳环保的优点.如图所示,图线a 是该电池在某光照强度下路端电压U 和电流I 的关系图象(电池内阻不是常量),图线b 是某电阻R 的U -I 图象.在该光照强度下将它们组成闭合回路时,硅光电池的内阻为( )A .5.5 ΩB .7.0 ΩC .12.0 ΩD .12.5 Ω 【答案】A【解析】.由欧姆定律得U =E -Ir ,当I =0时,E =U ,由图线a 与纵轴的交点读出电源的电动势为E =3.6 V ,根据两图线交点处的状态可知,电阻的电压为U =2.5 V ,电流为I =0.2 A ,则硅光电池的内阻为r =E -U I =3.6-2.50.2Ω=5.5 Ω,故选项A 正确. 7.(2019·重庆江津中学模拟)两位同学在实验室利用如图甲所示的电路测定值电阻R 0、电源的电动势E 和内电阻r ,调节滑动变阻器的滑动触头P 向某一方向移动时,一个同学记录了电流表A 和电压表V 1的测量数据,另一同学记录的是电流表A 和电压表V 2的测量数据.根据数据描绘了如图乙所示的两条U -I 直线.则图象中两直线的交点表示的物理意义是( )A .滑动变阻器的滑动头P 滑到了最右端B .电源的输出功率最大C .定值电阻R 0上消耗的功率为1.0 WD .电源的效率达到最大值 【答案】B.【解析】由图乙可得,电源的电动势E =1.5 V ,r =1 Ω,交点位置:R +R 0=U 1I =2 Ω,R 0=U 2I =2 Ω,R =0,滑动变阻器的滑动头P 滑到了最左端,A 项错误;当电路中外电阻等于内电阻时,电源输出功率最大,但本题R 0>r ,改变滑动变阻器时无法达到电路中内、外电阻相等,此时当外电阻越接近内电阻时,电源输出功率越大,B 项正确;R 0消耗的功率P =IU 2=0.5 W ,C 项错误;电源的效率η=IE -I 2rIE ,电流越小效率越大,可见滑动变阻器的滑动头P 滑到最右端时效率最大,D 项错误.8..(2019·河北沧州模拟)在如图所示的电路中,电源电动势E =3 V ,内电阻r =1 Ω,定值电阻R 1=3 Ω,R 2=2 Ω,电容器的电容C =100 μF ,则下列说法正确的是( )A .闭合开关S ,电路稳定后电容器两端的电压为1.5 VB .闭合开关S ,电路稳定后电容器所带电荷量为3.0×10-4 C C .闭合开关S ,电路稳定后电容器极板a 所带电荷量为1.5×10-4 CD .先闭合开关S ,电路稳定后断开开关S ,通过电阻R 1的电荷量为3.0×10-4 C 【答案】AC【解析】闭合开关S ,电路稳定后电流I =ER 1+R 2+r =0.5 A ,电容器两端的电压为U =IR 1=1.5 V ,选项A正确;电路稳定后电容器所带电荷量Q =CU =100×10-6×1.5 C =1.5×10-4 C ,选项B 错误,C 正确;先闭合开关S ,电路稳定后断开开关S ,电容器C 通过电阻R 1放电,通过电阻R 1的电荷量为1.5×10-4 C ,选项D 错误.9(2019·广东华南三校联考)如图所示电路,电源内阻不能忽略,R 1阻值小于变阻器的总电阻,初态滑片P 位。
闭合电路的动态分析电路的动态分析问题是指由于断开或闭合开关、滑动变阻器滑片的滑动等造成电路结构发生了变化,某处电路变化又引起其他电路的一系列变化.直流电路的动态变化分析是电学的常考点之一,几乎每年都有该类试题出现.该类试题能考查考生对闭合电路欧姆定律的理解,电路的结构分析及对电路中并联特点的应用能力,兼顾考查学生的逻辑推训能力.1. 判定总电阻变化情况的规律(1)当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小)。
(2)若开关的通、断使串联的用电器增多时,电路的总电阻增大;若开关的通、断使并联的支路增多时,电路的总电阻减小。
(3)在如图所示分压电路中,滑动变阻器可视为由两段电阻构成,其中一段R 并与用电器并联,另一段R 串与并联部分串联。
A 、B 两端的总电阻与R 串的变化趋势一致。
2.程序法:遵循“局部-整体-部分”的思路,按以下步骤分析:3.“串反并同”结论法(1)所谓“串反”,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、消耗的电功率都将减小,反之则增大。
(2)所谓“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、消耗的电功率都将增大,反之则减小。
即: ⎭⎪⎫U 串↓I 串↓P 串↓←R ↑→⎩⎪⎨⎪⎧ U 并↑I 并↑P 并↑4.极限法因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端,让电阻最大或电阻为零进行讨论。
【题型1】电动势为E 、内阻为r 的电源与定值电阻R 1、R 2及滑动变阻器R 连接成如图所示的电路.当滑动变阻器的触头由中点滑向b 端时,下列说法正确的是( )A .电压表和电流表示数都增大B .电压表和电流表示数都减小C .电压表示数增大,电流表A 1示数减小,A 2示数增大D .电压表示数减小,电流表A 1示数增大,A 2示数减小【题型2】(多选)如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,电表均为理想电表.闭合开关S后,若减小R的阻值,则下列说法正确的是()A.电流表的示数一定增大B.电压表的示数一定增大C.电源的输出功率一定增大D.R1上的电压一定减小【题型3】在校园冬季安全大检查中,某学习小组发现学校宿舍楼的火警报警装置的电路如图所示,R1为热敏电阻,温度升高时,R1急剧减小,当电铃两端电压达到一定值时,电铃会响,则下列说法正确的是()A.若报警器的电池老化(内阻变大,电动势不变),不会影响报警器的安全性能B.若试验时发现当有火时装置不响,应把R2的滑片P向下移C.若试验时发现当有火时装置不响,应把R2的滑片P向上移D.增大电源的电动势,会使报警的临界温度升高【题型4】某学校创建绿色校园,如图甲为新装的一批节能路灯,该路灯通过光控开关实现自动控制:电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。
动态电路的分析在处理闭合电路中的动态分析问题时,一是要抓住变化因素和不变因素,用数学语言描述时要明确谁是自变量、谁是常量、谁是因变量。
一般情况下电源的电动势和内阻不会变化。
二是要从元件的变化情况入手,从局部到整体,再回到局部,逐步分析各物理量的变化情况。
具体解题可分为四个步骤:1. 判断局部元件的变化情况,以确定闭合电路的总电阻R总如何变化。
例如,当开关接通或断开时,将怎样影响总电阻R总的变化。
当然,更常见的是利用滑动变阻器来实现动态变化。
当然,更常见的是利用滑动变阻器来实现动态变化。
应该记住,电路中不论是串联部分还是并联部分,只要一个电阻的阻值变大时,整个电路的总电阻就变大。
只要一个电阻的阻值变小时,整个电路的总电阻就变小。
2. 判断总电流I如何变化。
例如,当总电阻R总增大时,由闭合电路欧姆定律知IER=总,因此I减小。
3. 判断路端电压U如何变化。
此时,由于外电路电阻R和电流均变化,故用判断有一定困难,此时可用U E Ir=-来判断。
4. 判断电路中其他各物理量如何变化。
上述四个步骤体现了从局部到整体,再回到局部的研究方法。
这四个步骤中,第一步是至关重要的,若判断失误,则后续判断均会出错。
第四步是最为复杂的。
第四步中要能快捷地作出判断,要求在利用物理规律方面,除了欧姆定律、焦耳定律以外,还要熟悉串联电路、并联电路的特点,主要是串联电路中的分压关系和并联电路中的分流关系。
在选取研究对象方面,可采取扫清外围、逐步逼近的方法。
由于与变化元件越近的电路通常与之联系也会越密切,因此其物理量变化也将复杂。
这样,不妨从与变化元件联系最松散的电路开始分析,再逐步推理,从已知条件出发,循着规律,一步一个结论,将结论又作为已知条件向下推理,最后判断变化元件有关物理量的变化情况。
例1. 在如图1所示电路中,当变阻器R3的滑动头P向b端移动时()A. 电压表示数变大,电流表示数变小B. 电压表示数变小,电流表示数变大C. 电压表示数变大,电流表示数变大D. 电压表示数变小,电流表示数变小图1解析:当变阻器R3的滑动头P向b端移动时R3变小,故总电阻变小,由闭合电路欧姆定律知总电流I增大,则内电路电压增大,因电动势不变,故路端电压U减小。
高中物理电路问题动态分析作者:吴羽来源:《中国房地产业·中旬》2019年第10期郑州市郑东新区外国语中学摘要:高中物理电路问题,在生活中的应用较为广泛,当然,也是高中课程中的一个难题,想要学好电路知识,必须牢牢掌握动态分析,因此本文根据高中物理的相关课程,就电路动态问题进行剖析,并整理出了一些思路和方案,供大家参考。
关键词:高中物理;电路问题;动态分析一、电路动态问题分析(一)在电路动态分析问题的时候,要从个三个角度出发。
角度一,熟悉电路的连接方式,判断好电路的串联和并联,思考它的连接方式,使用欧姆定律思路进行解答,还可使用列表方式进行对比。
角度二,练习电路动态分析问题时,首先对直流电路进行详细分析,然后在对交流电路进行分析。
把握好的分析步骤,先分析直流电路,在推广到交流电路。
角度三,对于解决物理量的变化情况,使用欧姆定律和能量守恒是最有效的方法,对解决物理电路问题很有帮助。
以图 1为例。
图中把电路分成粗线回路,该回路中,系统中主要包括,电源、内阻和他几个电阻,可以发现电流就是两个回路电流的和,这也就代表着,这两个回路在电动势上有一定的关联。
还有如果图1中,只有 R 增加,在观察细线,它的回路就有一定的独立性,这也就是串反并同。
(二)分析直流电路分析直流电路的时候,按照不同的电路,形成一定的解题思路,该思路需要经过不断探索。
加以分析电路中电阻的变化情况。
分析电路时,分为以下六个步骤。
第一电路里面的滑动变阻器,是影响电路变化的重点思考对象。
它的增加和减小,都会对电路中的电流和电压造成影响。
第二使用闭合电路欧姆定律,去思考整个电路的电流,会有哪些变化。
判断电流的变化后,在对电路的总电流的变化情况,进行剖析。
第三,使用公式,去识别电源里面电压的情况。
当电阻发生转量,电路的总电流就会跟随发生改变,如此一来,电源内部的电压也会发生变化。
第四,去识别外部电压处于哪种形态。
虽然电动势可以保持不变,但是内部电压的变化,会产生对外电路电压变化,从而整个系统就会变化。
初中物理动态电路分析总结初中物理动态电路分析总结1开关断开闭合类问题分析思路:首先要看清是闭合与断开比较还是断开与闭合比较,将这两种情况进行比较即可,一般通过电阻的变化来判断电压表和电流表的变化。
1.解题步骤:串联电路中,电流的变化看电阻,电阻若变,电流就变,电阻变大,电流变小;电阻变小,电流变大。
电压要看其测谁的电压,根据分电压小于总电压或分压作用进行判断。
闭合后:闭合与断开进行比较,闭合后电阻减小,电流增大,断开时电压表测的是分电压小于总电压,闭合后电压表测的是总电压,所以电压表变大。
并联电路中,一电阻的变化不会影响另一电阻的电压和电流,但会引起总电流的变化。
闭合后:下面电阻的电压没有受影响还是电源电压,电阻也没有变化,所以A2不变;上面电阻由无到有,所以它的电流失变大的,A2等于支路电流之和,所以增大;电压表测电源电压始终不变。
----------------------------------------------------------------2 滑动变阻器变化类电路分析分析思路:首先看清电路图,电压表是测滑动变阻器的电压还是定值电阻的,电流测总的还是分的,依据情况判定。
A 串联电路里,滑动变阻器接入电路里的阻值变大其两端电压也变大,而和它串联的电阻两端的电压变小(电源总电压不变),总电流变小。
滑片向右滑动时,滑动变阻器接入电路的阻值变大,其两端的电压也变大,所以电压表示数增大,总电阻变大,电源电压不变,所以总电流减小。
B并联电路里,滑动变阻器的变化不会影响另一并联电阻两端电压和通过它电流的变化,但会影响总电流的变化。
当滑片向右移动时,滑动变阻器接入电路的阻值变大,通过它的电流变小,而上面那个电阻的电压没发生改变,所以A2也不会发生变化,总电流等于支路电流之和,所以A1减小,电压表测总电源电压,所以V不变。
C混联电路里,把并联部分看成是一个整体,然后分情况讨论。
一般不考。
S闭合,S1断开,当滑动变阻器滑片向右移动时,这种情况是按A类分析,A1、A3变小,A2不变,V1变小V2变大。
R 1+r ) U 并 P 2=U 并/R 2 电路动态分析的几个结论及应用
在直流电路问题中,对电路作动态分析是一类典型的问题。
在这里,有几个二级结论,书上虽没有,但却很有用。
本文就这几个结论的导出及应用做一讨论。
一、在闭合电路中,只要部分电阻增大,则总电阻必增大;反之,则减小。
即R 部分↑
−→−R
总
↑;R 部分↓−→−R 总↓。
设有两电阻R 1、R 2,其中R 1保持不变,R 2逐渐增大。
(1)当它们串联时:R 2↑
−−−−−−→−+=2
1串R
R R R 串↑
(2)当它们并联时:R 2↑−−−−−−−→−+=)
1/(
R R 21
1R
R 并 R 并↑
而不管怎样复杂的电路,总可等效成串联或并联电路,所以结论普遍成立。
例1、如图(1)所示,求R AB 的取值范围。
分析:据“R 部分↑−→−R 总↑
知,当R 3=30Ω时,
R AB 有最大值,当R 3=0时,R AB 有最小值。
解:当R 3=0时,有R ABmin =R 1=10Ω时 当R 3=30Ω时,有R ABmin =R 1+3
232R R R R +=22Ω
∴10Ω≤R AB ≤22Ω
二、“并同串反”规律——所谓“并同”,即某一电阻增大(或减小)时,与它关联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(或减小);所谓“串反”,即某一电阻增大(或减小)时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(或增大)。
使用条件:
1、适用于只有一个支路的电阻发生变化的情况。
若几条支路的电阻同时发生变化(如本文的例6、例7),则不适用。
2、当整个电路可等效为一个并联电路时,若电源内阻不计(如例2中的R L1=0,r=0时),则不适用。
下面用例2将该结论导出。
例2、如图(2)所示,当滑动变阻器的滑片P 向左移动时,L 1、L 2的亮度变化情况是L 1 ,L 2 。
分析:
P
左移
−→−P ↑
−→−P
总
↑
−−−−−→−=R
I /ε干
I 干
小结规律: L 2中的:L 2↑=U 并↑22并2
↑
=U 并L 1中的:I 1↓= I
干
↓,U 1↓=I 干R 1,P 1↓=I 2干R 1
P 1↓
(即变暗)
P 2↑(变亮)
图(1)
图(2)
例3、如图(3)所示,当开关S 断开时,灯乙、丙均正常发光时,当S 闭合时,乙灯亮度 ,丙灯亮度 。
分析:开关S 闭合,即在a 、b 两点并联了一个支路,将
引起R ab ↓,由“并同串反”规律知:P 丙↓变暗),P 乙↑
变亮)。
三、在闭合电路中,某部分电阻由并联在某一支路变为串联在干路上时,总电阻变大;反之,总电阻变小。
简述为:“并变串,电阻增;串变并,电阻减。
” 设有一段电路如图(4)所示,R 1是定值电阻,R 0是滑动变阻器,当滑片P 由B →A 移动时,PB 部分由并在下面的支路变为串在干路上,令P PB =x ,则
R 总=x
R R x R R ++-010)(1+x =x
R R x R R R -+-01101+x
求导数: R ′总=(
x x
R R x R R R +-+-01101)′
=
1)
()
1)(())((2
01101011+-+----+-x R R x R R R x R R R
=1-
2
012
1
)
(x R R R -+=
2
012
1
201)
()(x R R R x R R -+--+
=
2
01010)
()
2)((x R R x R R x R -+-+-
∵在区间(0,R 0)内,R 总′>0。
∴在区间[0,R 0]内单调增加。
即x ↑(并变串),R 总↑(阻值增)。
反之,x ↓(串变并),R 总↓(阻值减)。
例4:如图(5)所示,负载电阻R=200Ω,ε=8.0V ,内阻不计,试分析:若用最大阻值R 0=100Ω,额定电流I 0=100mA 滑动变阻器作分压器,是否可以安全使用? 分析:滑片P 右移时,PB 部分由“串在干路”变成“并在支路”,总电阻逐渐变小,当R PB =0时,总电阻最小,此时I 干最大,与I 0比较即可。
解:当R PB =0时,有R 总min =
0R R RR +=
100
200100200+⨯=
3
200Ω
∴I
干max =ε/R 总min =8.0/3
200=0.12A=10mA >I 0
即P 接近B 端时,PB 部分将被烧断。
∴不安全。
例5:如图(6)所示,单刀双掷开关S 扳向a 时,干路电流为I a ;S 扳向b 时,干路电流为I b 。
两电流的大小关系是I a I b (填>或=或<)
图(3)
图(4)
图(5)
解:在S 由扳向a 变成扳向b 的过程中,R 2由“串在干路”变为“并在支路”,由“串变并,阻值减”知,R 总↓
,而ε不变。
∴I a <I b
这些题若用解析法去做,会有如此简练吗?
四、定和求积原理:若两正数之和为常数K ,当两数相等且等于2
K 时,其积最大;当
两数差异最大时,其积最小。
设有两正数x 1,x 2,且x 1+x 2=K ,则其积y =x 1(K -x 1)=K x 1-x
1
2
=-(x
1
2
-K x 1+
4
2
K )+
4
2
K
=-(x 1-
2
K )2
+
4
2
K (由此可知,当x 1=x 2=
2
K 时,有
y
max =
4
2
K )
=-
4
)
(2
21x x -+
4
2
K
(由此可知:当21x x -最大时,y 有最小值)
若并联电路中,两支路电阻之和为定值,可依据此原理求R 并的最大值及最小值。
例6:如图(7)所示,滑片P 可上下自由移动,则○
A 示数最大和最小应为 A 和 A 。
(滑动变阻器最大值R=50Ω)
分析:两支路电阻之和R 上+R 下=(R 1+x )+(R 2+R-x )
=R 1+R 2+R=100Ω不变
∴R 并的最大值(或最小值)可用定和求积原理求出。
解:两支路:R 上+R 下=100Ω不变 由定和求积原理:当R 上=R 下=
2
100=50Ω时
电路有最大总电阻:R max =2上R =
2
50=25Ω
∴I 干min =ε/R max =225/25=9A
当R 上、R 下差别最大,即R 上=R 2+R=90Ω,R 下=R 1=10Ω时,电路有最小总电阻:
R min =
下
上下上R R R R +=
10
901090+⨯ =9Ω。
∴I 干min =ε/R max =225/9=25A
不妨用二次函数法或配方法做做此题,与上法作一比较,繁简便知。
例7:如图(8)所示:R 1=10Ω,R 2=20Ω,变阻器
最大值R=50Ω,当滑片P 由变阻器R 的中点滑向b 端的过程中,灯L 的发光情况是 。
分析:并联部分两支路阻值之和:(R 1+x )+(R 2+R-x )
=R 1+R 2+R=80Ω
图(6)
图(7)
∴可用定和求积原理得:两支路阻值相等且为40Ω时,R
并最大→R
总
最大→I
干
最小
→P L最小(即灯最暗),此位置应在R中点的右侧,于是问题可解。
解:当并联部分两支路阻值相等时,即各为40Ω时,R
并最大,I
干
最小,P L最小,此
位置在R中点右侧,滑片由此位置无论左移到R中点还是右移到b端,两支路的阻值差异都将逐渐变大,R
并
都将变小。
而R
并↓−→
−R总↓−→
−I干↑−→
−P L↑
∴当滑片P由R中点右移时,P L先减到最小,再逐渐增大。
即灯L先变暗,再变亮。