高中物理电路图简化、电路动态分析、故障分析专题

1、教案纸科目名称物理审批意见：课 题恒定电流专题学生姓名任课教师温健平学生年级高二授课日期年 月日时至 时授课形式 AA口 AB讲授内容专题一：等效电路图的画法电路化简原则无电流的支路化简时可去除；凡用导线直接连接的各点的电势必相等（包括用不计电阻的电流表连接的点）等电势的各点化简时可合并；凡接在同样两个等势点上的电器为并联关系。在外里路,.沿着电流方向电势降低。理想导线可任意长短、变形；理想电流表可认为短路，埋想电压表可认为断路；电压稳定时电容器可认为断路.一、简化电路的具体方法1.支路电流法：电流是分析电路的核心。从电源正极出发顺着电流的走向，经各电阻外电路巡仟 电源的负极，凡是电流无分叉地

2、依次流过的电阻均为串联，凡是电流有分叉地依次流过的电阻均为并联。例1:试判断图1中三灯的连接方式。周至2.等电势法：将已知电路中各节点(电路中三条或三条以上支路的交叉点，称为节点)编号，按电势由 高到低的顺序依次用 1、2、3数码标出来(接于电源正极的节点电势最高，接于电源负极的节点电势最低,等电势的节点用同一数码)。然后按电势的高低将各节点重新排布，再将各元件跨接到相对应的两节点之间， 即可画出等效电路。例2:判断图2各电阻的连接方式。【解析】(1)将节点标号，四个节点分别标上1、2。(2)将各个节点沿电流的流向依次排在一条直线上。(3)将各个电路元件对号入座，画出规范的等效电路图，如图 3

3、所示。(4)从等效电路图可判断，四个电阻是并联关系。【题后小结】等电势法，关键是找各等势点。在解复杂电路问题时，需综合以上两法的优点。二、综合法：支路电流法与等电势法的综合。注意点:(1)给相同的节点编号。(2)电流的流向：由高电势点流向低电势点(等势点间无电流)，每个节点流入电流之和等于流出电流之和。例3:由5个1 电阻连成的如图4所示的电路，导线的电阻不计，则 A B间的等效电阻为 QoKi【策略】采用综合法，设 A点接电源正极，B点接电源负极，将图示电路中的节点找出，凡是用导线相连 的节点可认为是同一节点， 然后按电流从 A端流入，从B端流出的原则来分析电流经过电路时的各电阻连接形 式就

4、表现出来了。【解析】由于节点 A、D间是用导线相连，这两点是等势点（均标 1）,节点G F间是用导线相连，这两 点是等势点（均标 2）,节点E、B间是用导线相连，这两点是等势点（均标 3）,则A点电势最高，C （F）次 之，B点电势最低，根据电流由高电势流向低电势，易得出各电阻的电流方向。由于电阻R, R均有一端接点1,另一端接点2;电阻R, R均有一端接点2,另一端接点3;电阻R一端 接点1,另一端接点3,易得其等效电路如图 5所示。或者用图4中所标电流方向，也可得其等效电路如图5,相比第一种方法更简单。故 AB间总电阻力0. 5Q o【题后小结】在分析电路时，首先应找出各个节点，凡是用导线

5、相连的两节点是等势点，可以等效为一个节点（如图4中的A与D、C与F、E与B）,连在两个相邻的节点间白电阻是并联的（如图 4中的电阻1和 电阻2,电阻4和电阻5）,当把最基本的电路等效后，再对高一级电路进一步分析，即电阻 1、2并联后与电 阻4、5并联后串联，之后再与电阻 3并联。这种逐级分析的方法在分析等效电路中是很有效的。（此方法侧但是，若将图4改为图6,即使画出等效电路图 5,（按习惯总将电流表看作导线），也无济于事，而且将电流表置于图5中的合适位置更是难上加难。若根据图中的电流方向则易得：电流表A1测的是电阻R2和R的电流之和；电流表 A测的是电阻R和R2的电流之和；电流表 A测的是电阻

6、 R和R4的电流之和。注：有些初学者凭感觉认为：电流可以沿ZC-D方向流动，这是错误的。因为电流由高电势点流向低电势点，不可能由点 1 （A）经点2 （C）又流回点1 （D）。其它点同理可得电流流向。三、含电容器、电流表、电压表的复杂电路：画等效电路时，电流表视为导线，电容器、电压表视为断路（若考虑内阻，则将其视为一个大电阻），与电容器、电压表串联的用电器视为短路即可。画等效电路图的同时，根据图中电流方向将电流表接入电路；根据图中所标节点数字，将电压表和电容器接入电路。 无电流的支路删去即可专题二：直流电路的动态分析根据欧姆定律及串、并联电路的性质，来分析电路中由于某一电阻的变化而引起的整个电

7、路中各部分电学量（如I、J R总、P等）的变化情况，常见方法如下：一.程序法。基本思路是“局部一整体一局部”。即从阻值变化的的入手，由串并联规律判知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欧姆定律及串联分压、并联分流等规律判知各部分的变化情况 其一般思路为：（1）确定电路的外电阻 R外总如何变化； 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）若电键的通断使串联的用电器增多，总电阻增大；若电键的通断使并联的支路增多，总电阻减小。如图所示分压电路中，滑动变阻器可以视为由两段电阻构成，其中一段与电器并联（以下简称并联段），另一段与并联部分相路障（以下

8、简称串联段）；设滑动变阻器的总电阻为R,灯泡的电阻为 R灯，与灯泡并联的那一段电阻为 R并，则会压器的总电阻为：R并R灯1R 总=R_R 并 +- = R_-#R并+R灯1+R灯R并R2由上式可以看出，当 R并减小时，R总增大；当R并增大时，R总减小。由此可以得出结论：分压器总电阻 的变化情况，R总变化与并联段电阻的变化情况相反，与串联段电阻的变化相同。在图2中所示并联电路中，滑动变阻器可以看作由两口段电阻构成，其中一段与R1串联（简称R上），另一段与R2串联（简称R下），则 一t_ 并联总电阻咫 LRiR上R2R下R1R2R由上式可以看出，当并联的两支路电阻相等时，总电阻最大；当并联的两支路

9、电阻相差越大时，总电阻越小。(2)根据闭合电路欧姆定律 I总二c E确定电路的总电流如何变化;R外总+r(3)由U内二I总r确定电源内电压如何变化;由U外=E UM或UE-Ir）确定电源的外电压如何（路端电压如何变化）R I jIr j U当Rt生断路U =ERv jI Ir U，当R = 0短路U =0(5)(6)由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两的电压如何变化;确定支路两端电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化（可利用节点电流关系）。动态分析问题的思路程序可表示为:R局j = R总J =总 =U端简单表示为:局部R的变化局部I分、U分的变化全局I总、U端的变侮例1、在右图所示电路中

10、，电源的电功势为E、内阻为r, R,、R2 R3为定值电阻，R是一滑动变阻器，电路中的电压表和电流表均视为理想的。试讨论：当R的滑键向上滑动时，电源总功率及各电表示数如何变化？解析：本题等效电路如右下图所示。R的滑键上滑时，其阻值增大，导致电路中总电阻增大。由1=_E_可知，电路中的总电流减小，即0卜r表示数减小。因电源端电压U = EI- r,故端电压增大，即(示数增大。电源的总功率 P=EI减小。R1±的电压因总电流的减小而变小，U,变大，(U2 =U _U1)所以 示数变大。 R上的电流强度I,变大,22-W122所以 的示数变大。因总电流变小，I2变大，所以I3变小(L =I

11、2 + I3), 的示数变小， ® 的示数23j a23变小。点评：(1)、根据全电路欧姆定律，分析总电流的变化情况和路端电压的变化情况。因此电源的电动势E和内电阻r是定值，所以，当外电阻R增大(或减小)时，由I =_E_可知电流减小(或增大)，由U = EI- rR r可知路端电压随之增大(或减小)。(2)根据串、并联电路的特点和局部电路与整个电路白关系，分析各部分电路中的电流强度I、电压U和电功率P的变化情况。一般来说，应该先分析定值电阻上 I、U、P的变化情况，后分析变化电阻上的 I、J P的变化情况。例2、如图所示，电键闭合时，当滑动变阻器滑片P向右移动时，试分析 Li、L2

12、的亮度变化情况。20Lq PL3-）LneJ分析与解：当P向右移动时，滑动变阻器的有效电阻变大，因此，整个电路的电阻增大，路端电压增大，总电流减小，流过Li的电流将减小，Li将变暗；同时Li分得的电压变小，L2两端电压增大，故 L2变亮；我们注意到总电流减小，而L2变亮，即L2两端电流增大，可见L3上的电流比Li上的电流减小得还要多，因此L3也要变暗P右移 匚二 R滑(T ) 匚二 R总(T )2Pli =I总 RLi A灯Li变暗,Ul2Ul2 =E Il总(r + R)IL2=-0./ a RLL - r-nIIL2 (J) V n Ul2 (D 灯 L2变凫I L3 = I L总I L2

13、 .P2iRL2弋Pl3=I：3 Rl3 IL3 ( J )1A 灯 L3 变暗点评：(i)讨论灯泡亮度的变化情况，只需判断其电流或电压如何变化就可以。(2)象这样的电路，由于滑动变阻器电阻的变化而引起整个电路的变化，一般不应通过计算分析，否则会很繁杂。处理的一般原则是：主干路上的用电器，看它的电流变化；与变阻器并联的用电器看它的电 压变化；与变阻器串联的电器看它的电流变化。(3)闭合电路动态分析的一般顺序是：先电阻后干路电流；先内电压，后外电压；先固定电阻的电压,后变化电阻的电压；先干电流后并联支路上的电流。二.“串反并同”“串反”：是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端

14、电压、电功率都将减小;某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率将增大。“并同”：是指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大； 某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。例3、如图所示的电路中， R、R、R、和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R的滑动角点向图中a端移动时(A. I变大，U变小C I变小，U变大日I变大，U变大DX I变小，U变小分析与解：本题中变量是 R,由题意知，R的等效电阻变小。简化电路结构可各知，电压表V,

15、电流表A均与R间接并联，根据2)1|-E S图“串反并同”的原则，电压表 V,电流表A的读数均与R5的变化趋势相同，即两表示数均减小。答案：选Db点评：(1)近几年高考对电路的分析和计算，考查的重点一般不放在基本概念的理解和辨析方面，而是重在知识的应用方面。本题通过5个电阻与电表的串、并联构成较复杂的电路，关键考查考生简化电路结构、绘制等效电路图的能力。然后应用“串反并同”法则，可快捷得到结果。(2)注意“串反并同”法则的应用条件：单变量电路。对于多变量引起的电路变化，若各变量对同一对象分别引起的效果相同，则该原则的结果成立；若各 变量对同一对象分别引起的效果相反，则“串反并同”法则不适用。例

16、4、如图(1)所示电路中，闭合电键S,当滑片P向右移动时，灯泡 Li、L2的亮度变化如何?分析与解：本题中滑动变阻器左右两部分都接入电路，等效电路如图(示，变阻器R分解得到两变量 R、R,由图可知：滑片 P向右移 一 R i，R ( J)对灯泡Li：Ri与Li并婴Ri1A Li变亮卜R2与Li> > L1变亮 间接串用口 VR2 ( J' -Li 变凫Ri 与 L2间接串联L2亮度变化 不能确定对灯泡L2：由上述分析可知：对Li,变量R、R变化均引起Li变亮，故Li将变亮；对L2,变量R、R变化引起L2的亮度变化不一致，故此法不宜判断L2的亮度变化。但若把变阻器 R与Li的

17、总电阻合成一个变量 R合，则由上述结论可知， P右移时，R合减小，L2与R合串联，由“串反并同”法则可 知，L2亮度变大。三.特殊值法与极限法：极限法：即因滑动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。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，从而找出结论。例5、 在图所示的四个电路中，当分别闭合开关S,移动滑动变阻器角头从左端至右端时，能使其中一个灯由暗变亮同时，另一个灯由亮变暗，则符合要求的电路是（LiL2_J_®JPR|l|一一E SCLiI-10L2Q上11-0i=i-nR E SAA图：对灯Li,可由“串反并同”法则判断其变

18、亮；而对L2由于两个变量引起它亮度变化不一致，故“串反并同”不适用。现取特殊值法：取 Li、L2的阻值均为ioa,变阻器总阻值也为 ioa,电源电动势为6V；然 后取极限值：取滑片 P置于最左端和最右端时分别两灯实际工作时的电压即可判断两灯均变亮。B图：对Li,可由“串反并同”法则判断其变亮；对L2,采用合成变量法，再根据“串反并同”法则可判断其变亮。C图：采用极限值法。滑片 P置于最左端时，Li被短路，不发光，而 L2两端电压最大，亮度最大；滑片 P 置于最右端时，Li两端电压最大，亮度最大，而 L2被短路，不发光。由此分析可知，该电路符合题目要求。D图：灯Li 一直被短路，不发光，不合要求

19、。综上分析有：符合要求的电路是（C）。四、小试身手:I .如图所示的电路中，电源的电动势为E,内阻为r。当可变电阻的滑片 P向b点移动时，电压表 Vi的读数U与电压表V2的读数U2的变化情况是：（A.U变大,B.L2变大C.Ui变小,D.Ui变小,L2变大P上a b2.在如图所示白电路中，E为电源电动势,r为电源内阻，R和R均为定值电阻，R为滑动变阻器。当 R2的滑动触点在a端时合上开关S,此时三个电表Ai、A2和V的示数分别为Ii、I2和U现将R的滑动触点向b则三个电表示数的变化情况是（）A.I i增大,I 2不变,U增大C.D.I 1减小,I i增大,11减小,I2增大,I2减小,I 2不

20、变,U减小U增大U减小3.如图所示是一实验电路图，在滑动触头由a端滑向b端的过程中，下列表述正确的是（）A.路端电压变小B.电流表的示数变大吊C.电源内阻消耗的功率变小D.电路的总电阻变大4.电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R、R2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.电压表和电流表读数都增大B.电压表和电流表读数都减小C.电压表读数增大，电流表读数减小D.电压表读数减小，电流表读数增大5、在右图所示电路中 R2、R3是定值电阻，R1是滑动变阻器，当 R1的滑键由左端向右端滑动时，各个电表的 示数怎样变化?答案：1、A 2、B3、A解

21、析：当滑片向b端滑动时，接入电路中的电阻减少，使得总电阻减小D错；根据I =_E ,可知总电R总流在增加，根据闭合电路中的欧姆定律有E = Ir +U外，可知路端电压在减小，A对；流过电流表的示数为U外2I =-可知电流在减小，B错；根据P = I 2r ,可知内阻消耗的功率在增大，C错。4、A解析：设滑动变阻器的触头上部分电阻为x,则电路的总电阻为%=r +Ri +x R2x R2滑动变阻器的触R3头由中点滑向b端时，并联支路电阻 x增大，故路端电压变大，同时并联部分的电压变大，故通过电流表的 电流增大，故选项A正确。5、解析：当R1的滑键向右滑动时，由 R1和R2组成的分压器的串联段电阻减

22、小，所以电路的总电阻减小：根 据I = E可知干路中的电流强度增大，电流表 的示数增大，再根据 U =EI- r ,可知路端电压减小，R r电压表（V的示数减小。因为R3为定值电阻，当干路中电流强度增大时，其两端电压随之增大，所以电压表® 的示数增大。根据U1 =U -U3,因U减小，U3增大，所以U1减小，电压表 Q的示数减小。当滑动变阻器的滑键向右滑动 时，R1的左段电阻R左与R2并联部分的电阻增大，且干路中的电流强度增大，根据部分电路欧姆定律可知电 压表的 的示数增大，由于 R2为定值电阻，且U2增大，根据部分电路欧姆定律可知电流表出示数增大。根据并联分流原理，通过电流表 的电

23、流强度为：_R.I=_R2_R2R左RR左R左. R2R左R2RiR左R3rr2e2-R左RiR3r ®RiR3r R2在上式中，分子为恒量，分母为关于%的二次函数,且二次项的系数小于零，分母有极大值，由此可见，电流表 3的示数先减小后增大。五、规律小结|<1油| = L （为定式）讨论 RI分2油I = Ii+I 2十.讨论 （巨为不定式）L R,R分TR总T I总T U外TNi油U = IR （为定义式）讨论U分<2汕U = U i + U 2 + .讨论专题三：电路的故障分析一、电路故障的特点i、断路的特点：电路中发生断路，表现为电源电压不为零而电流强度为零，若外电

24、路中任意两点之间的电 压不为零，则这两点间有断点，而这两点与电源联结部分无断点。2、短路的特点：电路中发生短路，表现为有电流通过电路而电压为零。、电路故障的分析方法1、仪器检测法（1）断路故障的判断：用伏特表与电源并联，若有电压时，再逐段与电路并联，若伏特表指针偏转，则该 段电路中有断点。（2）短路故障的判断：用伏特表与电源并联，若有电压时，再逐段与电路并联；若伏特表示数为零时，该 电路被短路；当伏特表示数不为零，则该电路不被短路或不完全被短路。2、假设法：已知电路发生某种故障，寻求故障发生在何处时，可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故障，运用电流定律进行正向推理，推理结果

25、若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路；若推理结果与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路，直到找出发生故障的全部可能为止。【例题】如图所示，电路中灯泡L1和L2都不亮，用电压表测得各部分电压为：Uab=0, Ubc=U Udc=0, Uda=U则电路的故障为（B ）A.变阻器R短路 B .变阻器R断路 C .灯泡L1断路 D .灯泡L1和L2都断路【例题】如图所示，：二、：二、二是三个完全相同的小灯泡，串联后接在电压为6V的电路中，原来三个小灯泡都正常发光，现在三个小灯泡都不亮了.用电压表接在a、c两端时，示数是 6V;接在a、b两端时，示数是0.接在b、d两端时，示数也是

26、 0,那么灯丝断了的小灯泡是（ B ）A、L1、L2、L3这三个小灯泡中的某一个B、Li 和 L2 C 、Li 和 L3 D 、L2 和 L3【例题】如图所示的电路中，闭合电键，灯 Li、L2正常发光.由于电路出现故障，突然发现灯Li变亮，灯L2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是（ A）A. R断路B . R断路C. R短路D . R短路解析：把原电路改画为如图所示的电路，才便于分析.由于电流表示数减小、灯L2变暗，可推知电路中的总电流减小，路端电压增大，表明外电阻增大，可排除 R、R短路的可能.又灯Li变亮、灯L2变暗，表明灯Li两端电压增大、灯 L2两端电压减小，由欧姆定律

27、可判断：只能是R发生断路.答案：A1 .在图所示的电路中，电源电压保持不变。闭合电键 中只有一个电表的示数变大，则下列判断中正确的是 A 一定是灯L断路，电流表的示数变小。B、可能是灯L短路，电压表的示数变大。C、一定是电阻R断路，电流表的示数变小。H可能是电阻 R短路，电压表的示数变大。4.在图所示的电路中，闭合电键S,次T L不亮，电压表中的某一个外，其余元件均完好，则下列判断中正确的是（A 一定是电阻R短路，电流表的示数变大。B可能是电阻R断路，电流表的示数变小。C 一定是灯L断路，电流表的示数变小。D可能是灯L短路，电流表的示数变大。同步练习S,电路正常工作。过了一会儿，灯L熄灭，两个

28、电表V无示数。若电路中各处均接触良好，除灯 L和电阻R）MV5.在如图所示的电路中， 闭合电键后，发现灯Li、L2都不发光，电流表无示数，为了找出发生故障的原因，现用电压表进行检测，发现 a、b间的电压和a、c间的电压都为6伏，b、c间的电压为零，则电路故障可能是 （）A、Li断路B、Li短路C、L2断路D、L2短路6 .如图示电路中，电源电压不变，闭合电键S,灯Li、L2都发光，一会儿，其中一灯突然熄灭，两个电表中只有一个示数减小，则产生这一现象的原因可能是（）（A） 一定是灯Li短路，示数减小（B）可能是灯Li断路，V表示数减小（C）可能是灯L2短路，示数减小（D） 一定是灯L2断路，A表

29、示数减小7 .在图所示的电路中，闭合电键S ,灯L不亮，已知电路中各处均接触良好，除灯元件均完好。(1)请判断该电路中存在的故障可能是 。(请将三种可能填写完整)(2)为进一步确定故障， 小明同学将一个电压表正确并联在灯的两端，闭合电键S,观察电压表的示数情况。若电压表有示数，说明故障是 ;若电压表无示数，说明故障是 。(3)为进一步 确定故障，小华同学再在电路中串联一个电流表，请判断他能否查找出电路的故障，并说明理由 (1)若电路中只有一处出现故障，请判断故障可能是R,W8 .如图所示的电路中，电源电压保持不变，闭合电键 S后，电路正常工作，一会儿后，电灯突然变亮(没有烧毁)，则下列关于电压

30、表、电流表读数的判断正确的是()A.电压表读数变小，电流表示数变小。B .电压表读数变大，电流表示数变大。C.电压表读数变大，电流表示数变小。D.电压表读数变小，电流表示数变大。在如图所示电路中，电源电压保持不变。闭合电键S,电路正常工作。过了一会儿，灯熄灭了，已知电路中各处均接触良好，除电灯L和电阻R外，其它元件均完好，且电灯 L和电阻R的故障不同时发生。(1)、请判断该电路中存在的故障可能是 。(请将三种可能填写完整)(2)、请根据图中电表进一步确定故障原因：A如果两只电表均无示数，说明故障是 。B、如果两只电表均有示数，说明故障是 。C如果电路中只有一只电表有示数，说明故障是 9 .在图

31、所示的电路中，电源电压保持不变。闭合电键 S后，电路正常工作。过了一会儿，三个电表中有一个电表的示数变大、一个电表的示数变小，则下列判断中正确的是(A 电流表A示数可能变小，灯 L 一定熄灭。B电流表A示数一定变大，灯 L可能熄灭。C电压表V2示数可能变大，灯 L可能熄灭。D 电压表V2示数一定变小，灯 L 一定熄灭。在图所示的电路中，闭合电键 S,灯L不亮。已知电路中各处均接触良好，除灯L和电阻R外，其它元件均完好。 （选填“ R断路” “L断路”、“ R短路”、或“ L短路”）。（2）小明同学为进一步确定故障，将一个电流表正确串联在图18所示的电路中，请判断：他 （选填“能”或“不能”）查找出电路的故障。（3）小华同学继续进行实验。他在小明已串联好电流表