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文档简介
1、专题 闭合电路的动态问题分析 重庆市忠县拔山中学校 罗从武 分析电路的动态问题,应该从下面几个方面入手:1、认识电路的结构,复杂的电路要简化。2、电压表和电流表当着理想的,电压表的阻值视 为无穷大,电流表的阻值视为零。3、分清电压表所测是哪部分的电压,电流表所测得是哪部分导体的电流。4、把滑动变阻器的连接方式分析清楚。5、关键抓住电路中是什么地方在变化。IRrU内U外ERIU内U外E. r 一定I = ER+rU内= Ir E=U外+U内RIU内U外E. r 一定I = ER+rU内= Ir E=U外+U内1.理论根据:(1)闭合电路欧姆定律(2)部分电路欧姆定律3.结论:路端电压随着外电阻的
2、增大而增大,减小而减小。2.逻辑推理:程序法分析问题的逻辑思路:4、注意事项(1)某一电阻的变化有以下几种常见情况 电路结 构不变,当某一个电阻增大时,电路的总 电阻增大; 串联的电阻个数增多时总电阻增大;并联的电阻个数增多时,总电阻减小。(2)运用程序法从整体转到局部时,应先分析固定支路,后分析变化支路,同时注意电流和电压两条线的转换。5、滑线变阻器常见三种接法的特点(1)限流式接法: RAB随pb间的电阻增大而增大。ABpb.a(2)分压式接法: 当P由a滑至b时,电路的总电阻RAB持续减小;若P点反向移动,则RAB持续增大。ABabPR1R2.(3)并联式电路。由于两并联支路的电阻之和为
3、定值,则两支路的并联电阻随两支路阻值之差的增大(减小)而减小(增大);且支路阻值相等时有最大值,相差最大时有最小值。R1R2R3ABabp.证明:令两支路的阻值被分为Ra、Rb,且Ra+Rb=R0,其中R0为定值。则设R1R2,当滑动端在b点时R并最小。例题归类分析一、灯泡的亮暗分析例1、如图电路,闭合电键S后,a、b、c三盏灯均能发光,电源电动势E恒定且内阻r不可忽略。现将变阻器R的滑片稍向上滑动一些,三盏灯的亮度变化情况是( )A、a灯变亮,b、c灯变暗 B、a、c灯变亮,b灯变暗C、a、c灯变暗,b灯变亮 D、a、b灯变暗,c灯变亮cbaRB例2、如图所示电路中,电源电压恒定,当K闭 合
4、后,滑动变阻器的滑片P处于图示位置时,小灯泡L1、L2、L3、L4的亮度均相同。若将P向右滑动时,各灯泡亮度变化的情况是 AL1、L4变亮,L2、L3变暗;BL2变亮,L1变暗,L3、L4 亮度不变;CL1变暗,L3、L4变度不变, L2无法判断;D四只灯泡亮度都变暗。 L1L2L3 PL4KA 关键:“牵一发而动全身” 解题方法:分析灯泡亮暗问题,关键是分析灯泡的电流或电压,任一个增大或减小,灯泡将变亮或变暗。例1.在如图所示的电路中,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的滑动触点在a端时合上开关S,此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2
5、和U。现将R2的滑动触点向b端移动,则三个电表示数的变化情况是 ( )AI1增大,I2不变,U增大BI1减小,I2增大,U减小CI1增大,I2减小,U增大DI1减小,I2不变,U减小BSR1R2R3E rA1A2Vab.应用“串反并同”法则分析可直接得出结论。二、判断电表的读数增减问题“串反并同” “并同”:是指某一电阻增大(减小)时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(减小); “串反”:是指某一电阻增大(减小)时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(增大)。(1)条件:E、r(r0)一定, 单变量电路。(2)规律:“串反并同”(3)说明:明确
6、广义的“串”和“并”的物理意义。注意真理是相对的。例2.电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、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. 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【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A滑动变阻器的触头由中点滑向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。“串反并同”AErRabR1R2V例3.(2011年上海物理卷)如图所示电路中,闭
7、合电键S,当滑动变阻器的滑动触头P从最高端向下滑动时( )A电压表V读数先变大后变小,电流表A读数变大B电压表V读数先变小后变大,电流表A读数变小C电压表V读数先变大后变小,电流表A读数先变小后 变大D电压表V读数先变小后变大,电流表A读数先变大后变小VAPRErSA【解析】外电路电路结构为滑动变阻器的上部分电阻R1与下部分电阻R2并联后再与电阻R串联。当R1R2时,R并最大,可知外电路电阻先增大后减小,干路电流先减小后增大,路端电压先增大后减小,排除B、D选项;讨论电流表示数变化时,可将电阻R与电源内阻r之和等效为电源内阻r内,外电路只有R1与R2并联,当R1R2时,P向下移动,R2减小,而
8、电压增大,故电流表A的读数增大;当R1R2时,P继续向下移动,R1增大,且其两端电压减小,故通过R1的电流减小,而由前面的判断可知此时干路电流增大,故另外一条支路R2上的电流必定增大,即电流表A读数继续增大,综上所述电流表读数一直增大,A对。三、电表读数之比及读数变化之比问题例1.( 2006年上海物理卷11)如图所示电路中,闭合电键S,当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时,四个理想电表的示数都发生变化,电表的示数分别用I、U1、U2和U3表示,电表示数变化量的大小分别用I、U1、U2和U3表示下列比值正确的是( )A.U1/I不变,U1/I不变 B.U2/I变大,U2/I变大 C.U2/I变大
9、,U2/I不变 D.U3/I变大,U3/I不变AV1V2V3R1R2PSE r A C D 不变变大不变变大不变例2、 如图所示,电源电动势为E,内电阻为r当滑动变阻器的触片P从右端滑到左端时,发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为U1和U2,下列说法中正确的是 ( )A.小灯泡L1、L3变暗,L2变亮B.小灯泡L3变暗,L1、L2变亮C.U1U2V2V1L1L2L3P B D 四、功率变化问题例1、如图所示的电路,电源的电动势E=9.0V,内电阻r=2.0,定值电阻R1=1.0,R2为可变电阻,其阻值在0-10范围内调节。(1)R2取何值时, 电源的输出功率最大?(2) R2 取何值时,
10、R1消耗的电功率最大?(3)R2取何值时, R2 消耗的电功率最大?R2R1E r1、当内外电阻相等时,电源输出的功率最大,但此时效率才50%。2、模型化归:研究变阻器上消耗功率最大时,可把定值电阻看作内阻。例2、已知如图,E = 6V,r = 4,R1= 2, R2的变化范围是010。求: R2取何值时 (1)电源的总功率最大?(2)电源的输出功率最大?(3) R1上消耗的功率最大?(4) R2上消耗的功率最大?E rR2R1(1)0 6W(2)2 2.25W(3)0 2W(4)6 1.5WA 例1、如图所示的电路中,闭合电键,灯L1、L2正常发光,由于电路出现故障,突然发现灯L1变亮,灯L
11、2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短路五、电路故障问题例2.某兴趣小组对一火灾报警装置的部分电路进行探究,其电路如图所示,其中R2是半导体热敏电阻,它的电阻随温度变化关系如图乙所示当R2所在处出现火情时,通过电流表的电流I和a、b两端电压U与出现火情前相比 ( ) AI变大,U变大 BI变小,U变小 CI变小,U变大 DI变大,U变小R1AR4R2R3Erab甲O乙tRD例3、如图所示的电路中,闭合电键k后,灯a和b都正常发光, 后来由于某种故障使灯b突然变亮,电压表读数增加,由此推 断这故障可能是 ( )Aa灯灯丝烧断
12、 B电阻R2断C电阻R2短路 D电容被击穿短路B六、含容电路的分析思路方法:1、电路稳定后,电容器在电路中就相当于断路.2、电路稳定后,电容所在电路无电流,所以其两端的电压就是所在支路两端的电压3、电路的电压、电流变化时,会引起电容器的充放电,进而引起内部电场的变化例1. 图中,开关S1、S2均处于闭合状态,在分别断开S1、S2 后的短暂过程中,关于流过电阻R1、R2的电流方向,以下判断正确的是A、若只断开S1,流过R1的电流方向为自左向右 B、若只断开S1,流过R1的电流方向为自右向左 C、若只断开S2,流过R2的电流方向为自左向右 D、若只断开S2,流过R2的电流方向为自右向左AC R1R
13、2Cs2s1E例2、一平行板电容器C,极板是水平放置的,它和三个可变电阻及电源联接成如图所示的电路.今有一质量为m的带电油滴悬浮在两极板之间静止不动.要使油滴上升,可采用的办法是: A.增大R1 B.增大R2C.增大R3 D.减小R2 例4、如图所示,电源电压200V,两个电容器 完全相同,静电计读数U和电压表读数U,以下说法正确的是( ) A.U=100V, U=100V B.U=0, U=200V C.U=200V, U=0 D.U=100V, U=0VC1C2C例5、如图所示,电源电动势=12伏,内阻r=1欧,电阻R1=3欧,R2=2欧,R3=5欧,电容器的电容量C1=4F,C2=1F,
14、求C1、C2所带电量。 Q1=1.610-5库 Q2=10-5库例5、如图所示,E=10V,C1=C2=30F,R1=4.0, R2=6.0,电池内阻可忽略:先闭合开关K,待电路稳定后,再将K断开,则断开K后流过电阻R2、R1的电量为多少?ER2R1KC2C1E=12VR1R2C1R3C2例6、如图所示,已知E=12V,r=1,R1=3 ,R2=2 ,R3=5 ,C1=4 F,C2=1 F,则C1所带的电量为多少库仑,C2所带的电量为多少库仑,并指出C1,C2哪个极板带正电?例题7、如图所示,M、N是平行板电容器的两个极板,R0为定值电阻,R1、R2为可调电阻,用绝缘细线将质量为m、带正电的小
15、球悬于电容器内部闭合电键S,小球静止时受到悬线的拉力为F.调节R1、R2,关于F的大小判断正确的是()A. 保持R1不变,缓慢增大R2时,F将变大B. 保持R1不变,缓慢增大R2时,F将变小C. 保持R2不变,缓慢增大R1时,F将变大D. 保持R2不变,缓慢增大R1时,F将变小B例题8、如图所示电路中,电源电动势为E、内阻为r,电阻R3为定值电阻,R1、R2为滑动变阻器,A、B为电容器两个水平放置的极板。当滑动变阻器R1、R2的滑动触头处于图示位置时,A、B两板间的带电油滴静止不动。则下列说法中正确的是()A把R2的触头向右缓慢移动时,油滴向下运动B把R1的触头向右缓慢移动时,油滴向上运动C缓
16、慢增大极板A、B间的距离,油滴静止不动D缓慢减小极板A、B的正对面积,油滴向上运动B例题9、如图所示,内壁光滑、内径很小的1/4圆弧管固定在竖直平面内,圆弧的半径为0.2m,在圆心O处固定一个电荷量为- 110-9 C的点电荷。质量为0.06kg、略小于圆管截面的带电小球,从与O点等高的A点沿圆管内由静止运动到最低点B ,到达B点小球刚好与圆弧没有作用力,然后从B点进入板距d= 0.08m的两平行板电容器后刚好能在水平方向上做匀速直线运动,且此时电路中的电动机刚好能正常工作。已知电源的电动势为12V,内阻为1,定值电阻R的阻值为6,电动机的内阻为0.5.求(取g=10m/s2,静电力常量k=9
17、.0 109 Nm2/C2) (1)小球到达B点时的速度;(2)小球所带的电荷量;(3)电动机的机械功率。解:1)对小球从A-B由动能定理:得2)由分析可得小球带正电,设其电量为Q,在B点,由牛顿第二定律得:3)小球在两板之间时:对R:对电动机:例题10、电源内阻r=2,R1=8,R2=10,K1闭合,K2断开时,在相距d=70cm,水平放置的固定金属板AB间有一质量m=1.0g,带电量为q=7105C的带负电的微粒,恰好静止在AB两板中央的位置上,求(1)电源的电动势(2)将K1断开0.1s后,又将K2闭合,微粒再经过多长时间与极板相碰。(g=10m/s2)【解答】(1)对小球 (4分) (
18、2) (1分) (1分) 距上极板25cm时V=0粒子不能碰到上极板(2分) (2分)例11.如图所示的电路中,4个电阻的阻值均为R,E为直流电源,其内阻可以不计,没有标明哪一极是正极.平行板电容器两极板间的距离为d.在平行极板电容器的两个平行极板之间有一个质量为m,电量为q的带电小球.当电键K闭合时,带电小球静止在两极板间的中点O上.现把电键打开,带电小球便往平行极板电容器的某个极板运动,并与此极板碰撞,设在碰撞时没有机械能损失,但带电小球的电量发生变化.碰后小球带有与该极板相同性质的电荷,而且所带的电量恰好刚能使它运动到平行极板电容器的另一极板.求小球与电容器某个极板碰撞后所带的电荷.解:由电路图可以看出,因R4支路上无电流,电容器两极板间电压,无论K是否闭合始终等于电阻R3上的电压U3,当K闭合时,设此两极板间电压为U,电源的电动势为E,由分压关系可得UU3 E小球处于静止,由平衡条件得 mg当K断开,由R1和R3串联可得电容两极板间电压U为U
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