高中物理动态电路分析及高中物理动态分析专题

-PAGE4-高三物理模型组合讲解——电路的动态变化模型［模型概述］“电路的动态变化”模型指电路中的局部电路变化时引起的电流或电压的变化，变化起因有变阻器、电键的闭合与断开、变压器变匝数等。不管哪种变化，判断的思路是固定的，这种判断的固定思路就是一种模型。［模型讲解］一、直流电路的动态变化1.直流电路的动态变化引起的电表读数变化问题例1.如图1所示电路中，当滑动变阻器的滑片P向左移动时，各表（各电表内阻对电路的影响均不考虑）的示数如何变化？为什么？图1解析：这是一个由局部变化而影响整体的闭合电路欧姆定律应用的动态分析问题。对于这类问题，可遵循以下步骤：先弄清楚外电路的串、并联关系，分析外电路总电阻怎样变化；由确定闭合电路的电流强度如何变化；再由确定路端电压的变化情况；最后用部分电路的欧姆定律及分流、分压原理讨论各部分电阻的电流、电压变化情况。当滑片P向左滑动，减小，即减小，根据判断总电流增大，A1示数增大；路端电压的判断由内而外，根据知路端电压减小，V示数减小；对R1，有所以增大，示数增大；对并联支路，，所以减小，示数减小；对R2，有，所以I2减小，A2示数减小。评点：从本题分析可以看出，在闭合电路中，只要外电路中的某一电阻发生变化，这时除电源电动势、内电阻和外电路中的定值电阻不变外，其他的如干路中的电流及各支路的电流、电压的分配，从而引起功率的分配等都和原来的不同，可谓“牵一发而动全身”，要注意电路中各量的同体、同时对应关系，因此要当作一个新的电路来分析。解题思路为局部电路→整体电路→局部电路，原则为不变应万变（先处理不变量再判断变化量）。2.直流电路的动态变化引起的功能及图象问题例2.用伏安法测一节干电池的电动势和内电阻，伏安图象如图所示，根据图线回答：（1）干电池的电动势和内电阻各多大？（2）图线上a点对应的外电路电阻是多大？电源此时内部热耗功率是多少？（3）图线上a、b两点对应的外电路电阻之比是多大？对应的输出功率之比是多大？（4）在此实验中，电源最大输出功率是多大？图2解析：（1）开路时（I=0）的路端电压即电源电动势，因此，内电阻也可由图线斜率的绝对值即内阻，有：（2）a点对应外电阻此时电源内部的热耗功率：也可以由面积差求得：（3）电阻之比：输出功率之比：（4）电源最大输出功率出现在内、外电阻相等时，此时路端电压，干路电流，因而最大输出功率当然直接用计算或由对称性找乘积IU（对应于图线上的面积）的最大值，也可以求出此值。评点：利用题目给予图象回答问题，首先应识图（从对应值、斜率、截矩、面积、横纵坐标代表的物理量等），理解图象的物理意义及描述的物理过程：由U—I图象知E=1.5V，斜率表内阻，外阻为图线上某点纵坐标与横坐标比值；当电源内外电阻相等时，电源输出功率最大。二、交变电路的动态变化例3.如图3所示为一理想变压器，S为单刀双掷开关P为滑动变阻器的滑动触头，为加在初级线圈两端的电压，为初级线圈中的电流强度，则（）A.保持及P的位置不变，S由a合到b时，将增大B.保持P的位置及不变，S由b合到a时，R消耗的功率减小C.保持不变，S合在a处，使P上滑，将增大D.保持P的位置不变，S合在a处，若增大，将增大图3解析：S由a合到b时，减小，由可知增大，随之增大，而，又，从而增大，可见选项A是正确的。当S由b合到a时，与上述情况相反，将减小，可见，选项B也是正确的。当P上滑时，R增大，减小，又，从而减小，可见选项C是错误的。当增大，由，可知增大，随之增大；由可知也增大，则选项D是正确的。说明：在处理这类问题时，关键是要分清变量和不变量，弄清理想变压器中由和匝数比决定；由和负载电阻决定；由和匝数比决定。总结：变压器动态问题（制约问题）①电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输出电压由输入电压决定，即，可简述为“原制约副”。②电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压确定时，原线圈中的电流由副线圈中的输出电流决定，即，可简述为“副制约原”。③负载制约：变压器副线圈中的功率由用户负载决定，…；原线圈的输入功率简述为“副制约原”。特例：当变压器空载时（即负载电阻），输出功率为零，输入电流为零，输入功率也为零。当副线圈短路时（即负载电阻R=0），输出电流为无穷大，则输入电流也是无穷大，使原线圈处于“短路”状态。［模型要点］判断思路：（1）电路中不论是串联还是并联部分，只要有一个电阻的阻值变大时，整个电路的总电阻就变大。只要有一个电阻的阻值变小时，整个电路的总电阻都变小。（2）根据总电阻的变化，由闭合电路欧姆定律可判定总电流、电压的变化。（3）判定变化部分的电流、电压变化。如变化部分是并联回路，那么仍应先判定固定电阻部分的电流、电压的变化，最后变化电阻部分的电流、电压就能确定了。上述的分析方法俗称“牵一发而动全身”，其要点是从变量开始，由原因导出结果，逐层递推，最后得出题目的解。图象特性类型公式图象特例I-R图线短路，图象顶端断路，图象末端U-R图线短路，，断路，，U-I图线短路，，断路，，P-R图线当R=r时，电源的输出功率最大，时有两个等效电阻［误区点拨］1.区分固定导体的I-U图线与闭合电路欧姆定律的U-I图象。2.在固定导体的I-U图线中，，斜率越大，R越小；在固定导体的U-I图线中，，斜率越大，R越大，在闭合电路欧姆定律的U-I图象中，电源内阻，斜率越大，内阻r越大。3.区分电源总功率（消耗功率）；输出功率（外电路功率）；电源损耗功率（内电路功率）；线路损耗功率4.输出功率大时效率不一定大，当，电源有最大输出功率时，效率仅为50%，所以功率大并不一定效率高。5.求解功率最大时要注意固定阻值与可变电阻的差异。6.区分电动势E和内阻r均不变与r变化时的差异。［模型演练］1.（2010年杨浦高级中学期末考试）如图4所示的电路中，当滑动变阻器的滑动触头向上滑动时，下面说法正确的是（）A.电压表和电流表的读数都减小；B.电压表和电流表的读数都增加；C.电压表读数减小，电流表的读数增加；D.电压表读数增加，电流表的读数减小。图4答案：D图52.在家用交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动头，如图5所示。当变压器输入电压发生变化时，可上下调节的位置，使输出电压稳定在220V上。现发现输出电压低于220V，下列措施不正确的是（）图5A.P1不动，将P2向上移；B.P2不动，将P1向下移；C.将P1向上移，同时P2向下移；D.将P1向下移，同时P2向上移。答案：C。高中物理动态分析专题一、力学中的动态问题分析1、变动中力的平衡问题的动态分析=1\*GB3①矢量三角形法omgBAomgBA图1B例1、如图1a所示，绳OA、OB等长，A点固定不动，将B点沿圆弧向C点运动的过程中绳OB中的张力将CA、由大变小；B、由小变大C、先变小后变大D、先变大后变小C图1bTTATBTTATB’’’TB’’TB’解：如图1b，假设绳端在B'点，此时Ｏ点受到三力作用平衡：T、书的大小方向不断的变化（图中T、TT图1bTTATBTTATB’’’TB’’TB’=2\*GB3②相似三角形法物体在三个共点力的作用下平衡，已知条件中涉及的是边长问题，则由力组成的矢量三角形和由边长组成的几何三角形相似，利用相似比可以迅速的解力的问题。图2a图2aGNTh+RRL例2、如图2a所示，在半径为Ｒ的光滑半球面上高h处悬挂一定滑轮。重力为Ｇ的小球用绕过滑轮的绳子站在地面上的人拉住。人拉动绳子，在与球面相切的某点缓慢运动到接近顶点的过程中,试分析半球对小球的支持力和绳子拉力如何变化？图2b分析与解：受一般平衡问题思维定势的影响，以为小球在移动过程中对半球的压力大小是变化的。对小球进行受力分析：球受重力Ｇ、球面对小球的支持力Ｎ和拉力Ｔ，如图2b所示：可以看到由Ｎ、Ｔ、G构成的力三角形和由边长L、R、h+R构成的几何三角形相似，从而利用相似比Ｎ／Ｇ＝R／R+h，T／Ｇ＝L／R+h.由于在拉动的过程中，R、h不变，L减小，则Ｎ＝RＧ／R+h大小不变，绳子的拉力T图2b2、运动和力问题的动态分析例3．如图3所示，小球由高空自由落下，落在一竖直放置的轻弹簧上，球在a点与弹簧接触，在b点弹簧被压缩得最短，在球从a→b的过程中(不计空气阻力)下列说法正确的是（）A.小球的速度一直减少B.小球的速度先增加后减小

C.小球的加速度先减后增D.小球的加速度一直增加abab图3ab0图3bFF=GG画出从a到b的过程示意图，如图3b球受力分析确定合外力的大小和方向的变化由a与V的方向关系确定V的增减由F合=ma确定a的大小和方向变化∴球受到重力G和弹力F弹力F向上且由0F=GF>GF合先减后增，方向先下后上a也先减后增，方向先下后上a与V先同向再反向，∴V先增后减。转折点在F=G的位置，即ab之间某点，故选B、C。3、机车启动问题的动态分析VF=P/Va=(F-f)/mVF=P/Va=(F-f)/m保持vm=P/f匀速变加速运动匀速运动当F=f时a=0v达最大VmF不变，a=(F-f)/m不变VP=FVPmF不变，a=(F-f)/m不变VP=FVPm一定，V匀加速直线运动F=Pm/Va=(F-f)/m保持vm=P/f匀速变加速直线运动匀速运动……………当P=Pma不为零v仍增加当F=f时a=0v达最大Vm=2\*GB3②匀加速启动:例4、汽车保持恒定功率作直线运动，如果汽车受到的阻力恒定，则（）A.汽车可能作匀速运动B.汽车可能作匀加速运动C.汽车可能作加速度减小的加速运动D.汽车可能作加速度增大的减速运动解：由上述分析=1\*GB3①可知，答案为A、C二、电学中的动态问题分析=1\*GB3①电容器问题的动态分析电容器的动态问题指的是当平行板电容器的极板距离d和正对面积S发生变化时，引起电容器的电容C、电量Q、电压U、场强E的变化。要解决此问题，必须要掌握以下两点：（1）基本公式：电容的定义式：C=Q/U电容的决定式：C=εS/4πkd匀强电场场强与电势差关系式：E=U/d（2）两种情况：=1\*romani）电容器极板保持与电源相连，则U不变，思路如下：dC=εS/4πkdQ=CU（d减少则相反）E=U/dSC=εS/4πkdQ=CUE=U/d（不变）=2\*romanii)电容器充电后极板与电源断开，则Q不变，思路如下：dC=εS/4πkdU=Q/C；d与U成正比，E=U/d不变SC=εS/4πkdU=Q/CE=U/d例5.图6所示的实验装置中，平行板电容器的极板B与一灵敏的静电计相接，极板A接地。若极板A稍向上移动一点，由观察到的静电计指针变化作出平行板电容器电容变小的结论的依据是()。图6(A)两极板间的电压不变，极板上的电量变小

(B)两极板间的电压不变，极板上的电量变大

(C)极板上的电量几乎不变，两极板间的电压变小

(D)极板上的电量几乎不变，两极板间的电压变大

解：本题中电容器与电源断开，故Q几乎不变（因板上电荷与静电计指针间有微小的移动）。而SC=εS/4πkdU=Q/C，正确判断为D。图6=2\*GB3②闭合电路动态问题分析闭合电路的动态变化是指当外电路上的某一局部电阻发生变化时，引起电路中干路和支路上的电流、电压、功率等物理量的变化，可谓牵一发而动全身。此类问题的分析要理解好以下三点：（1）理解闭合电路欧姆定律ε=U外+Ir（ε、r不变）；部分电路欧姆定律U=IR。(2)局部电阻增则总电阻增，反之则总电阻减；支路数量增则总电阻减，反之则总电阻增。（3）两个关系：外电压等于外电路上串联的各分电压之和；总电流等于各支路电流之和。逐步推理法（综合法）：从已知条件出发，循着规律，一步一个结论，结论又作为已知条件向下推理，直到找出已知条件与待求量之间的关系。其流程图如下：图7εrR3R2A1图7εrR3R2A1V1A2CR1V2R局R总I总U外I总=I1+I2+……例6.如图7所示的电路中，电源的电动势为ε，内阻为r。当可变电阻的滑片C向上移动时，电压表V1、V2的读数与电流表A1、A2的读数的变化情况是()。A1变大、A2变小；V1、V2均减小A1、A2、V1均变大；V2减小(C)A1、V1变小；A2、V2增大(D)A1、A2、V1、V2均变大A1解：C向上R1R总I总=ε/R总U外=ε-I总rV1