閉合電路的動態(tài)問題分析羅從武

1、專題 閉合電路的動態(tài)問題分析 重慶市忠縣拔山中學校 羅從武 分析電路的動態(tài)問題，應(yīng)該從下面幾個方面入手:1、認識電路的結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的電路要簡化。2、電壓表和電流表當著理想的，電壓表的阻值視 為無窮大，電流表的阻值視為零。3、分清電壓表所測是哪部分的電壓，電流表所測得是哪部分導體的電流。4、把滑動變阻器的連接方式分析清楚。5、關(guān)鍵抓住電路中是什么地方在變化。IRrU內(nèi)U外ERIU內(nèi)U外E. r 一定I = ER+rU內(nèi)= Ir E=U外+U內(nèi)RIU內(nèi)U外E. r 一定I = ER+rU內(nèi)= Ir E=U外+U內(nèi)1.理論根據(jù)：（1）閉合電路歐姆定律（2）部分電路歐姆定律3.結(jié)論：路端電壓隨著外電阻的

2、增大而增大，減小而減小。2.邏輯推理：程序法分析問題的邏輯思路:4、注意事項（1）某一電阻的變化有以下幾種常見情況 電路結(jié) 構(gòu)不變，當某一個電阻增大時，電路的總 電阻增大； 串聯(lián)的電阻個數(shù)增多時總電阻增大；并聯(lián)的電阻個數(shù)增多時，總電阻減小。（2）運用程序法從整體轉(zhuǎn)到局部時，應(yīng)先分析固定支路，后分析變化支路，同時注意電流和電壓兩條線的轉(zhuǎn)換。5、滑線變阻器常見三種接法的特點（1）限流式接法： RAB隨pb間的電阻增大而增大。ABpb.a（2）分壓式接法： 當P由a滑至b時，電路的總電阻RAB持續(xù)減??；若P點反向移動，則RAB持續(xù)增大。ABabPR1R2.（3）并聯(lián)式電路。由于兩并聯(lián)支路的電阻之和為

3、定值，則兩支路的并聯(lián)電阻隨兩支路阻值之差的增大（減?。┒鴾p?。ㄔ龃螅?；且支路阻值相等時有最大值，相差最大時有最小值。R1R2R3ABabp.證明：令兩支路的阻值被分為Ra、Rb,且Ra+Rb=R0,其中R0為定值。則設(shè)R1R2，當滑動端在b點時R并最小。例題歸類分析一、燈泡的亮暗分析例1、如圖電路，閉合電鍵S后，a、b、c三盞燈均能發(fā)光，電源電動勢E恒定且內(nèi)阻r不可忽略?，F(xiàn)將變阻器R的滑片稍向上滑動一些，三盞燈的亮度變化情況是（ ）A、a燈變亮，b、c燈變暗 B、a、c燈變亮，b燈變暗C、a、c燈變暗，b燈變亮 D、a、b燈變暗，c燈變亮cbaRB例2、如圖所示電路中，電源電壓恒定，當K閉 合

4、后，滑動變阻器的滑片P處于圖示位置時，小燈泡L1、L2、L3、L4的亮度均相同。若將P向右滑動時，各燈泡亮度變化的情況是 AL1、L4變亮，L2、L3變暗；BL2變亮，L1變暗，L3、L4 亮度不變；CL1變暗，L3、L4變度不變， L2無法判斷；D四只燈泡亮度都變暗。 L1L2L3 PL4KA 關(guān)鍵：“牽一發(fā)而動全身” 解題方法:分析燈泡亮暗問題，關(guān)鍵是分析燈泡的電流或電壓，任一個增大或減小，燈泡將變亮或變暗。例1.在如圖所示的電路中，E為電源電動勢， r為電源內(nèi)阻，R1和R3均為定值電阻，R2為滑動變阻器。當R2的滑動觸點在a端時合上開關(guān)S，此時三個電表A1、A2和V的示數(shù)分別為I1、I2

5、和U。現(xiàn)將R2的滑動觸點向b端移動，則三個電表示數(shù)的變化情況是 （ ）AI1增大，I2不變，U增大BI1減小，I2增大，U減小CI1增大，I2減小，U增大DI1減小，I2不變，U減小BSR1R2R3E rA1A2Vab.應(yīng)用“串反并同”法則分析可直接得出結(jié)論。二、判斷電表的讀數(shù)增減問題“串反并同” “并同”：是指某一電阻增大（減?。r，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大（減小）； “串反”：是指某一電阻增大（減?。r，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小（增大）。（1）條件：E、r（r0）一定， 單變量電路。（2）規(guī)律：“串反并同”（3）說明：明確

6、廣義的“串”和“并”的物理意義。注意真理是相對的。例2.電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源與定值電阻R1、R2及滑動變阻器R連接成如圖所示的電路，當滑動變阻器的觸頭由中點滑向b端時，下列說法正確的是（ ）A. 電壓表和電流表讀數(shù)都增大B. 壓表和電流表讀數(shù)都減小C. 電壓表讀數(shù)增大，電流表讀數(shù)減小D. 電壓表讀數(shù)減小，電流表讀數(shù)增大【解析】設(shè)滑動變阻器的觸頭上部分電阻為x，則電路的總電阻為A滑動變阻器的觸頭由中點滑向b端時，并聯(lián)支路電阻x增大，故路端電壓變大，同時并聯(lián)部分的電壓變大，故通過電流表的電流增大，故選項A正確。“串反并同”AErRabR1R2V例3.（2011年上海物理卷）如圖所示電路中，閉

7、合電鍵S，當滑動變阻器的滑動觸頭P從最高端向下滑動時（ ）A電壓表V讀數(shù)先變大后變小，電流表A讀數(shù)變大B電壓表V讀數(shù)先變小后變大，電流表A讀數(shù)變小C電壓表V讀數(shù)先變大后變小，電流表A讀數(shù)先變小后 變大D電壓表V讀數(shù)先變小后變大，電流表A讀數(shù)先變大后變小VAPRErSA【解析】外電路電路結(jié)構(gòu)為滑動變阻器的上部分電阻R1與下部分電阻R2并聯(lián)后再與電阻R串聯(lián)。當R1R2時，R并最大，可知外電路電阻先增大后減小，干路電流先減小后增大，路端電壓先增大后減小，排除B、D選項；討論電流表示數(shù)變化時，可將電阻R與電源內(nèi)阻r之和等效為電源內(nèi)阻r內(nèi)，外電路只有R1與R2并聯(lián)，當R1R2時，P向下移動，R2減小，而

8、電壓增大，故電流表A的讀數(shù)增大；當R1R2時，P繼續(xù)向下移動，R1增大，且其兩端電壓減小，故通過R1的電流減小，而由前面的判斷可知此時干路電流增大，故另外一條支路R2上的電流必定增大，即電流表A讀數(shù)繼續(xù)增大，綜上所述電流表讀數(shù)一直增大，A對。三、電表讀數(shù)之比及讀數(shù)變化之比問題例1.（ 2006年上海物理卷11）如圖所示電路中，閉合電鍵S，當滑動變阻器的滑動觸頭P向下滑動時，四個理想電表的示數(shù)都發(fā)生變化，電表的示數(shù)分別用I、U1、U2和U3表示，電表示數(shù)變化量的大小分別用I、U1、U2和U3表示下列比值正確的是（ ）A.U1/I不變,U1/I不變 B.U2/I變大,U2/I變大 C.U2/I變大

9、,U2/I不變 D.U3/I變大,U3/I不變AV1V2V3R1R2PSE r A C D 不變變大不變變大不變例2、 如圖所示，電源電動勢為E，內(nèi)電阻為r當滑動變阻器的觸片P從右端滑到左端時，發(fā)現(xiàn)電壓表V1、V2示數(shù)變化的絕對值分別為U1和U2，下列說法中正確的是 （ ）A.小燈泡L1、L3變暗，L2變亮B.小燈泡L3變暗，L1、L2變亮C.U1U2V2V1L1L2L3P B D 四、功率變化問題例1、如圖所示的電路,電源的電動勢E=9.0V，內(nèi)電阻r=2.0，定值電阻R1=1.0，R2為可變電阻，其阻值在0-10范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。（1）R2取何值時， 電源的輸出功率最大？（2） R2 取何值時，

10、R1消耗的電功率最大？（3）R2取何值時， R2 消耗的電功率最大？R2R1E r1、當內(nèi)外電阻相等時，電源輸出的功率最大，但此時效率才50%。2、模型化歸：研究變阻器上消耗功率最大時，可把定值電阻看作內(nèi)阻。例2、已知如圖，E = 6V，r = 4，R1= 2， R2的變化范圍是010。求： R2取何值時 （1）電源的總功率最大？（2）電源的輸出功率最大？（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、如圖所示的電路中，閉合電鍵，燈L1、L2正常發(fā)光，由于電路出現(xiàn)故障，突然發(fā)現(xiàn)燈L1變亮，燈L

11、2變暗，電流表的讀數(shù)變小，根據(jù)分析，發(fā)生的故障可能是：（ ）A、R1斷路 B、R2斷路C、R3短路 D、R4短路五、電路故障問題例2.某興趣小組對一火災(zāi)報警裝置的部分電路進行探究，其電路如圖所示，其中R2是半導體熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化關(guān)系如圖乙所示當R2所在處出現(xiàn)火情時，通過電流表的電流I和a、b兩端電壓U與出現(xiàn)火情前相比 （ ） AI變大，U變大 BI變小，U變小 CI變小，U變大 DI變大，U變小R1AR4R2R3Erab甲O乙tRD例3、如圖所示的電路中，閉合電鍵k后，燈a和b都正常發(fā)光， 后來由于某種故障使燈b突然變亮，電壓表讀數(shù)增加，由此推 斷這故障可能是 （ ）Aa燈燈絲燒斷

12、 B電阻R2斷C電阻R2短路 D電容被擊穿短路B六、含容電路的分析思路方法：1、電路穩(wěn)定后，電容器在電路中就相當于斷路.2、電路穩(wěn)定后，電容所在電路無電流，所以其兩端的電壓就是所在支路兩端的電壓3、電路的電壓、電流變化時，會引起電容器的充放電，進而引起內(nèi)部電場的變化例1. 圖中,開關(guān)S1、S2均處于閉合狀態(tài),在分別斷開S1、S2 后的短暫過程中,關(guān)于流過電阻R1、R2的電流方向,以下判斷正確的是A、若只斷開S1,流過R1的電流方向為自左向右 B、若只斷開S1,流過R1的電流方向為自右向左 C、若只斷開S2,流過R2的電流方向為自左向右 D、若只斷開S2,流過R2的電流方向為自右向左AC R1R

13、2Cs2s1E例2、一平行板電容器C,極板是水平放置的,它和三個可變電阻及電源聯(lián)接成如圖所示的電路.今有一質(zhì)量為m的帶電油滴懸浮在兩極板之間靜止不動.要使油滴上升,可采用的辦法是: A.增大R1 B.增大R2C.增大R3 D.減小R2 例4、如圖所示，電源電壓200V，兩個電容器 完全相同，靜電計讀數(shù)U和電壓表讀數(shù)U，以下說法正確的是（ ） A.U=100V, U=100V B.U=0, U=200V C.U=200V, U=0 D.U=100V, U=0VC1C2C例5、如圖所示，電源電動勢=12伏，內(nèi)阻r=1歐，電阻R1=3歐，R2=2歐，R3=5歐，電容器的電容量C1=4F,C2=1F,

14、求C1、C2所帶電量。 Q1=1.610-5庫 Q2=10-5庫例5、如圖所示，E=10V，C1=C2=30F，R1=4.0， R2=6.0，電池內(nèi)阻可忽略：先閉合開關(guān)K，待電路穩(wěn)定后，再將K斷開，則斷開K后流過電阻R2、R1的電量為多少？ER2R1KC2C1E=12VR1R2C1R3C2例6、如圖所示，已知E=12V，r=1，R1=3 ，R2=2 ，R3=5 ，C1=4 F，C2=1 F，則C1所帶的電量為多少庫侖，C2所帶的電量為多少庫侖，并指出C1，C2哪個極板帶正電？例題7、如圖所示，M、N是平行板電容器的兩個極板，R0為定值電阻，R1、R2為可調(diào)電阻，用絕緣細線將質(zhì)量為m、帶正電的小

15、球懸于電容器內(nèi)部閉合電鍵S，小球靜止時受到懸線的拉力為F.調(diào)節(jié)R1、R2，關(guān)于F的大小判斷正確的是()A. 保持R1不變，緩慢增大R2時，F(xiàn)將變大B. 保持R1不變，緩慢增大R2時，F(xiàn)將變小C. 保持R2不變，緩慢增大R1時，F(xiàn)將變大D. 保持R2不變，緩慢增大R1時，F(xiàn)將變小B例題8、如圖所示電路中，電源電動勢為E、內(nèi)阻為r，電阻R3為定值電阻，R1、R2為滑動變阻器，A、B為電容器兩個水平放置的極板。當滑動變阻器R1、R2的滑動觸頭處于圖示位置時，A、B兩板間的帶電油滴靜止不動。則下列說法中正確的是()A把R2的觸頭向右緩慢移動時，油滴向下運動B把R1的觸頭向右緩慢移動時，油滴向上運動C緩

16、慢增大極板A、B間的距離，油滴靜止不動D緩慢減小極板A、B的正對面積，油滴向上運動B例題9、如圖所示，內(nèi)壁光滑、內(nèi)徑很小的1/4圓弧管固定在豎直平面內(nèi)，圓弧的半徑為0.2m，在圓心O處固定一個電荷量為- 110-9 C的點電荷。質(zhì)量為0.06kg、略小于圓管截面的帶電小球,從與O點等高的A點沿圓管內(nèi)由靜止運動到最低點B ,到達B點小球剛好與圓弧沒有作用力，然后從B點進入板距d= 0.08m的兩平行板電容器后剛好能在水平方向上做勻速直線運動,且此時電路中的電動機剛好能正常工作。已知電源的電動勢為12V,內(nèi)阻為1,定值電阻R的阻值為6，電動機的內(nèi)阻為0.5.求（取g=10m/s2,靜電力常量k=9

17、.0 109 Nm2/C2） （1）小球到達B點時的速度；（2）小球所帶的電荷量；（3）電動機的機械功率。解:1）對小球從A-B由動能定理：得2）由分析可得小球帶正電,設(shè)其電量為Q,在B點，由牛頓第二定律得：3)小球在兩板之間時：對R:對電動機：例題10、電源內(nèi)阻r=2，R1=8，R2=10，K1閉合，K2斷開時，在相距d=70cm，水平放置的固定金屬板AB間有一質(zhì)量m=1.0g，帶電量為q=7105C的帶負電的微粒，恰好靜止在AB兩板中央的位置上，求（1）電源的電動勢（2）將K1斷開0.1s后，又將K2閉合，微粒再經(jīng)過多長時間與極板相碰。（g=10m/s2）【解答】（1）對小球 （4分） （

18、2） （1分） （1分） 距上極板25cm時V=0粒子不能碰到上極板（2分） （2分）例11.如圖所示的電路中，4個電阻的阻值均為R，E為直流電源，其內(nèi)阻可以不計，沒有標明哪一極是正極.平行板電容器兩極板間的距離為d.在平行極板電容器的兩個平行極板之間有一個質(zhì)量為m,電量為q的帶電小球.當電鍵K閉合時，帶電小球靜止在兩極板間的中點O上.現(xiàn)把電鍵打開，帶電小球便往平行極板電容器的某個極板運動，并與此極板碰撞，設(shè)在碰撞時沒有機械能損失，但帶電小球的電量發(fā)生變化.碰后小球帶有與該極板相同性質(zhì)的電荷，而且所帶的電量恰好剛能使它運動到平行極板電容器的另一極板.求小球與電容器某個極板碰撞后所帶的電荷.解:由電路圖可以看出，因R4支路上無電流，電容器兩極板間電壓，無論K是否閉合始終等于電阻R3上的電壓U3，當K閉合時，設(shè)此兩極板間電壓為U，電源的電動勢為E，由分壓關(guān)系可得UU3 E小球處于靜止，由平衡條件得 mg當K斷開，由R1和R3串聯(lián)可得電容兩極板間電壓U為U