高二物理电路的动态分析.doc

直流电路的动态分析
一般思路为：
（1）确定电路的外电阻R外总如何变化；
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 若电键的闭合使串联的用电器增多，总电阻增大；若电键的闭合使并联的支路增多，总电阻减小。
（2）根据闭合电路欧姆定律确定电路的总电流如何变化；
（3）由U内=I总r确定电源内电压如何变化；
（4）由U外=E－U内确定电源的外电压如何（路端电压）如何变化）；
（5）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；
（6）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（可利用串联电路的电压关系、并联电路的电流关系）。
基本方法
一、“先总后分”。即先判断总电阻和总电流如何变化：
例1、如图，当R3变小时，R1 、R2上的电流、电压及灯泡的亮度如何变化？
本题中，引起变化的是电阻R3，当光照强度增强时，其阻值变小。根据串并联电路的电阻关系可知，电路的总电阻变小。这类题还有个特点，就是电源电动势恒定的，所以根据闭合电路欧姆定律可得：，总电阻变小则总电流增大。
二、“先干后支”。即先分析干路部分，再分析支路部分：
分析时要注意电源内阻必须考虑，且电源内阻是在干路上，根据部分电路欧姆定律有：，总电流增大，则内阻上电压增大。同理有：，则R1两端的电压增大，即电压表读数增大。最后由和可判断并联部分的电压是减小的。
三、“先定后变”。即先分析定值电阻所在支路，再分析阻值变化的支路：
并联部分有两个支路，其中R2是定值电阻，那么，通过R2的电流I2为：，并联部分电压变小，则I2变小。电阻R3和灯泡所在的支路阻值是变化的，故不能直接由电压的变化判断其电流的变化。需根据并联电路电流关系来判断，即由得，再由前面的分析可知，I3是增大的，因此灯泡会变亮。
四、“并同串反”。
“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。电路中R2上的电流、电压、功率都是变小的。
“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。电路中与R3串联的灯泡上的电流、电压、功率都是增大的。至此，本题的分析结束。
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。
图2
例2．如图2所示，电源的电动势为E，内电阻为r，外电路接有定值电阻R1和滑动变阻器R，合上开关K，当滑动变阻器的滑动头P从R的最左端移到最右端的过程中
A．电压表读数一定变大　 B．电压表读数一定变小　
C．R1消耗的功率一定变小　　　D．R消耗的功率一定变小

A
R2
R1
R3
B
r
a
b
例3.如图是一火警报警的一部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是：
A．I变大，U变大 B．I变小，U变小
A1
A2
V
S
R1
R2
R3
a
b
E r
C．I变小，U变大 D．I变大，U变小

例4.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
A．I1增大，I2不变，U增大 B．I1减小，I2增大，U减小
C．I1增大，I2减小，U增大 D．I1减小，I2不变，U减小
例5.如右图所示电路中，电源内阻不能忽略，当变阻器R的滑片P向下移动时，电路中的电压表V1、V2和电流表A的示数变化情况不正确的是
A
V2
V1
E r
R2
R1
P
R
A．V1示数变大，V2示数变小，A示数变小，R2消耗功率减小
B．V1示数变小，V2示数变大，A示数变小，R2消耗功率增大
C．V1示数变大，V2示数变小，A示数变大，电源消耗的总功率增大
D．V1示数变小，V2示数变大，A示数变大，电源消耗的总功率减小
例6．如图所示电路，电源的电动势为E，内阻为r，
R0为固定电阻，R为滑动变阻器。在变阻器的滑片由a端移向b端的过程中，电容器C
b
a
E r
C
R
R0
所带的电量
A．逐渐增加
B．逐渐减小
C．先增加后减小
D．先减小后增加

【跟踪练习】
1. 关于闭合电路，下列说法中正确的是
A.闭合电路中，电流总是从电势高的地方流向电势低的地方
B.闭合电路中，电源的路端电压越大，电源的输出功率就越大
C.闭合电路中，电流越大，电源的路端电压就越大
D.闭合电路中，外电阻越大，电源的路端电压就越大
2.如图所示，直线A为电源的U—I图线，直线B为电阻R的U—I图线，用该电源和电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和电路的总功率分别是
A.4 W、8 W B.2 W、4 W
C.4 W、6 W D.2 W、3 W
3.如图所示，电源E的电动势为3.2 V，电阻R的阻值为30 Ω，小灯泡L的额定电压为3.0 V，额定功率为4.5 W，当电键S接位置1时，电压表的读数为3 V，那么当电键S接到位置2时，小灯泡L的发光情况是
A.很暗，甚至不亮 B.正常发光
C.比正常发光略亮 D.有可能被烧坏

4.如图所示的电路中，闭合电键S后，灯L1和L2都正常发光，后来由于某种故障使灯L2突然变亮，电压表读数增加，由此推断，这故障可能是
A.L1灯灯丝烧断 B.电阻R2断路
C.电阻R2短路 D.电容器被击穿短路

5.如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率P总随电流I变化的图线.抛物线OBC为同一直流电源内部热功率Pr随电流I变化的图线.若A、B的横坐标为1 A，那么AB线段表示的功率等于
A.1 W B.3 W
C.2 W D.2.5 W
6.调整如图所示电路的可变电阻R的阻值，使电压表V的示数增大ΔU，在这个过程中
A.通过R1的电流增加，增加量一定等于ΔU/R1
B.R2两端的电压减小，减少量一定等于ΔU
C.通过R2的电流减小，但减少量一定小于ΔU/R2
D.路端电压增加，增加量一定等于ΔU
7.如图所示的电路中，电池的电动势E=9.0 V，内电阻r=2.0 Ω，固定电阻R1=1.0 Ω，R2为可变电阻，其阻值在0～10 Ω范围内调节，问：取R2=______时，R1消耗的电功率最大.取R2=_______时，R2消耗的电功率最大.
8.如图所示，变阻器R2的最大电阻是10 Ω，R3=5 Ω，电源的内电阻r=1 Ω，当电键S闭合，变阻器的滑片在中点位置时，电源的总功率为16 W，电源的输出功率为12 W.此时电灯R1正常发光，求：
（1）电灯阻值R1是多少?（设R1阻值恒定不变）
（2）当电键S断开时，要使电灯正常工作，应使变阻器的电阻改变多少?

9.如图1—30—11所示的电路中，电源由6个电动势E0=1.5 V、内电阻r0=0.1 Ω的电池串联而成；定值电阻R1=4.4 Ω，R2=6 Ω，R2允许消耗的最大电功率为Pm=3.375 W，变阻器开始接入电路中的电阻R3=12 Ω，求：
（1）开始时通过电池的电流多大?电源的输出功率多大?
（2）要使R2实际消耗的功率不超过允许的最大值，可变电阻R3的取值范围是什么?

答案：
例2． A C 例 3 B 例4. B 例5. A B D 例6．B
跟踪答案
1. D
2.C 从图中可知E=3 V，图线A和图线B的交点是电源和电阻R构成电路的工作点，因此P出=UI=4 W，P源=EI=6 W.
3.A S接1时，由E=U+Ir得r=2 Ω.RL=U额2/P额=2 Ω，故S接2时，UL=· RL= 1.6 V＜3.0 V，故灯很暗，此时电路中电流I′=0.8 A，有可能超过电源的额定电流，使电源烧毁导致灯不亮.
4.B
5.C PAB=PA-PB.表示电源的输出功率.C点表示电源处于短路状态，P源=P内.
6.AC
7.0;3.0 Ω.当RL=0时，电路中电流最大，R1消耗的电功率最大；电源进行等效变换，保持电源电动势E不变，将固定电阻R1归并到内电路，等效内电阻r′=r+R1，当R2=R1+r时，电源输出功率最大.
8.（1）2.5 Ω;（2）1.5 Ω
9.（1）1 A 8.4 W;（2）0≤R3≤30 Ω，第（2）问可将R1归为内电路，利用等效电源进行处理.
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