徐希坤
題型分析
動態電路分析題是初中物理電學部分的重要考查內容之一,一般分為以下兩種類型。
一、開關通斷引起的電路變化問題
解決這類問題的一般方法是:
(1)分析出控制變化的開關閉合前后電路結構所發生的變化,弄清不同情況下連入電路中電路元件的連接方式,及各種電表測量的是哪部分的電流和電壓。
(2)分析電路變化時各部分電阻、電流、電壓等物理量的變化情況。
(3)運用學過的歐姆定律、串聯、并聯電路的特點進行分析,弄清相關聯的物理量及已知量的關系,尋找求解的方法,準確判定電壓表和電流表的示數變化。
二、滑動變阻器阻值變化引起的電路變化問題
解答此類題時,首先要看清電路結構,明確用電器的連接方式,弄清是串聯電路還是并聯電路。接下來的一般方法是:
1. 串聯電路中的動態變化
(1)判斷電流表、電壓表所測的對象;
(2)根據滑動變阻器的滑片移動情況及串聯電路電阻特點R總 = R1 + R2,判斷總電阻的變化情況;
(3)根據I總 = [U總R總]判斷電流的變化情況;
(4)根據U1 = I1R1 判斷定值電阻兩端電壓的變化情況;
(5)根據串聯電路電壓特點U總 = U1 + U2,判斷滑動變阻器兩端的電壓變化情況。
注意:根據U1∶U2 = R1∶R2且U總 = U1 + U2(U總不變),可快速判斷若R1增大則U1增大,反之亦然。
2. 并聯電路中的動態變化
在并聯電路中分析電表示數變化時,由于并聯電路各支路兩端的電壓和電源電壓相等,所以應先考慮電壓表的示數不變。又因為并聯電路各支路相互獨立,互不影響,可根據歐姆定律分別判斷各支路中電流的變化,再根據I總 = I1 + I2分析出干路中電流的變化,關鍵是要分清電表所測的對象。
考題再現
例1 (2023·遼寧·沈陽)(多選)如圖1,電源兩端電壓保持不變,閉合開關S,在滑動變阻器的滑片P向右移動的過程中,下列說法正確的是(______)。
A. 電流表A的示數不變,電壓表V2的示數變小
B. 電壓表V1的示數變小,電壓表V2的示數不變
C. 電流表A的示數變小,電阻R1的電功率變大
D. 電壓表V2的示數與電流表A的示數的比值變大
解析:本題考查串聯電路的規律及歐姆定律和電功率公式的運用,解題關鍵是對電路結構進行分析。由電路圖可知,兩電阻串聯,電壓表V1測R1兩端電壓,V2測電源電壓,電流表測電路的電流。在滑動變阻器的滑片P向右移動的過程中,滑動變阻器連入電路的電阻變大,由串聯電路電阻的規律可知,電路的總電阻變大,由歐姆定律可知,電流表示數變小。根據U = IR可知,R1的電壓變小,即V1的示數變小。由于V2測電源電壓,故其示數不變。因電路的電流變小,根據P = I2R可知,電阻R1的電功率變小,故B正確,A、C錯誤。根據歐姆定律可知,電壓表V2的示數與電流表A的示數的比值為串聯電路的總電阻,所以該比值變大,故D正確。
答案:BD
例2 (2023·遼寧·本溪、遼陽、葫蘆島)如圖2所示電路,閉合開關,在滑動變阻器的滑片由右向左最大范圍內調節的過程中,下列說法正確的是(______)。
A. 電流表A1示數不變
B. 電壓表V示數變小
C. 電流表A1示數與電流表A2示數之差變小
D. 電壓表V示數與電流表A1示數的乘積變大
解析:本題考查了并聯電路的特點和歐姆定律的應用,解題關鍵是對電路串并聯的辨別和電表所測電路元件的判斷。
由電路圖可知,燈泡與滑動變阻器并聯,電流表A1測干路電流,電流表A2測燈泡支路的電流,電壓表測電源的電壓。閉合開關S,在滑動變阻器的滑片從右向左移動的過程中,由于電源電壓不變,所以電壓表示數不變,故B錯誤?;蜃笠苿?,滑動變阻器接入電路的電阻變小,根據歐姆定律可知,通過滑動變阻器的電流變大,由于電流表A1示數與電流表A2示數之差就是通過滑動變阻器的電流,所以電流表A1示數與電流表A2示數之差變大,故C錯誤。由于并聯電路各支路互不影響,所以通過燈泡的電流不變,電流表A2示數不變;根據并聯電路的電流規律可知,干路中的電流變大,電流表A1示數變大,故A錯誤。電壓表示數不變,電流表A1示數變大,則電壓表V示數與電流表A1示數的乘積變大,故D正確。
答案:D
方法歸納
動態電路分析的關鍵是“化動為靜”,即畫出等效電路圖,再結合串、并聯電路特點及歐姆定律就能解決這類問題。
分析方法:
第一步,簡化電路(識別電路、確定電路類型);第二步,判斷電表測定位置;第三步,動態分析(關鍵是電阻的變化)。
解題方法:從滑動變阻器電阻變化、開關閉合前后電阻變化的局部入手,用歐姆定律公式分析整體電流的變化,再回到局部研究部分電壓變化,即“局部—整體—局部”。
注意:抓住題中不變的量,如電源電壓不變,定值電阻阻值不變,一般情況下燈泡電阻不變。
變式訓練
1. 如圖3所示的電路,只閉合開關S1,將滑動變阻器滑片從最右端向左移動至中點,燈泡L的亮度將____________(填“變亮”“變暗”或“不變”)。保持滑片位置不動,再閉合開關S2,電壓表示數____________,電流表示數____________。(以上兩空均填“變大”“變小”或“不變”)。
2. 計算機鼠標內裝有自動控制傳感器,其工作原理電路如圖4所示。物體M在導軌上左右移動時,可帶動與之相連的滑動變阻器滑片P左右移動,電壓表示數變化可反映出物體M移動的距離。當物體M向右移動時(______)。
A. 電流表示數不變,電壓表示數變小
B. 電流表示數變大,電壓表示數變大
C. 電壓表示數和電流表示數的比值變大
D. 電壓表示數和電流表示數的比值不變
答案:1. 變亮 變小 變大 2. C
(作者單位:錦州市實驗學校)