在我市近几年的中考中,出现了一种新的题型――动态电路:即由于滑动变阻器滑片的滑动或开关的通断而使电路中的总电阻发生变化,从而引起电路中电流表和电压表示数的变化或小灯泡亮度的变化。在闭合电路中,只要电路中有开关的闭合、断开或滑动变阻器的滑片滑动,这时除电源和电路中的定值电阻、灯泡的电阻不变外,其他的物理量如干路中的电流及各支路的电流、电压的分配都会发生变化,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”。在分析时,要开拓思路,注意电路中各物理量的同一性、同时性的对应关系,要当做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,原则为化动为静,即画出等效电路图,再结合欧姆定律等规律就能解决这类问题。
一、滑动变阻器滑片P的移动引起电路中电学三大物理量的变化类
例1:如图(图略)所示的电路,电源电压保持不变,闭合开关,当滑动变阻器的滑片P向左滑动时,各电表的示数将如何变化:( )A.电流表A示数变大,电压表V示数变小;B.电流表A示数变大,电压表V示数变大;C.电流表A示数变小,电压表V示数变小;D.电流表A示数变小,电压表V示数变大。
分析:①首先判断出这两个电路的连接方式,电压表V测量哪个元件两端的电压,电流表A测量哪部分的电流;②其次判断出当滑动变阻器的滑片滑动时,电路中总电阻和总电流的变化情况;③最后结合欧姆定律和串、并联电路电流、电压的特点分析电流表和电压表示数的变化情况。
解答:①电阻R和变阻器R1组成串联电路,电压表V测量滑动变阻器R1两端的电压,电流表A测电路中的电流;②当滑动变阻器R1的滑片P向右滑动时,其接入电路阻值变小,电路中总电阻变小,根据欧姆定律得电路中电流变大,故电流表示数变大;③定值电阻R两端的电压为U=IR,I变大,R不变,因此U变大,故定值电阻R两端的电压U变大,电压表V1示数变大;因定值电阻R两端的电压U变大,电源两端电压保持恒定,根据串联电路电压的特点,滑动变阻器两端的电压U1会变小,故电压表V2的示数变小。故选B。
点评:本题考查了欧姆定律的应用以及滑动变阻器的使用,解决此类问题要判断滑动变阻器在电路中电阻的变化,再利用串联电路的特点和欧姆定律来判断电表示数的变化。
例2:电源电压保持不变,闭合开关,滑动变阻器滑片P从左向右移到中点的过程中,电流表A1、A2、电压表V的示数各如何变化?( ) A.电压表V和电流表A1、电流表A2的示数都变小;B.电流表A1的示数和电流表A2的示数保持不变;C.电流表A1示数变大,电流表A2和电压表V的示数不变;D.电流表A2示数变小,电流表A1和电压表V的示数不变。
分析:从图(图略)可知,R1和R2组成的是一个并联电路,电流表A1测量的是干路电路中的总电流,电流表A2测量的是通过定值电阻R2的电流,首先分析电路中电阻的变化,再利用公式I=U/R来分析电流表示数的变化,电压表测量的是R2两端的电压,可利用并联电路的特点进行分析。
解答:因为R1和R2组成的是一个并联电路,电压表测量的是R2两端的电压,故U1=U2=U,而电源两端电压保持不变,所以电压表示数保持不变;电流表A2测量的是通过定值电阻R2的电流,U2不变,R2不变,由公式I=U/R可知,电流表A2的示数保持不变;电流表A1测量的是干路中的电流,滑动变阻器滑片P从左向右滑动时,其连入电路中的电阻变小,所以电路中的总电阻变小,而U不变,由公式I=U/R可知,电流表A1的示数变大,电流表A2的示数保持不变。故选 C。
点评:本题考查了滑动变阻器对电流表和电压表的影响,解决此类问题要判断滑动变阻器在电路中电阻的变化,再利用并联电路的特点和欧姆定律来判断电压和电流的变化。
二、开关的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化类
例3:如图(图略)所示,电源电压不变,当开关S由断开到闭合时,电表示数的变化情况是:( ) A.电流表、电压表示数均变大;B.电流表、电压表示数均变小;C.电压表示数变大,电流表示数变小;D.电压表示数变小,电流表示数变大。
分析:先判断出开关闭合前后电路的连接方式,再判断电压表测哪个用电器两端的电压,最后根据欧姆定律解答。
解答:在开关闭合前,电阻R1和 R2组成串联电路。电压表V测量R2两端的电压,开关闭合后,电阻R1被局部短路,此时,电压表测量R2两端的电压,同时也测量电源两端的电压,因此电压表V的示数和原来相比将变大。
开关闭合前,电流表测量串联电路的电流;开关闭合后,由于电阻R1和电流表被局部短路,所以电流表的示数为零,和原来相比电流表的示数将变小。故选C。
点评:知道串联电路的特点,熟悉电压表的使用,会灵活应用欧姆定律。
例4:如图(图略)所示的电路,电源电压保持不变,当开关s闭合时,电表示数的变化情况是:( )A. A1示数不变,A2示数减小;B. A1示数不变,A2示数增大;C. A1、A2的示数均增大;D.A1示数减小,A2示数减小。
分析:先判断出电阻的连接方式和电流表是测量哪个电阻的电流后分析解答。
解答:两个电灯是并联的,电流表A1测支路中的电阻R1的电流,电流表A2测干路中的电流,当开关闭合后,电阻R1两端的电压还等于电源电压,故电流表A1的示数不变;而电路的总电阻变小,根据欧姆定律得,干路中的电流变大,故电流表A2的示数变大。故选B。
点评:本题考查了电路的连接方式的判断、并联电路的电流规律以及欧姆定律等知识。
通过以上的几道例题,我们不难分析出解决这类题目的一般思路。①判断电路的连接方式;②分析电路中电流表、电压表的测量对象;③分析滑动变阻器的滑片移动或开关的闭合、断开引起电路中总电阻的变化情况;④根据欧姆定律分析电路,得出总电阻的变化引起电路中总电流的变化情况,从而分析出电路中测量总电流的电流表的示数变化情况;⑤根据欧姆定律分析定值电阻两端的电压变化情况;⑥根据串、并联电路中的电压和电流关系分析其余电表变化情况。
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