关于电路变化问题的定性分析

关于电路变化问题的定性分析关于电路变化问题的定性分析 在初中物理的电学习题中 经常会遇到这样一类问题 电源电压不变 由于可变电阻阻值变化 或 者说某个开关闭合或断开引起阻值变化 然后让你判断电路的电流 各电阻两端的电压以及电功率怎样变 化 学生对这样的问题感到非常棘手 其实这是有规律可循的 首先弄清电路的串并联关系 然后根据电 压 电阻 电流间的变化关系 在寻找变量的同时 要注意哪些是不变的物理量 便可以顺利解决问题 因为电阻 电流和电压是彼此关联的 要想处理好这类问题 主要解决好以下几个环节 局部电阻的变化 整个电路的电阻的变化 总电流的变化 局部定值电阻电压的变化 局部电流的变化 下面我们就几个 案例进行分析 一 滑动变阻器阻值的变化问题一 滑动变阻器阻值的变化问题 例例 1 1 在如图 1 所示的电路中 R1是定值电阻 电源电压 U 保持不变 当滑动变阻器滑片向右移动 时 电压表 电流表的示数如何变化 分析分析 滑片向右移动时 滑动变阻器接入电路的电阻 R2变大 由于 R1是定值电阻 所以串联电路 的总电阻 R串 R1 R2变大 串联电路的电流 I U R串 因 U 恒定不变 R串变大 所以 I 变小 电流表示 数就变小 定值电阻两端的电压 U1 IR1 因为 I 变小 而 R1不变 所以 U1变小 电压表示数变小 即分 析思路流程如下 表示增大 表示减小 思考 若要判断滑动变阻器两端电压 U2 能否根据 U2 IR2来判断 U2的变化 回答显然是否定的 因为 I 和 R2都是变化的 而此时的问题切入点应是 R2的阻值不变 再根据 U2 U U1 因 U 恒定不变 U1 减小 则 U2增大分析思路流程如下 例例 2 2 如图 2 所示 当滑动变阻器滑片向右移动时 各电压表 电流表的示数如何变化 解析解析 根据电路特点可以确定 R1和 R2并联 电压表测量的是 R2或 R1两端的电压 也就是电源的电 压 电流表 A A1和 A2分别测量的是通过干路 R1和 R2支路的电流 其实 这个问题的关键在于并联电 路的电流 电压和电阻的关系 滑动变阻器连入电路的阻值虽是增大的 但直接接在电源的两端 引起了 总电阻的变化 但并没引起总电压的变化 所以它只改变滑动变阻器这一支路电流 并不能改变 R1支路 电流 分析思路流程如下 例例 3 3 如图 3 所示电路 当滑片向左滑动时 各电表的示数如何变化 分析分析 此问题关键是分析电路 R1和 R2组成了一个串联电路 但 R1滑片的一端接在电压表上 也 就是说滑动变阻器的滑片并不能改变整个电路的总电阻 所以电路的电流并不改变 电压表测量的是加在 滑动变阻器 R1右面部分的电阻与 R2两端的电压之和 分析思路流程如下 例例 4 4 如图 4 所示电路 当滑片向右滑动时 各表的示数如何变化 分析分析 此电路是混联电路 R1和 R2并联再与 R3串联 电流表 A1 A2 A3分别测通过 R1 R2和干路 的电流 电压表测量的是滑动变阻器两端的电压 滑动变阻器的阻值增大 并联电路的等效电阻没有变化 当滑片向右滑时 R3变小 则 R总变小 总电流变大 这时的切入点是 R并不变 U并变大 因而 I1和 I2 变大 又由于 U 不变 U3变小 分析思路的流程如下 例例 5 5 如图 5 所示 当滑片向右滑动时 不包括最右端 各表示数变化情况 分析分析 这是一个混联电路 但滑动变阻器在一支路上 当滑片向右滑动时 接入电路的阻值减小 则并联部分的阻值减小 总阻值减小 总电流增大 此时切入点是干路上的电阻 R3 由于 R3的阻值不变 所以 U3变大 U并变小 流过 R1的电流变小 总电流变大 流过 R2的电流变大 分析思路的流程如下 例例 6 6 电路如图 6 所示 电源电压 U 6V 恒定不变 定值电阻 R 10 滑动变阻器最大值 Rm 20 关于滑动变阻器消耗的功率 下列说法正确的是 A 当滑片 P 在 a 端时 滑动变阻器消耗的功率为零 B 当滑片 P 在 ab 中点时 滑动变阻器消耗的功率为 0 9W C 当滑片 P 从 a 端移动到 b 的过程中 滑动变阻器消耗的功率逐渐变大 D 滑片 P 从 a 移动到 b 的过程中 滑动变阻器消耗的功率先变大后变小 分析分析 这个问题难点在于不是求滑动过程中定值电阻的电功率的变化关系 而是求滑动变阻器消耗 的电功率的变化关系 如果高中阶段用极值的方法解得当 R Rpa 滑动变阻器消耗的电功率最大 但在初 中阶段学生的数学知识储备不足 而且又是一道选择题 所以此时只能用特殊值法和排除法 分别算出滑 片在点 a b 和中点时的电功率的大小并进行比较 也可以得出三者的关系 则 则 则 所以 此题正确答案为选项 ABD 例例 7 7 如图 7 所示 当变阻器的滑片 P 置于某位置时 R1 R2两端的电压分别为 U1和 U2 当滑片 P 置于另一位置时 R1 R2两端的电压分别为 U1 和 U2 若 则 A B C D 无法判断哪个大 分析分析 如果将图 7 变换为图 8 就能非常方便地解决问题 当 R1增大时 总电阻增大 电压不变 电 流 I 变小 R0和 R2是定值电阻 可以把 R0和 R2看做是一个电阻 R 所以电阻 R 上的电压减小值是 U1的增 大值 即 则分析思路的流程如下 二 开关的闭合与断开问题二 开关的闭合与断开问题 这类问题也可以使电路中的电流 电阻和电压及电功率发生变化 分析此类问题同样应注意哪些是 不变的物理量 然后根据串并联关系 依据不变量推导变量的变化规律 例例 8 8 在如图 9 所示的电路中 R1 R2是定值电阻 电源电压 U 保持不变 当开关 S1由断开变为闭 合时 电压表 电流表的示数如何变化 分析分析 开关 S1断开时 R1与 R2组成串联电路 电压表测量的是 R1两端的电压 它只是总电压的一 部分 电流表测量的是串联电路中的电流 而当开关 S1闭合后 R2被短 路 电路中只有 R1 电压表测量的仍是 R1两端的电压即总电压 故电压表的读数变大 电流表此时测量 的是通过电阻 R1的电流 故电流表的读数变大 分析思路如下 综上所述 我们分析此类问题时 应从 局部 整体 局部 这一 不变 的原则来应对 万变 的电路变化 我们应紧紧把握哪些物理