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〔关键词〕 初中物理;习题;电路图;开关;滑动变阻器
〔中图分类号〕 G633.7〔文献标识码〕 C
〔文章编号〕 1004—0463(2010)07(A)—0047—02
在初中物理电学部分,电路的动态分析是重点和难点,也是中考热点.因为这类题目中考查的知识点多,并且对学生的逻辑思维能力、推理能力的要求都较高,因此学生感到很难.那么,怎样解决这类问题呢?
一、“开关电路”的动态分析
“开关电路”是指电路中含有一个或多个开关的电路.当某些开关闭合或打开时电路结构就发生变化,电路总电阻也变化,从而引起电路中电流或电压的变化.解决这类问题的关键是:分析清楚当某些开关打开和闭合时电路结构怎样变化,在不同结构下分析电阻怎样变化,画出等效电路图,再根据欧姆定律和不同电路中电流、电压、功率与电阻的关系讨论解决.
例1:如图1,电源电压恒定,小灯泡L1标有“12V.6W”字样,当开关K1闭合,K接a时,灯泡L1能正常发光,当K1断开,K接b时,电压表示数为6V,求:
(1) 小灯泡L2的阻值是多少?(2)第二种情况中两灯泡的实际功率是多少?
解析:这是一种典型的“开关电路”,首先分析清楚两种状态下电路的结构,如图2和图3,当K1闭合K接a时,从图2可看出L1、L2是并联的,电压表测的是L2两端的电压,也是L1两端的电压,即电源电压,此时灯泡L1正常发光,所以电源电压U=12V.
当K1断开,K接b时,从图3可看出L1、L2串联,电压表测的是L2两端的电压,即U2=6V.
U1=U-U2=12V-6V=6V.又因为R1=■=■?赘=24?赘,再根据串联电路的分压特点:■=■R2=■·R1=■×24?赘=24?赘
通过两灯泡的电流为:I=■=■A=0.25A
L1、L2的实际功率:P1=IU1=0.25×6W=1.5W
P2=IU2=0.25×6W=1.5W
例2:如图4,当S2闭合,S1、S3打开时,R1消耗的功率为9W,当S2打开,S1、S3闭合时,R1消耗的功率为16W,且通过R2的电流为4A.那么电源电压和电阻R1、R2各多大?
解析:当S1、S2打开,S3闭合时,电路等效图如图5.
(■)2·R1=9(1)
当S1、S3闭合,S2打开时,电路等效图如图6.
■=16(2)
(1)(2)组成方程组,得R1=3R2
又如图6,I1R1=I2R2 I1=■=■=■A
I12R1=16R1=■?赘=9?赘R2=3?赘
P1=■U=■=■=12V
二、“滑动变阻器电路”的动态分析
“滑动变阻器电路”是指电路中含有滑动变阻器的电路,当滑动变阻器的滑动头移动时,电路中总电阻变化(有时也会引起电路结构的变化),从而引起总电流及局部电压变化.分析这种电路的关键在于滑动头移动时,先看滑动变阻器连入电路的电阻和总电阻如何变化,再结合不同电路的电流、电压、功率与电阻的关系及欧姆定律解决问题.
例3:如图7所示,当滑动变阻器的滑动头P向右滑动时,电压表、电流表的示数将:
(A)V1示数变大(B)V2示数不变
(C)A示数不变 (D)三表示数均变小
解析:电压表V2测的是R1两端的电压,电流表A测的是总电流,电压表V1测的是AP之间的电压,由于电流不会从A点通过电压表V1到P点,始终通过整个变阻器R,因此,整个变阻器的电阻接入电路,当P向右滑动时不会改变电路的总电阻.由I=■可知,电路中的总电流保持不变,则电流表A的示数不变.由U2=IR1可知,电压表V2的示数也不变.P向右滑动时,RAP不断增大,由U1=IRAP知,电压表V1的示数增大.
例4:如图8所示,电源电压12V保持不变,滑动变阻器的最大阻值R1=18?赘,定值电阻R2=6?赘,在滑动片滑动的过程中,电流表的最大示数是多少安?最小示数是多少安?电压表的最大示数是多少伏?最小示数是多少伏?在电路中,当P向右滑动时,R1两端的电压将怎样变化?R2消耗的功率将怎样变化?
解析:电流表测得的是总电流,电压表测得的是R2两端的电压.要使电流表A示数最大,则总电阻应最小.变阻器接入电路的电阻是ap之间的电阻,且与R2串联.当P滑至a端时,R1在电路中的阻值为零,此时,电路中的总电阻最小为R2=6?赘,Imax=■=■A=2A;当P滑至b端时,电路中的总电阻最大,R总=R1+R2=18?赘+6?赘=24?赘,Imin=■=■A=0.5A.电路中的电流最大时,R2两端的电压最大,U2max=ImaxR2=2×6V=12V.电路中的电流最小时,R2两端的电压最小,U2min=IminR2=0.5×6V=3V.当P向右滑动时,R1在电路中的阻值增大,总电阻将增大,总电流减小,R2两端的电压将减小.由U=U1+U2得,U1=U-U2,R1两端的电压将增大,由于R2两端的电压将减小,由P2=■得,R2消耗的功率将减小.
例5:如图9所示,电源电压保持不变,当滑动变阻器的滑片P置于变阻器的C点时,ac部分的电阻为变阻器总电阻R的1/3,此时,电压表示的示数为6V,灯泡L消耗的功率为12W.当滑片P滑动到b端时,电压表的示数为9V,求灯泡L的灯丝电阻是多少?(设灯丝电阻值不变).
解析:滑动变阻器连入电路的电阻是ap之间的电阻,且与灯L串联,电压表V测得是滑动变阻器两端的电压.
当P置在C点时,Rac=■R,I1=■=■=■
PL=I12RL=(■)2×RL=12 得RL=■
U=I1(Rac+RL)=■(■R+■)(1)
当P置在b端时,I2=■=■
U=9+I2RL=9+■×■=9+■(2)
由(1)(2)组成方程得■(■R+■)=9+■R
得R=9?赘 ∴RL=■=■?赘=3?赘
通过以上分析解“滑动变阻器电路”的方法与解“开关电路”的方法一样,只要掌握了其中的一种方法,另外一种电路问题也就迎刃而解了.从中我们还看出解这类题还要抓住不变量——电源电压和定值电阻,必要时还要列方程组进行解答.
〔中图分类号〕 G633.7〔文献标识码〕 C
〔文章编号〕 1004—0463(2010)07(A)—0047—02
在初中物理电学部分,电路的动态分析是重点和难点,也是中考热点.因为这类题目中考查的知识点多,并且对学生的逻辑思维能力、推理能力的要求都较高,因此学生感到很难.那么,怎样解决这类问题呢?
一、“开关电路”的动态分析
“开关电路”是指电路中含有一个或多个开关的电路.当某些开关闭合或打开时电路结构就发生变化,电路总电阻也变化,从而引起电路中电流或电压的变化.解决这类问题的关键是:分析清楚当某些开关打开和闭合时电路结构怎样变化,在不同结构下分析电阻怎样变化,画出等效电路图,再根据欧姆定律和不同电路中电流、电压、功率与电阻的关系讨论解决.
例1:如图1,电源电压恒定,小灯泡L1标有“12V.6W”字样,当开关K1闭合,K接a时,灯泡L1能正常发光,当K1断开,K接b时,电压表示数为6V,求:
(1) 小灯泡L2的阻值是多少?(2)第二种情况中两灯泡的实际功率是多少?
解析:这是一种典型的“开关电路”,首先分析清楚两种状态下电路的结构,如图2和图3,当K1闭合K接a时,从图2可看出L1、L2是并联的,电压表测的是L2两端的电压,也是L1两端的电压,即电源电压,此时灯泡L1正常发光,所以电源电压U=12V.
当K1断开,K接b时,从图3可看出L1、L2串联,电压表测的是L2两端的电压,即U2=6V.
U1=U-U2=12V-6V=6V.又因为R1=■=■?赘=24?赘,再根据串联电路的分压特点:■=■R2=■·R1=■×24?赘=24?赘
通过两灯泡的电流为:I=■=■A=0.25A
L1、L2的实际功率:P1=IU1=0.25×6W=1.5W
P2=IU2=0.25×6W=1.5W
例2:如图4,当S2闭合,S1、S3打开时,R1消耗的功率为9W,当S2打开,S1、S3闭合时,R1消耗的功率为16W,且通过R2的电流为4A.那么电源电压和电阻R1、R2各多大?
解析:当S1、S2打开,S3闭合时,电路等效图如图5.
(■)2·R1=9(1)
当S1、S3闭合,S2打开时,电路等效图如图6.
■=16(2)
(1)(2)组成方程组,得R1=3R2
又如图6,I1R1=I2R2 I1=■=■=■A
I12R1=16R1=■?赘=9?赘R2=3?赘
P1=■U=■=■=12V
二、“滑动变阻器电路”的动态分析
“滑动变阻器电路”是指电路中含有滑动变阻器的电路,当滑动变阻器的滑动头移动时,电路中总电阻变化(有时也会引起电路结构的变化),从而引起总电流及局部电压变化.分析这种电路的关键在于滑动头移动时,先看滑动变阻器连入电路的电阻和总电阻如何变化,再结合不同电路的电流、电压、功率与电阻的关系及欧姆定律解决问题.
例3:如图7所示,当滑动变阻器的滑动头P向右滑动时,电压表、电流表的示数将:
(A)V1示数变大(B)V2示数不变
(C)A示数不变 (D)三表示数均变小
解析:电压表V2测的是R1两端的电压,电流表A测的是总电流,电压表V1测的是AP之间的电压,由于电流不会从A点通过电压表V1到P点,始终通过整个变阻器R,因此,整个变阻器的电阻接入电路,当P向右滑动时不会改变电路的总电阻.由I=■可知,电路中的总电流保持不变,则电流表A的示数不变.由U2=IR1可知,电压表V2的示数也不变.P向右滑动时,RAP不断增大,由U1=IRAP知,电压表V1的示数增大.
例4:如图8所示,电源电压12V保持不变,滑动变阻器的最大阻值R1=18?赘,定值电阻R2=6?赘,在滑动片滑动的过程中,电流表的最大示数是多少安?最小示数是多少安?电压表的最大示数是多少伏?最小示数是多少伏?在电路中,当P向右滑动时,R1两端的电压将怎样变化?R2消耗的功率将怎样变化?
解析:电流表测得的是总电流,电压表测得的是R2两端的电压.要使电流表A示数最大,则总电阻应最小.变阻器接入电路的电阻是ap之间的电阻,且与R2串联.当P滑至a端时,R1在电路中的阻值为零,此时,电路中的总电阻最小为R2=6?赘,Imax=■=■A=2A;当P滑至b端时,电路中的总电阻最大,R总=R1+R2=18?赘+6?赘=24?赘,Imin=■=■A=0.5A.电路中的电流最大时,R2两端的电压最大,U2max=ImaxR2=2×6V=12V.电路中的电流最小时,R2两端的电压最小,U2min=IminR2=0.5×6V=3V.当P向右滑动时,R1在电路中的阻值增大,总电阻将增大,总电流减小,R2两端的电压将减小.由U=U1+U2得,U1=U-U2,R1两端的电压将增大,由于R2两端的电压将减小,由P2=■得,R2消耗的功率将减小.
例5:如图9所示,电源电压保持不变,当滑动变阻器的滑片P置于变阻器的C点时,ac部分的电阻为变阻器总电阻R的1/3,此时,电压表示的示数为6V,灯泡L消耗的功率为12W.当滑片P滑动到b端时,电压表的示数为9V,求灯泡L的灯丝电阻是多少?(设灯丝电阻值不变).
解析:滑动变阻器连入电路的电阻是ap之间的电阻,且与灯L串联,电压表V测得是滑动变阻器两端的电压.
当P置在C点时,Rac=■R,I1=■=■=■
PL=I12RL=(■)2×RL=12 得RL=■
U=I1(Rac+RL)=■(■R+■)(1)
当P置在b端时,I2=■=■
U=9+I2RL=9+■×■=9+■(2)
由(1)(2)组成方程得■(■R+■)=9+■R
得R=9?赘 ∴RL=■=■?赘=3?赘
通过以上分析解“滑动变阻器电路”的方法与解“开关电路”的方法一样,只要掌握了其中的一种方法,另外一种电路问题也就迎刃而解了.从中我们还看出解这类题还要抓住不变量——电源电压和定值电阻,必要时还要列方程组进行解答.