浅析闭合电路中有关U/I、△U/△I的解题规律

来源 :学校教育研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tiancai9550
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  闭合电路中有关U/I、△U/△I的动态分析问题是近年来高考热门考点,此类问题涉及多个物理量的变化,思维容量要求比较大,许多考生在处理此类问题时不知所措。为了快速地处理此类问题,下面本文谈一谈此类问题的分析方法和解题规律。

一、定值电阻的电压和电流的关系


  如图1所示,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器,电压表、电流表均为理想电表,电源电动势为E,内阻为r,U为电压表的示数,I为电流表的示数,则当R2变大时,U/I与△U/△I分别为多少?
  1.规律分析
  (1)当R2变大时,回路中总电阻变大,由闭合电路欧姆定律可知,U与I都减小。
  (2)U是R1两端的电压,I是经过R1的电流,R1为定值电阻,所以U和I成正比关系,即U/I=R1 。
  (3)R1为定值电阻,由数学知识可知,电压的变化量和电流的变化量成正比,即△U/△I=U/I=R1
  2.规律总结
  (1)对定值电阻,定值电阻的电压和电流成正比。
  (2)对定值电阻,△U/△I=U/I等于定值电阻阻值的大小。

二、可变电阻的电压和电流的关系


  如图2所示,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器,电压表、电流表均为理想电表,电源电动势为E,内阻为r,U为电压表的示数,I为电流表的示数,则当R2变大时,U/I与|△U/△I|分别为多少?
  1.规律分析
  (1)当R2变大时,回路中总
  电阻变大,由闭合电路欧姆
  定律可知,I减小,U增大。
  (2)U为R2两端的电压,I为经过R2的电流,由欧姆定律可知,U/I=R2,R2为可变电阻,所以U与I不成正比关系。
  (3)由闭合电路欧姆定律得
  E=U+I(R1+r)
  移项后,有U=E-I(R1+r)
  电流为I1时,电压为U1,有U1=E-I1(R1+r)
  电流为I2时,电压为U2,有U2=E-I2(R1+r)
  △U=U2-U1
  △I=I2-I1
  解得:△U/△I=-(R1+r)
  取絕对值:|△U/△I|=R1+r
  2.规律总结
  (1)对可变电阻R2,U/I=R2,但U与I不成正比关系。
  (2)对可变电阻R2,|△U/△I|等于可变电阻之外的其余电阻阻值之和。

三、等效可变电阻的电压和电流的关系


  如图3所示,R1、R3均为定值电阻,R2为滑动变阻器,电压表、电流表均为理想电表,电源电动势为E,内阻为r,U为电压表的示数,I为电流表的示数,当R2变大时,U/I与|△U/△I|分别为多少?
  1.规律分析
  (1)R3为定值电阻,当R2变大
  时, R2+R3也会变大,回路中总电阻
  变大,由闭合电路欧姆定律可知,I减小,U增大。
  (2)我们称R2+R3为等效可变电阻。
  (3)U为R2+R3两端的电压,I为经过R2+R3的电流,由欧姆定律可知,U/I=R2+R3,R2+R3为等效可变电阻,所以U与I不成正比关系。
  (4)由闭合电路欧姆定律得
  E=U+I(R1+r)
  移项后,有U=E-I(R1+r)
  电流为I1时,电压为U1,有U1=E-I1(R1+r)
  电流为I2时,电压为U2,有U2=E-I2(R1+r)
  △U=U2-U1
  △I=U2-U1
  解得:△U/△I=-(R1+r)
  取绝对值:|△U/△I|=R1+r
  2.规律总结
  (1)对等效可变电阻R2+R3,U/I=R2+R3,但U与I不成正比关系。
  (2)对等效可变电阻R2+R3,|△U/△I|等于等效可变电阻之外的其余电阻阻值之和。

四、例题分析


  例一:在如图4所示的电路中,电源的内阻不可忽略,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向下滑动时,四个电表的示数都发生了变化,电表的示数分别用I、U1、U2和U3表示,电表示数变化量的大小分别△I、△U1、△U2、△U3表示,下列说法正确的是( )
  A.U1/I不变,△U1/△I不变
  B.U2/I变大,△U2/△I变大
  C.U3/I变大,△U3/△I不变
  D.|△U3/△I|>|△U2/△I|
  解析:电压表为理想电表,视为开路,电流表为理想电表,视为短路。当滑动变阻器的滑片P向下滑动时,R2变大,电路中总电阻变大,电流I减小,内电压减小。
  对选项A,R1为定值电阻,U1/I=R1不变,△U1/△I=R1不变,选项A正确。
  对选项B,R2为可变电阻,U2/I=R2,R2变大,所以U2/I变大,△U2/△I=-(R1+R3+r)不变,选项B错误。
  对选项C,R1+R2为等效可变电阻,U3/I=R1+R2,R2变大,所以U3/I变大,△U3/△I=-(R3+r)不变,选项C正确。
  对选项D,|△U3/△I|=R3+r,|△U2/△I|=R1+R3+r,|△U3/△I|<|△U2/△I|,选项D错误。
  正确答案:AC。
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