閉合電路的動(dòng)態(tài)問(wèn)題分析羅從武

1、專題 閉合電路的動(dòng)態(tài)問(wèn)題分析 重慶市忠縣拔山中學(xué)校 羅從武 分析電路的動(dòng)態(tài)問(wèn)題，應(yīng)該從下面幾個(gè)方面入手:1、認(rèn)識(shí)電路的結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的電路要簡(jiǎn)化。2、電壓表和電流表當(dāng)著理想的，電壓表的阻值視 為無(wú)窮大，電流表的阻值視為零。3、分清電壓表所測(cè)是哪部分的電壓，電流表所測(cè)得是哪部分導(dǎo)體的電流。4、把滑動(dòng)變阻器的連接方式分析清楚。5、關(guān)鍵抓住電路中是什么地方在變化。IRrU內(nèi)U外ERIU內(nèi)U外E. r 一定I = ER+rU內(nèi)= Ir E=U外+U內(nèi)RIU內(nèi)U外E. r 一定I = ER+rU內(nèi)= Ir E=U外+U內(nèi)1.理論根據(jù)：（1）閉合電路歐姆定律（2）部分電路歐姆定律3.結(jié)論：路端電壓隨著外電阻的

2、增大而增大，減小而減小。2.邏輯推理：程序法分析問(wèn)題的邏輯思路:4、注意事項(xiàng)（1）某一電阻的變化有以下幾種常見(jiàn)情況 電路結(jié) 構(gòu)不變，當(dāng)某一個(gè)電阻增大時(shí)，電路的總 電阻增大； 串聯(lián)的電阻個(gè)數(shù)增多時(shí)總電阻增大；并聯(lián)的電阻個(gè)數(shù)增多時(shí)，總電阻減小。（2）運(yùn)用程序法從整體轉(zhuǎn)到局部時(shí)，應(yīng)先分析固定支路，后分析變化支路，同時(shí)注意電流和電壓兩條線的轉(zhuǎn)換。5、滑線變阻器常見(jiàn)三種接法的特點(diǎn)（1）限流式接法： RAB隨pb間的電阻增大而增大。ABpb.a（2）分壓式接法： 當(dāng)P由a滑至b時(shí)，電路的總電阻RAB持續(xù)減??；若P點(diǎn)反向移動(dòng)，則RAB持續(xù)增大。ABabPR1R2.（3）并聯(lián)式電路。由于兩并聯(lián)支路的電阻之和為

3、定值，則兩支路的并聯(lián)電阻隨兩支路阻值之差的增大（減?。┒鴾p?。ㄔ龃螅磺抑纷柚迪嗟葧r(shí)有最大值，相差最大時(shí)有最小值。R1R2R3ABabp.證明：令兩支路的阻值被分為Ra、Rb,且Ra+Rb=R0,其中R0為定值。則設(shè)R1R2，當(dāng)滑動(dòng)端在b點(diǎn)時(shí)R并最小。例題歸類分析一、燈泡的亮暗分析例1、如圖電路，閉合電鍵S后，a、b、c三盞燈均能發(fā)光，電源電動(dòng)勢(shì)E恒定且內(nèi)阻r不可忽略?，F(xiàn)將變阻器R的滑片稍向上滑動(dòng)一些，三盞燈的亮度變化情況是（ ）A、a燈變亮，b、c燈變暗 B、a、c燈變亮，b燈變暗C、a、c燈變暗，b燈變亮 D、a、b燈變暗，c燈變亮cbaRB例2、如圖所示電路中，電源電壓恒定，當(dāng)K閉 合

4、后，滑動(dòng)變阻器的滑片P處于圖示位置時(shí)，小燈泡L1、L2、L3、L4的亮度均相同。若將P向右滑動(dòng)時(shí)，各燈泡亮度變化的情況是 AL1、L4變亮，L2、L3變暗；BL2變亮，L1變暗，L3、L4 亮度不變；CL1變暗，L3、L4變度不變， L2無(wú)法判斷；D四只燈泡亮度都變暗。 L1L2L3 PL4KA 關(guān)鍵：“牽一發(fā)而動(dòng)全身” 解題方法:分析燈泡亮暗問(wèn)題，關(guān)鍵是分析燈泡的電流或電壓，任一個(gè)增大或減小，燈泡將變亮或變暗。例1.在如圖所示的電路中，E為電源電動(dòng)勢(shì)， r為電源內(nèi)阻，R1和R3均為定值電阻，R2為滑動(dòng)變阻器。當(dāng)R2的滑動(dòng)觸點(diǎn)在a端時(shí)合上開(kāi)關(guān)S，此時(shí)三個(gè)電表A1、A2和V的示數(shù)分別為I1、I2

5、和U?，F(xiàn)將R2的滑動(dòng)觸點(diǎn)向b端移動(dòng)，則三個(gè)電表示數(shù)的變化情況是 （ ）AI1增大，I2不變，U增大BI1減小，I2增大，U減小CI1增大，I2減小，U增大DI1減小，I2不變，U減小BSR1R2R3E rA1A2Vab.應(yīng)用“串反并同”法則分析可直接得出結(jié)論。二、判斷電表的讀數(shù)增減問(wèn)題“串反并同” “并同”：是指某一電阻增大（減?。r(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大（減?。?“串反”：是指某一電阻增大（減?。r(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小（增大）。（1）條件：E、r（r0）一定， 單變量電路。（2）規(guī)律：“串反并同”（3）說(shuō)明：明確

6、廣義的“串”和“并”的物理意義。注意真理是相對(duì)的。例2.電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電源與定值電阻R1、R2及滑動(dòng)變阻器R連接成如圖所示的電路，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的觸頭由中點(diǎn)滑向b端時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（ ）A. 電壓表和電流表讀數(shù)都增大B. 壓表和電流表讀數(shù)都減小C. 電壓表讀數(shù)增大，電流表讀數(shù)減小D. 電壓表讀數(shù)減小，電流表讀數(shù)增大【解析】設(shè)滑動(dòng)變阻器的觸頭上部分電阻為x，則電路的總電阻為A滑動(dòng)變阻器的觸頭由中點(diǎn)滑向b端時(shí)，并聯(lián)支路電阻x增大，故路端電壓變大，同時(shí)并聯(lián)部分的電壓變大，故通過(guò)電流表的電流增大，故選項(xiàng)A正確?！按床⑼盇ErRabR1R2V例3.（2011年上海物理卷）如圖所示電路中，閉

7、合電鍵S，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P從最高端向下滑動(dòng)時(shí)（ ）A電壓表V讀數(shù)先變大后變小，電流表A讀數(shù)變大B電壓表V讀數(shù)先變小后變大，電流表A讀數(shù)變小C電壓表V讀數(shù)先變大后變小，電流表A讀數(shù)先變小后 變大D電壓表V讀數(shù)先變小后變大，電流表A讀數(shù)先變大后變小VAPRErSA【解析】外電路電路結(jié)構(gòu)為滑動(dòng)變阻器的上部分電阻R1與下部分電阻R2并聯(lián)后再與電阻R串聯(lián)。當(dāng)R1R2時(shí)，R并最大，可知外電路電阻先增大后減小，干路電流先減小后增大，路端電壓先增大后減小，排除B、D選項(xiàng)；討論電流表示數(shù)變化時(shí)，可將電阻R與電源內(nèi)阻r之和等效為電源內(nèi)阻r內(nèi)，外電路只有R1與R2并聯(lián)，當(dāng)R1R2時(shí)，P向下移動(dòng)，R2減小，而

8、電壓增大，故電流表A的讀數(shù)增大；當(dāng)R1R2時(shí)，P繼續(xù)向下移動(dòng)，R1增大，且其兩端電壓減小，故通過(guò)R1的電流減小，而由前面的判斷可知此時(shí)干路電流增大，故另外一條支路R2上的電流必定增大，即電流表A讀數(shù)繼續(xù)增大，綜上所述電流表讀數(shù)一直增大，A對(duì)。三、電表讀數(shù)之比及讀數(shù)變化之比問(wèn)題例1.（ 2006年上海物理卷11）如圖所示電路中，閉合電鍵S，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向下滑動(dòng)時(shí)，四個(gè)理想電表的示數(shù)都發(fā)生變化，電表的示數(shù)分別用I、U1、U2和U3表示，電表示數(shù)變化量的大小分別用I、U1、U2和U3表示下列比值正確的是（ ）A.U1/I不變,U1/I不變 B.U2/I變大,U2/I變大 C.U2/I變大

9、,U2/I不變 D.U3/I變大,U3/I不變AV1V2V3R1R2PSE r A C D 不變變大不變變大不變例2、 如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)電阻為r當(dāng)滑動(dòng)變阻器的觸片P從右端滑到左端時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓表V1、V2示數(shù)變化的絕對(duì)值分別為U1和U2，下列說(shuō)法中正確的是 （ ）A.小燈泡L1、L3變暗，L2變亮B.小燈泡L3變暗，L1、L2變亮C.U1U2V2V1L1L2L3P B D 四、功率變化問(wèn)題例1、如圖所示的電路,電源的電動(dòng)勢(shì)E=9.0V，內(nèi)電阻r=2.0，定值電阻R1=1.0，R2為可變電阻，其阻值在0-10范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。（1）R2取何值時(shí)， 電源的輸出功率最大？（2） R2 取何值時(shí)，

10、R1消耗的電功率最大？（3）R2取何值時(shí)， R2 消耗的電功率最大？R2R1E r1、當(dāng)內(nèi)外電阻相等時(shí)，電源輸出的功率最大，但此時(shí)效率才50%。2、模型化歸：研究變阻器上消耗功率最大時(shí)，可把定值電阻看作內(nèi)阻。例2、已知如圖，E = 6V，r = 4，R1= 2， R2的變化范圍是010。求： R2取何值時(shí) （1）電源的總功率最大？（2）電源的輸出功率最大？（3） R1上消耗的功率最大？（4） R2上消耗的功率最大？E rR2R1（1）0 6W（2）2 2.25W（3）0 2W（4）6 1.5WA 例1、如圖所示的電路中，閉合電鍵，燈L1、L2正常發(fā)光，由于電路出現(xiàn)故障，突然發(fā)現(xiàn)燈L1變亮，燈L

11、2變暗，電流表的讀數(shù)變小，根據(jù)分析，發(fā)生的故障可能是：（ ）A、R1斷路 B、R2斷路C、R3短路 D、R4短路五、電路故障問(wèn)題例2.某興趣小組對(duì)一火災(zāi)報(bào)警裝置的部分電路進(jìn)行探究，其電路如圖所示，其中R2是半導(dǎo)體熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化關(guān)系如圖乙所示當(dāng)R2所在處出現(xiàn)火情時(shí)，通過(guò)電流表的電流I和a、b兩端電壓U與出現(xiàn)火情前相比 （ ） AI變大，U變大 BI變小，U變小 CI變小，U變大 DI變大，U變小R1AR4R2R3Erab甲O乙tRD例3、如圖所示的電路中，閉合電鍵k后，燈a和b都正常發(fā)光， 后來(lái)由于某種故障使燈b突然變亮，電壓表讀數(shù)增加，由此推 斷這故障可能是 （ ）Aa燈燈絲燒斷

12、 B電阻R2斷C電阻R2短路 D電容被擊穿短路B六、含容電路的分析思路方法：1、電路穩(wěn)定后，電容器在電路中就相當(dāng)于斷路.2、電路穩(wěn)定后，電容所在電路無(wú)電流，所以其兩端的電壓就是所在支路兩端的電壓3、電路的電壓、電流變化時(shí)，會(huì)引起電容器的充放電，進(jìn)而引起內(nèi)部電場(chǎng)的變化例1. 圖中,開(kāi)關(guān)S1、S2均處于閉合狀態(tài),在分別斷開(kāi)S1、S2 后的短暫過(guò)程中,關(guān)于流過(guò)電阻R1、R2的電流方向,以下判斷正確的是A、若只斷開(kāi)S1,流過(guò)R1的電流方向?yàn)樽宰笙蛴?B、若只斷開(kāi)S1,流過(guò)R1的電流方向?yàn)樽杂蚁蜃?C、若只斷開(kāi)S2,流過(guò)R2的電流方向?yàn)樽宰笙蛴?D、若只斷開(kāi)S2,流過(guò)R2的電流方向?yàn)樽杂蚁蜃驛C R1R

13、2Cs2s1E例2、一平行板電容器C,極板是水平放置的,它和三個(gè)可變電阻及電源聯(lián)接成如圖所示的電路.今有一質(zhì)量為m的帶電油滴懸浮在兩極板之間靜止不動(dòng).要使油滴上升,可采用的辦法是: A.增大R1 B.增大R2C.增大R3 D.減小R2 例4、如圖所示，電源電壓200V，兩個(gè)電容器 完全相同，靜電計(jì)讀數(shù)U和電壓表讀數(shù)U，以下說(shuō)法正確的是（ ） A.U=100V, U=100V B.U=0, U=200V C.U=200V, U=0 D.U=100V, U=0VC1C2C例5、如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)=12伏，內(nèi)阻r=1歐，電阻R1=3歐，R2=2歐，R3=5歐，電容器的電容量C1=4F,C2=1F,

14、求C1、C2所帶電量。 Q1=1.610-5庫(kù) Q2=10-5庫(kù)例5、如圖所示，E=10V，C1=C2=30F，R1=4.0， R2=6.0，電池內(nèi)阻可忽略：先閉合開(kāi)關(guān)K，待電路穩(wěn)定后，再將K斷開(kāi)，則斷開(kāi)K后流過(guò)電阻R2、R1的電量為多少？ER2R1KC2C1E=12VR1R2C1R3C2例6、如圖所示，已知E=12V，r=1，R1=3 ，R2=2 ，R3=5 ，C1=4 F，C2=1 F，則C1所帶的電量為多少庫(kù)侖，C2所帶的電量為多少庫(kù)侖，并指出C1，C2哪個(gè)極板帶正電？例題7、如圖所示，M、N是平行板電容器的兩個(gè)極板，R0為定值電阻，R1、R2為可調(diào)電阻，用絕緣細(xì)線將質(zhì)量為m、帶正電的小

15、球懸于電容器內(nèi)部閉合電鍵S，小球靜止時(shí)受到懸線的拉力為F.調(diào)節(jié)R1、R2，關(guān)于F的大小判斷正確的是()A. 保持R1不變，緩慢增大R2時(shí)，F(xiàn)將變大B. 保持R1不變，緩慢增大R2時(shí)，F(xiàn)將變小C. 保持R2不變，緩慢增大R1時(shí)，F(xiàn)將變大D. 保持R2不變，緩慢增大R1時(shí)，F(xiàn)將變小B例題8、如圖所示電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r，電阻R3為定值電阻，R1、R2為滑動(dòng)變阻器，A、B為電容器兩個(gè)水平放置的極板。當(dāng)滑動(dòng)變阻器R1、R2的滑動(dòng)觸頭處于圖示位置時(shí)，A、B兩板間的帶電油滴靜止不動(dòng)。則下列說(shuō)法中正確的是()A把R2的觸頭向右緩慢移動(dòng)時(shí)，油滴向下運(yùn)動(dòng)B把R1的觸頭向右緩慢移動(dòng)時(shí)，油滴向上運(yùn)動(dòng)C緩

16、慢增大極板A、B間的距離，油滴靜止不動(dòng)D緩慢減小極板A、B的正對(duì)面積，油滴向上運(yùn)動(dòng)B例題9、如圖所示，內(nèi)壁光滑、內(nèi)徑很小的1/4圓弧管固定在豎直平面內(nèi)，圓弧的半徑為0.2m，在圓心O處固定一個(gè)電荷量為- 110-9 C的點(diǎn)電荷。質(zhì)量為0.06kg、略小于圓管截面的帶電小球,從與O點(diǎn)等高的A點(diǎn)沿圓管內(nèi)由靜止運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)B ,到達(dá)B點(diǎn)小球剛好與圓弧沒(méi)有作用力，然后從B點(diǎn)進(jìn)入板距d= 0.08m的兩平行板電容器后剛好能在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng),且此時(shí)電路中的電動(dòng)機(jī)剛好能正常工作。已知電源的電動(dòng)勢(shì)為12V,內(nèi)阻為1,定值電阻R的阻值為6，電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為0.5.求（取g=10m/s2,靜電力常量k=9

17、.0 109 Nm2/C2） （1）小球到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度；（2）小球所帶的電荷量；（3）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率。解:1）對(duì)小球從A-B由動(dòng)能定理：得2）由分析可得小球帶正電,設(shè)其電量為Q,在B點(diǎn)，由牛頓第二定律得：3)小球在兩板之間時(shí)：對(duì)R:對(duì)電動(dòng)機(jī)：例題10、電源內(nèi)阻r=2，R1=8，R2=10，K1閉合，K2斷開(kāi)時(shí)，在相距d=70cm，水平放置的固定金屬板AB間有一質(zhì)量m=1.0g，帶電量為q=7105C的帶負(fù)電的微粒，恰好靜止在AB兩板中央的位置上，求（1）電源的電動(dòng)勢(shì)（2）將K1斷開(kāi)0.1s后，又將K2閉合，微粒再經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間與極板相碰。（g=10m/s2）【解答】（1）對(duì)小球 （4分） （

18、2） （1分） （1分） 距上極板25cm時(shí)V=0粒子不能碰到上極板（2分） （2分）例11.如圖所示的電路中，4個(gè)電阻的阻值均為R，E為直流電源，其內(nèi)阻可以不計(jì)，沒(méi)有標(biāo)明哪一極是正極.平行板電容器兩極板間的距離為d.在平行極板電容器的兩個(gè)平行極板之間有一個(gè)質(zhì)量為m,電量為q的帶電小球.當(dāng)電鍵K閉合時(shí)，帶電小球靜止在兩極板間的中點(diǎn)O上.現(xiàn)把電鍵打開(kāi)，帶電小球便往平行極板電容器的某個(gè)極板運(yùn)動(dòng)，并與此極板碰撞，設(shè)在碰撞時(shí)沒(méi)有機(jī)械能損失，但帶電小球的電量發(fā)生變化.碰后小球帶有與該極板相同性質(zhì)的電荷，而且所帶的電量恰好剛能使它運(yùn)動(dòng)到平行極板電容器的另一極板.求小球與電容器某個(gè)極板碰撞后所帶的電荷.解:由電路圖可以看出，因R4支路上無(wú)電流，電容器兩極板間電壓，無(wú)論K是否閉合始終等于電阻R3上的電壓U3，當(dāng)K閉合時(shí)，設(shè)此兩極板間電壓為U，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，由分壓關(guān)系可得UU3 E小球處于靜止，由平衡條件得 mg當(dāng)K斷開(kāi)，由R1和R3串聯(lián)可得電容兩極板間電壓U為U