高中物理動(dòng)態(tài)電路分析

1、2011高三物理模型組合講解一一電路的動(dòng)態(tài)變化模型模型概述“電路的動(dòng)態(tài)變化”模型指電路中的局部電路變化時(shí)引起的電流或電壓的變化，變化起 因有變阻器、電鍵的閉合與斷開、變壓器變?cè)褦?shù)等。不管哪種變化，判斷的思路是固定的， 這種判斷的固定思路就是一種模型。模型講解一、直流電路的動(dòng)態(tài)變化1.直流電路的動(dòng)態(tài)變化引起的電表讀數(shù)變化問題例1.如圖1所示電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片p向左移動(dòng)時(shí)，各表（各電表內(nèi)阻對(duì)電路的影響均不考慮）的示數(shù)如何變化？為什么？圖1解析：這是一個(gè)由局部變化而影響整體的閉合電路歐姆定律應(yīng)用的動(dòng)態(tài)分析問題。對(duì)于 這類問題，可遵循以下步驟：先弄清楚外電路的串、 并聯(lián)關(guān)系，分析外電路總電阻怎

2、樣變化； 由I E確定閉合電路的電流強(qiáng)度如何變化；再由 U E 卜確定路端電壓的變化情 R r況；最后用部分電路的歐姆定律 U IR及分流、分壓原理討論各部分電阻的電流、電壓變 化情況。當(dāng)滑片P向左滑動(dòng)，R3減小，即R總減小，根據(jù)I總 一E一 判斷總電流增大，A1示 R總r數(shù)增大；路端電壓的判斷由內(nèi)而外，根據(jù) U E卜知路端電壓減小，V示數(shù)減小；對(duì)R,有U1 I總R1所以U1增大，M示數(shù)增大；對(duì)并聯(lián)支路，U2 U U1 ,所以U2減小，V2示數(shù)減??；U2 一 一 一，對(duì)R2,有I2,所以I2減小，A2小數(shù)減小。R2評(píng)點(diǎn)：從本題分析可以看出，在閉合電路中，只要外電路中的某一電阻發(fā)生變化，這時(shí)除電

3、源電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)電阻和外電路中的定值電阻不變外，其他的如干路中的電流及各支路的電流、電壓的分配，從而引起功率的分配等都和原來的不同，可謂“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，要注意電路中各量的同體、 同時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此要當(dāng)作一個(gè)新的電路來分析。 解題思路為局部電路一整體電路一局部電路，原則為不變應(yīng)萬變(先處理不變量再判斷變化量)。2.直流電路的動(dòng)態(tài)變化引起的功能及圖象問題例2.用伏安法測(cè)一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，伏安圖象如圖所示，根據(jù)圖線回答：(1)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻各多大？(2)圖線上a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的外電路電阻是多大？電源此時(shí)內(nèi)部熱耗功率是多少？(3)圖線上a、b兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的外電路電阻之比是多大？對(duì)應(yīng)的輸出功率之比

4、是多大？(4)在此實(shí)驗(yàn)中，電源最大輸出功率是多大？圖2解析：(1)開路時(shí)(1=0)的路端電壓即電源電動(dòng)勢(shì)，因此 E 1.5V ,內(nèi)電阻0.2E 1.5 r I 短7.5也可由圖線斜率的絕對(duì)值即內(nèi)阻，有:0.21.5 1.0r 2.5(2) a點(diǎn)對(duì)應(yīng)外電阻RaUa 1.0Ia 2.50.4此時(shí)電源內(nèi)部的熱耗功率：_2_2_PrIar 2.50.2W 1.25W也可以由面積差求得:PrIaE IaUa2.5 (1.5 1.0)W 1.25W（3）電阻之比：R1.0/2.50.5/5.0輸出功率之比：P1.0 2.5WPb0.5 5.0W（4）電源最大輸出功率出現(xiàn)在內(nèi)、外電阻相等時(shí)，此時(shí)路端電壓I短

5、I ，因而最大輸出功率P出m2i 5 7 5W 2.8iW當(dāng)然直接用P出mE2、J計(jì)算或由對(duì)稱性找乘積 IU （對(duì)應(yīng)于圖線上的面積）的最大值，也4r可以求出此值。評(píng)點(diǎn)：利用題目給予圖象回答問題，首先應(yīng)識(shí)圖（從對(duì)應(yīng)值、斜率、截矩、面積、橫縱坐標(biāo)代表的物理量等），理解圖象的物理意義及描述的物理過程：由U-I圖象知E=i.5V,斜率表內(nèi)阻，外阻為圖線上某點(diǎn)縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)比值； 當(dāng)電源內(nèi)外電阻相等時(shí)， 電源輸出功 率最大。二、交變電路的動(dòng)態(tài)變化例3.如圖3所示為一理想變壓器，S為單刀雙擲開關(guān) P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭,Ui為加在初級(jí)線圈兩端的電壓，Ii為初級(jí)線圈中的電流強(qiáng)度，則（A.保持Ui及P的位置

6、不變，S由a合到b時(shí)，Ii將增大B.保持P的位置及Ui不變，S由b合到a時(shí)，R消耗的功率減小C.保持Ui不變，S合在a處，使P上滑，Ii將增大D.保持P的位置不變，S合在a處，若Ui增大，Ii將增大解析：S由a合到b時(shí)，n1減小，由UiU2ni.U2一可知U2增大，P2 ,隨之增大，而R F2,ER又P IiUi ,從而Ii增大，可見選項(xiàng) A是正確的。當(dāng)S由b合到a時(shí)，與上述情況相反，U2P2將減小，可見，選項(xiàng) B也是正確的。當(dāng)P上滑時(shí)，R增大，P2 胃減小，又U 1 n1r P2, Pi U/i,從而Ii減小，可見選項(xiàng)c是錯(cuò)誤的。當(dāng)Ui增大，由 ，可知U 2 n2U 211 n 2U2增大，

7、I2 廠隨之增大；由 可知Ii也增大，則選項(xiàng) D是正確的。R12 nl說明：在處理這類問題時(shí)，關(guān)鍵是要分清變量和不變量，弄清理想變壓器中U2由U1和匝數(shù)比決定；I 2由U2和負(fù)載電阻決定；Ii由I 2和匝數(shù)比決定?？偨Y(jié)：變壓器動(dòng)態(tài)問題（制約問題）電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比（曳）一定時(shí)，輸出電壓U 2由輸入電壓決定, n2即U 2 皿1 ,可簡(jiǎn)述為“原制約副”。ni電流制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比中的電流Ii由副線圈中的輸出電流I2決定，即（3） 一定，且輸入電壓 Ui確定時(shí)，原線圈n2n? I 2r , 二工，可簡(jiǎn)述為“副制約原”。負(fù)載制約：變壓器副線圈中的功率niP2由用戶負(fù)載

8、決定，P2 P負(fù)i P負(fù)2；原線圈的輸入功率Pi P2簡(jiǎn)述為“副制約原”R ）,輸出功率為零，輸入電流為零，輸入功R=0）,輸出電流為無窮大，則輸入電流也是無窮特例：當(dāng)變壓器空載時(shí)（即負(fù)載電阻 率也為零。當(dāng)副線圈短路時(shí)（即負(fù)載電阻 大，使原線圈處于“短路”狀態(tài)。模型要點(diǎn)判斷思路:(1)電路中不論是串聯(lián)還是并聯(lián)部分，只要有一個(gè)電阻的阻值變大時(shí)，整個(gè)電路的總電阻就變大。只要有一個(gè)電阻的阻值變小時(shí)，整個(gè)電路的總電阻都變小。(2)根據(jù)總電阻的變化，由閉合電路歐姆定律可判定總電流、電壓的變化。(3)判定變化部分的電流、電壓變化。如變化部分是并聯(lián)回路，那么仍應(yīng)先判定固定電阻部分的電流、電壓的變化，最后變化

9、電阻部分的電流、電壓就能確定了。上述的分析方法俗稱“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，其要點(diǎn)是從變量開始，由原因?qū)С鼋Y(jié)果，逐層遞推，最后得出題目的解。圖象特性公式圖象特例I-R圖線短路R 0, I r圖象頂端斷路R,I 0圖象末端f(R)VER r(iXU-R圖線U IRER r R，匕短路 R 0 , U 0, U' E斷路R,U E , U' 0U-I圖線U E Ir短路 R 0 ,I E/r , U 0斷路R,I 0, U EP-R圖線P出 (rER)2RK0啊E股 J當(dāng)R=r時(shí)，電源的輸出功率最大，E2Pm ，P Pm時(shí)用兩個(gè)等效電阻4r誤區(qū)點(diǎn)撥1 .區(qū)分固定導(dǎo)體的I-U圖線與閉合電路

10、歐姆定律的U-I圖象。_12 .在固定導(dǎo)體的I-U圖線中，R cot ，斜率越大，R越小;k斜率在固定導(dǎo)體的U-I圖線中，R tan k斜率，斜率越大，R越大，在閉合電路歐姆定律的U-I圖象中，電源內(nèi)阻r |k斜率|,斜率越大，內(nèi)阻r越大。3 .區(qū)分電源總功率 P總 E I （消耗功率）；輸出功率P輸出U端I （外電路功率）；電源損耗功率 巳損12r （內(nèi)電路功率）；線路損耗功率P戔損I2R線4 .輸出功率大時(shí)效率不一定大，當(dāng) R r ,電源有最大輸出功率時(shí)，效率僅為50%,所以功率大并不一定效率局。5 .求解功率最大時(shí)要注意固定阻值與可變電阻的差異。6 .區(qū)分電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r均不變與r變化時(shí)的差異。模型演練1. （2010年楊浦高級(jí)中學(xué)期末考試）如圖4所示的電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向上滑動(dòng)時(shí)，下面說法正確的是（）A.電壓表和電流表的讀數(shù)都減?。籅.電壓表和電流表的讀數(shù)都增加；C.電壓表讀數(shù)減小，電流表的讀數(shù)增加；D.電壓表讀數(shù)增加，電流表的讀數(shù)減小。答案：D2.在家用交流穩(wěn)壓器中，變壓器的原、