高中物理動態(tài)電路分析及高中物理動態(tài)分析專題

-PAGE4-高三物理模型組合講解——電路的動態(tài)變化模型［模型概述］“電路的動態(tài)變化”模型指電路中的局部電路變化時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、變壓器變匝數(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、直流電路的動態(tài)變化1.直流電路的動態(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，當滑動變阻器的滑片P向左移動時，各表（各電表內阻對電路的影響均不考慮）的示數(shù)如何變化？為什么？圖1解析：這是一個由局部變化而影響整體的閉合電路歐姆定律應用的動態(tài)分析問題。對于這類問題，可遵循以下步驟：先弄清楚外電路的串、并聯(lián)關系，分析外電路總電阻怎樣變化；由確定閉合電路的電流強度如何變化；再由確定路端電壓的變化情況；最后用部分電路的歐姆定律及分流、分壓原理討論各部分電阻的電流、電壓變化情況。當滑片P向左滑動，減小，即減小，根據(jù)判斷總電流增大，A1示數(shù)增大；路端電壓的判斷由內而外，根據(jù)知路端電壓減小，V示數(shù)減??；對R1，有所以增大，示數(shù)增大；對并聯(lián)支路，，所以減小，示數(shù)減小；對R2，有，所以I2減小，A2示數(shù)減小。評點：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，這時除電源電動勢、內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)而動全身”，要注意電路中各量的同體、同時對應關系，因此要當作一個新的電路來分析。解題思路為局部電路→整體電路→局部電路，原則為不變應萬變（先處理不變量再判斷變化量）。2.直流電路的動態(tài)變化引起的功能及圖象問題例2.用伏安法測一節(jié)干電池的電動勢和內電阻，伏安圖象如圖所示，根據(jù)圖線回答：（1）干電池的電動勢和內電阻各多大？（2）圖線上a點對應的外電路電阻是多大？電源此時內部熱耗功率是多少？（3）圖線上a、b兩點對應的外電路電阻之比是多大？對應的輸出功率之比是多大？（4）在此實驗中，電源最大輸出功率是多大？圖2解析：（1）開路時（I=0）的路端電壓即電源電動勢，因此，內電阻也可由圖線斜率的絕對值即內阻，有：（2）a點對應外電阻此時電源內部的熱耗功率：也可以由面積差求得：（3）電阻之比：輸出功率之比：（4）電源最大輸出功率出現(xiàn)在內、外電阻相等時，此時路端電壓，干路電流，因而最大輸出功率當然直接用計算或由對稱性找乘積IU（對應于圖線上的面積）的最大值，也可以求出此值。評點：利用題目給予圖象回答問題，首先應識圖（從對應值、斜率、截矩、面積、橫縱坐標代表的物理量等），理解圖象的物理意義及描述的物理過程：由U—I圖象知E=1.5V，斜率表內阻，外阻為圖線上某點縱坐標與橫坐標比值；當電源內外電阻相等時，電源輸出功率最大。二、交變電路的動態(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P為滑動變阻器的滑動觸頭，為加在初級線圈兩端的電壓，為初級線圈中的電流強度，則（）A.保持及P的位置不變，S由a合到b時，將增大B.保持P的位置及不變，S由b合到a時，R消耗的功率減小C.保持不變，S合在a處，使P上滑，將增大D.保持P的位置不變，S合在a處，若增大，將增大圖3解析：S由a合到b時，減小，由可知增大，隨之增大，而，又，從而增大，可見選項A是正確的。當S由b合到a時，與上述情況相反，將減小，可見，選項B也是正確的。當P上滑時，R增大，減小，又，從而減小，可見選項C是錯誤的。當增大，由，可知增大，隨之增大；由可知也增大，則選項D是正確的。說明：在處理這類問題時，關鍵是要分清變量和不變量，弄清理想變壓器中由和匝數(shù)比決定；由和負載電阻決定；由和匝數(shù)比決定。總結：變壓器動態(tài)問題（制約問題）①電壓制約：當變壓器原、副線圈的匝數(shù)比一定時，輸出電壓由輸入電壓決定，即，可簡述為“原制約副”。②電流制約：當變壓器原、副線圈的匝數(shù)比一定，且輸入電壓確定時，原線圈中的電流由副線圈中的輸出電流決定，即，可簡述為“副制約原”。③負載制約：變壓器副線圈中的功率由用戶負載決定，…；原線圈的輸入功率簡述為“副制約原”。特例：當變壓器空載時（即負載電阻），輸出功率為零，輸入電流為零，輸入功率也為零。當副線圈短路時（即負載電阻R=0），輸出電流為無窮大，則輸入電流也是無窮大，使原線圈處于“短路”狀態(tài)。［模型要點］判斷思路：（1）電路中不論是串聯(lián)還是并聯(lián)部分，只要有一個電阻的阻值變大時，整個電路的總電阻就變大。只要有一個電阻的阻值變小時，整個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，那么仍應先判定固定電阻部分的電流、電壓的變化，最后變化電阻部分的電流、電壓就能確定了。上述的分析方法俗稱“牽一發(fā)而動全身”，其要點是從變量開始，由原因導出結果，逐層遞推，最后得出題目的解。圖象特性類型公式圖象特例I-R圖線短路，圖象頂端斷路，圖象末端U-R圖線短路，，斷路，，U-I圖線短路，，斷路，，P-R圖線當R=r時，電源的輸出功率最大，時有兩個等效電阻［誤區(qū)點撥］1.區(qū)分固定導體的I-U圖線與閉合電路歐姆定律的U-I圖象。2.在固定導體的I-U圖線中，，斜率越大，R越小；在固定導體的U-I圖線中，，斜率越大，R越大，在閉合電路歐姆定律的U-I圖象中，電源內阻，斜率越大，內阻r越大。3.區(qū)分電源總功率（消耗功率）；輸出功率（外電路功率）；電源損耗功率（內電路功率）；線路損耗功率4.輸出功率大時效率不一定大，當，電源有最大輸出功率時，效率僅為50%，所以功率大并不一定效率高。5.求解功率最大時要注意固定阻值與可變電阻的差異。6.區(qū)分電動勢E和內阻r均不變與r變化時的差異。［模型演練］1.（2010年楊浦高級中學期末考試）如圖4所示的電路中，當滑動變阻器的滑動觸頭向上滑動時，下面說法正確的是（）A.電壓表和電流表的讀數(shù)都減??；B.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。圖4答案：D圖52.在家用交流穩(wěn)壓器中，變壓器的原、副線圈都帶有滑動頭，如圖5所示。當變壓器輸入電壓發(fā)生變化時，可上下調節(jié)的位置，使輸出電壓穩(wěn)定在220V上?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)輸出電壓低于220V，下列措施不正確的是（）圖5A.P1不動，將P2向上移；B.P2不動，將P1向下移；C.將P1向上移，同時P2向下移；D.將P1向下移，同時P2向上移。答案：C。高中物理動態(tài)分析專題一、力學中的動態(tài)問題分析1、變動中力的平衡問題的動態(tài)分析=1\*GB3①矢量三角形法omgBAomgBA圖1B例1、如圖1a所示，繩OA、OB等長，A點固定不動，將B點沿圓弧向C點運動的過程中繩OB中的張力將CA、由大變?。籅、由小變大C、先變小后變大D、先變大后變小C圖1bTTATBTTATB’’’TB’’TB’解：如圖1b，假設繩端在B'點，此時Ｏ點受到三力作用平衡：T、書的大小方向不斷的變化（圖中T、TT圖1bTTATBTTATB’’’TB’’TB’=2\*GB3②相似三角形法物體在三個共點力的作用下平衡，已知條件中涉及的是邊長問題，則由力組成的矢量三角形和由邊長組成的幾何三角形相似，利用相似比可以迅速的解力的問題。圖2a圖2aGNTh+RRL例2、如圖2a所示，在半徑為Ｒ的光滑半球面上高h處懸掛一定滑輪。重力為Ｇ的小球用繞過滑輪的繩子站在地面上的人拉住。人拉動繩子，在與球面相切的某點緩慢運動到接近頂點的過程中,試分析半球對小球的支持力和繩子拉力如何變化？圖2b分析與解：受一般平衡問題思維定勢的影響，以為小球在移動過程中對半球的壓力大小是變化的。對小球進行受力分析：球受重力Ｇ、球面對小球的支持力Ｎ和拉力Ｔ，如圖2b所示：可以看到由Ｎ、Ｔ、G構成的力三角形和由邊長L、R、h+R構成的幾何三角形相似，從而利用相似比Ｎ／Ｇ＝R／R+h，T／Ｇ＝L／R+h.由于在拉動的過程中，R、h不變，L減小，則Ｎ＝RＧ／R+h大小不變，繩子的拉力T圖2b2、運動和力問題的動態(tài)分析例3．如圖3所示，小球由高空自由落下，落在一豎直放置的輕彈簧上，球在a點與彈簧接觸，在b點彈簧被壓縮得最短，在球從a→b的過程中(不計空氣阻力)下列說法正確的是（）A.小球的速度一直減少B.小球的速度先增加后減小

C.小球的加速度先減后增D.小球的加速度一直增加abab圖3ab0圖3bFF=GG畫出從a到b的過程示意圖，如圖3b球受力分析確定合外力的大小和方向的變化由a與V的方向關系確定V的增減由F合=ma確定a的大小和方向變化∴球受到重力G和彈力F彈力F向上且由0F=GF>GF合先減后增，方向先下后上a也先減后增，方向先下后上a與V先同向再反向，∴V先增后減。轉折點在F=G的位置，即ab之間某點，故選B、C。3、機車啟動問題的動態(tài)分析VF=P/Va=(F-f)/mVF=P/Va=(F-f)/m保持vm=P/f勻速變加速運動勻速運動當F=f時a=0v達最大VmF不變，a=(F-f)/m不變VP=FVPmF不變，a=(F-f)/m不變VP=FVPm一定，V勻加速直線運動F=Pm/Va=(F-f)/m保持vm=P/f勻速變加速直線運動勻速運動……………當P=Pma不為零v仍增加當F=f時a=0v達最大Vm=2\*GB3②勻加速啟動:例4、汽車保持恒定功率作直線運動，如果汽車受到的阻力恒定，則（）A.汽車可能作勻速運動B.汽車可能作勻加速運動C.汽車可能作加速度減小的加速運動D.汽車可能作加速度增大的減速運動解：由上述分析=1\*GB3①可知，答案為A、C二、電學中的動態(tài)問題分析=1\*GB3①電容器問題的動態(tài)分析電容器的動態(tài)問題指的是當平行板電容器的極板距離d和正對面積S發(fā)生變化時，引起電容器的電容C、電量Q、電壓U、場強E的變化。要解決此問題，必須要掌握以下兩點：（1）基本公式：電容的定義式：C=Q/U電容的決定式：C=εS/4πkd勻強電場場強與電勢差關系式：E=U/d（2）兩種情況：=1\*romani）電容器極板保持與電源相連，則U不變，思路如下：dC=εS/4πkdQ=CU（d減少則相反）E=U/dSC=εS/4πkdQ=CUE=U/d（不變）=2\*romanii)電容器充電后極板與電源斷開，則Q不變，思路如下：dC=εS/4πkdU=Q/C；d與U成正比，E=U/d不變SC=εS/4πkdU=Q/CE=U/d例5.圖6所示的實驗裝置中，平行板電容器的極板B與一靈敏的靜電計相接，極板A接地。若極板A稍向上移動一點，由觀察到的靜電計指針變化作出平行板電容器電容變小的結論的依據(jù)是()。圖6(A)兩極板間的電壓不變，極板上的電量變小

(B)兩極板間的電壓不變，極板上的電量變大

(C)極板上的電量幾乎不變，兩極板間的電壓變小

(D)極板上的電量幾乎不變，兩極板間的電壓變大

解：本題中電容器與電源斷開，故Q幾乎不變（因板上電荷與靜電計指針間有微小的移動）。而SC=εS/4πkdU=Q/C，正確判斷為D。圖6=2\*GB3②閉合電路動態(tài)問題分析閉合電路的動態(tài)變化是指當外電路上的某一局部電阻發(fā)生變化時，引起電路中干路和支路上的電流、電壓、功率等物理量的變化，可謂牽一發(fā)而動全身。此類問題的分析要理解好以下三點：（1）理解閉合電路歐姆定律ε=U外+Ir（ε、r不變）；部分電路歐姆定律U=IR。(2)局部電阻增則總電阻增，反之則總電阻減；支路數(shù)量增則總電阻減，反之則總電阻增。（3）兩個關系：外電壓等于外電路上串聯(lián)的各分電壓之和；總電流等于各支路電流之和。逐步推理法（綜合法）：從已知條件出發(fā)，循著規(guī)律，一步一個結論，結論又作為已知條件向下推理，直到找出已知條件與待求量之間的關系。其流程圖如下：圖7εrR3R2A1圖7εrR3R2A1V1A2CR1V2R局R總I總U外I總=I1+I2+……例6.如圖7所示的電路中，電源的電動勢為ε，內阻為r。當可變電阻的滑片C向上移動時，電壓表V1、V2的讀數(shù)與電流表A1、A2的讀數(shù)的變化情況是()。A1變大、A2變?。籚1、V2均減小A1、A2、V1均變大；V2減小(C)A1、V1變小；A2、V2增大(D)A1、A2、V1、V2均變大A1解：C向上R1R總I總=ε/R總U外=ε-I總rV1