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在中考题中,有关动态电路的计算题比较常见,其特点是电路中接入了开关或滑动变阻器等元件,在开关开合或滑片滑动时,电路中电阻、电流、电压、电功率等量要发生相应变化,处于动态变化之中.由于电路结构有时也随着发生变化,由串联电路变成了并联电路,或由并联电路变成了串联动态,使题目变得更为复杂,解答时则需分清特点,总揽全局,全面分析,综合考虑,此类题目因能较好地考查学生观察、分析解决问题的能力和灵活应变的处理能力,成为中考必备题型.下面就以2013年中考试题为例,对常见两种电路题型作以剖析.
一、开关开与合构成的动态电路
例1 (江苏省常州市)
如图1所示的电路,电源电压不变,开关S闭合后,当S1由断开变为闭合时,则( )
(A) A1示数变大,A2示数不变
(B) A1示数变大,A2示数变大
(C) A1示数不变,A2示数不 变
(D) A1示数不变,A2示数变小
解析:由电路图可知,两电阻并联,开关S控制干路,开关S1控制电阻R1所在支路,电流表A1测干路电流,电流表A2测通过电阻R2的电流;并联电路各支路独立工作、互不影响,S1由断开变为闭合时,通过支路R2的电流不变,即电流A2示数不变;又并联电路中干路电流等于各支流电流之和,干路电流变大,即电流A1的示数变大.故选(A).
例2 (2013年山东省日照市)
如图2所示的电路中,电源电压不变,电阻R1的阻值为20 Ω.当断开开关S1和S2,闭合开关S3时,电流表的示数为0.50 A;当断开开关S2,闭合开关S1、S3时,电流表的示数为0.90 A.求:
(1)电阻R2的阻值.
(2)断开开关S1和S3,闭合开关S2时,加在电阻R1两端的电压.
解析:(1)当断开开关S1和S2,闭合开关S3时,R2断路,电路中只有电阻R1,电流表测通过R1的电流,可由U=IR计算出电源电压.当断开开关S2,闭合开关S1和S3时,电阻R1和R2并联,电流表测干路总电流,可求出通过电阻R2的电流,再用R=U/I计算出R2的阻值.
(2)断开开关S1和S3,闭合开关S2时,电阻R1和R2串联,可由I=U/R计算出电路中的电流,再由U=IR计算出电阻R1两端的电压.
解答过程如下:
(1)当S1和S2断开,S3闭合时,R2断路,I1=0.50 A
电源电压U=I1R1=0.50 A×20 Ω=10 V
当S2断开,S1和S3闭合时,R1和R2并联
通过R2的电流I2=I-I1=0.90 A-0.50 A=0.40 A
R2=U/I2=10 V/0.40 A=25 Ω.
(2)当S1、S3断开,S2闭合时,R1和R2串联,
电流中电流I=I1=I2=U/(R1+R2),
R1的电压U1=I1R1=UR1/(R1+R2)=10 V×20Ω/(20 Ω+25 Ω)=4.4 V.
答:(1)电阻R2的阻值为25 Ω.
(2)断开开关S1和S3,闭合开关S2时,加在电阻R1两端的电压为4.4 V.
剖析:解答本类题目时应当分清电路的性质,看电路的结构是串联还是并联,弄清电路中接入的电表所测量的量,明确开关闭合或断开时电路结构是否发生变化,发生何种变化,是串联变成了并联,还是串联变成了并联,并深入挖掘出解题所需的隐含条件,在确定了这些问题后,解题便是易如反掌.
二、滑片滑动构成的动态电路
例3 (辽宁省营口市)
如图3所示的电路中,电源两端的电压保持不变,闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P向右移,下列说法中正确的是( )
(A) 电流表A的示数变小
(B) 电压表V1的示数不变
(C) 电压表V2的示数变大
(D) 电压表V1与电压表V2的示数之和保持不变
解析:闭合开关S后,滑动变阻器R2与电阻R1串联,电流表测量电路中的电流,电压表V1测量R1两端的电压,电压表V2测量R2两端的电压;将滑片P向右移时,接入电路中的电阻变大,电路中的总电阻变大,由I=U/R知电路中的电流变小,即电流表的示数变小,故(A)正确;电阻R1两端的电压变小,即电压表V1的示数变小,故(B)不正确;又总电压不变,则R2两端的电压变大,即电压表V2的示 数变大,故(C)正确;又电压表V1与电压表V2的示数之和等于电源电压,且电源电压不变,则电压表V1与电压表V2的示数之和保持不变,故(D)正确.本题正确答案为(A)、(C)、(D).
例4 (贵州省遵义市)
如图4所示,电路中电源电压和灯L的电阻保持不变,定值电阻R=20 Ω,灯L标有“8 V, 6.4 W”字样,电流表用0~0.6 A量程,电压表用0~15 V量程.
(1)灯泡L的电阻为多少?
(2)开关S1闭合,S2、S3断开时,电压表的示数为6 V,电源电压为多少?
(3)将滑动变阻器的滑片移到b端,闭合开关S1、S2、S3时,电流表的示数为0.6 A,滑动变阻器的最大电阻为多少?
(4)当开关S2闭合,S1、S3断开,在确保电路安全的情况下,当电路消耗的功率最大时,滑动变阻器消耗的功率是多少?
解析:(1)读题后知灯泡的额定电压和额定功率,由P=UI求出额定电流,据欧姆定律求出电阻;
(2)开关S1闭合,S2、S3断开时,R与L串联,电压表测R两端的电压,据欧姆定律和串联电路的电压特点求出电源电压;
(3)将滑动变阻器的滑片移到b端,闭合开关S1、S2、S3时,R与变阻器的最大值Rab并联,据并联电路的特点和欧姆定律求出通过R的电流和通过变阻器的电流,从而求出变阻器的最大阻值.
(4)当开关S2闭合,S1、S3断开,变阻器与灯泡L串联,据灯泡的额定电流和电流表的量程确定电路中的最大电流,此时电路消耗的功率最大,依据欧姆定律,利用P=UI求出变阻器消耗的功率.
解:
(1)灯泡的额定电流IL额=PL额 UL额=
6.4 W 8 V=0.8 A,
灯泡的电阻RL=
UL额 IL额=
8 V 0.8 A=10 Ω;
(2)开关S1闭合,S2、S3断开时,R与L串联,
电路中的电流I=UR R=
6 V 20 Ω
=0.3 A,
此时灯两端电压U1=IRL=0.3 A×10 Ω=3 V,
电源电压为U=UR+U1=6 V+3 V=9 V.
(3)将滑动变阻器的滑片移到b端,闭合开关S1、S2、S3时,R与Rab并联,通过R的电流
IR=U/R=9 V 20 Ω=0.45 A.
通过滑动变阻器的电流
Iab=I-IR=0.6 A-0.45 A=0.15 A,
滑动变阻器的最大阻值
Rab=U Iab=
9 V 0.15 A=60 Ω;
(4)开关S2闭合,S1、S3断开,Rap与L串联,为确保电路安全,电流I′不能超过0.6 A,
此时灯两端电压U2=I′RL=0.6 A×10 Ω=6 V,
滑动变阻器两端的电压Uap=U-U2=9 V-6 V=3 V,
滑动变阻器消耗的功率:
Pap=Uap I′=3 V×0.6 A=1.8 W.
答:(1)灯泡L的电阻为10 Ω;
(2)电源电压为9 V;
(3)滑动变阻器的最大电阻为60 Ω;
(4)当开关S2闭合,S1、S3断开,在确保电路安全的情况下,当电路消耗的功率最大时,滑动变阻器消耗的功率是1.8 W.
例3 (四川省达州市)
如图5所示,电源电压保持12 V不变,L是标有“12V,6W”的小灯泡,其电阻不随温度变化,R=20 Ω.
(1)当S、S1闭合、S2断开,且P位于滑动变阻器R0的中点时,电流表示数为0.4 A.求滑动变阻器R0的最大阻值.
(2)当S、S1、S2都闭合,且P位于a端时,求电流表的示数.
(3)要使电路中的总功率最小,请指出开关S、S1、S2的开闭情况和滑片P的位置,并求出此时的最小功率.
解析:(1)当S、S1闭合、S2断开,且P位于滑动变阻器R0的中点时,灯泡与变阻器阻值的一半串联,据P=
U2 R求出灯泡的电阻,再据电阻的串联求出变阻器的最大阻值.
(2)当S、S1、S2都闭合,且P位于a端时,灯泡与R并联,电流表测干路电流,据欧姆定律求出两支路的电流,再求出电流表的示数;
(3)当S、S1闭合,S2断开,且P位于b端时,电路中的总电阻最大,据P=
U2 R知电路中的总功率最小,代入可求出最小功率.
解:
(1)S、S1闭合,S2断开,P位于R0中点时,灯L和R0的一半串联,小灯泡的电阻:
RL=
U2L
PL=(12 V)2
6 W=24 Ω,
电路中的总电阻:
R总=U I1=
12 V 0.4 A=30 Ω,
R0/2=R总-RL=30Ω-24 Ω=6 Ω,
解得:R0=12 Ω.
(2)S、S1、S2都闭合,且P位于a时,L和R并联
两支路的电流分别为:
IL=
U RL
=12 V 24 Ω
=0.5 A,IR=U R=
12 V 20 Ω=0.6 A.
电流表的示数I=IL+IR=0.5 A+0.6 A=1.1 A;
(3)当S、S1闭合,S2断开,且P位于b端时,电路中的总电阻最大,总功率最小,
P最小=U2 RL+R0=
(12 V)2
24 Ω+12 Ω=4 W.
答:(1)滑动变阻器R0的最大阻值为12 Ω;
(2)当S、S1、S2都闭合,且P位于a端时,电流表的示数为1.1 A;
(3)当S、S1闭合,S2断开,且P位于b端时,电路中的总功率最小,最小功率为4 W.
剖析:求解本类题目应重点观察滑片滑到变阻器两端时电路性质的变化,在滑片滑到阻值最小值端(零欧姆)时,变阻器已被短路,电路的性质可能会随之改变,即串联变成并联,串联变成并联;若题目中滑片未滑到零欧姆阻值端时,要重点比较变阻器阻值改变是如何引起电路中电阻、电流、电压、电功率等量变化的;本题中既有开关的开合,又有滑片的滑动,分析过程更趋于复杂化,分清电路的性质变化则是解题的关键.
由上实例可以看出,在分析动态电路题时,首先应当判断出开关通与断后和滑片滑动后电路的性质是串联还是并联,并以此为解题的突破口,依据串、并联电路特点和欧姆定律加以分析,注意区分那些量不变,那些量在变,如何变,灵活运用所学知识去求解,即使再复杂的动态电路题也能顺利解答.
一、开关开与合构成的动态电路
例1 (江苏省常州市)
如图1所示的电路,电源电压不变,开关S闭合后,当S1由断开变为闭合时,则( )
(A) A1示数变大,A2示数不变
(B) A1示数变大,A2示数变大
(C) A1示数不变,A2示数不 变
(D) A1示数不变,A2示数变小
解析:由电路图可知,两电阻并联,开关S控制干路,开关S1控制电阻R1所在支路,电流表A1测干路电流,电流表A2测通过电阻R2的电流;并联电路各支路独立工作、互不影响,S1由断开变为闭合时,通过支路R2的电流不变,即电流A2示数不变;又并联电路中干路电流等于各支流电流之和,干路电流变大,即电流A1的示数变大.故选(A).
例2 (2013年山东省日照市)
如图2所示的电路中,电源电压不变,电阻R1的阻值为20 Ω.当断开开关S1和S2,闭合开关S3时,电流表的示数为0.50 A;当断开开关S2,闭合开关S1、S3时,电流表的示数为0.90 A.求:
(1)电阻R2的阻值.
(2)断开开关S1和S3,闭合开关S2时,加在电阻R1两端的电压.
解析:(1)当断开开关S1和S2,闭合开关S3时,R2断路,电路中只有电阻R1,电流表测通过R1的电流,可由U=IR计算出电源电压.当断开开关S2,闭合开关S1和S3时,电阻R1和R2并联,电流表测干路总电流,可求出通过电阻R2的电流,再用R=U/I计算出R2的阻值.
(2)断开开关S1和S3,闭合开关S2时,电阻R1和R2串联,可由I=U/R计算出电路中的电流,再由U=IR计算出电阻R1两端的电压.
解答过程如下:
(1)当S1和S2断开,S3闭合时,R2断路,I1=0.50 A
电源电压U=I1R1=0.50 A×20 Ω=10 V
当S2断开,S1和S3闭合时,R1和R2并联
通过R2的电流I2=I-I1=0.90 A-0.50 A=0.40 A
R2=U/I2=10 V/0.40 A=25 Ω.
(2)当S1、S3断开,S2闭合时,R1和R2串联,
电流中电流I=I1=I2=U/(R1+R2),
R1的电压U1=I1R1=UR1/(R1+R2)=10 V×20Ω/(20 Ω+25 Ω)=4.4 V.
答:(1)电阻R2的阻值为25 Ω.
(2)断开开关S1和S3,闭合开关S2时,加在电阻R1两端的电压为4.4 V.
剖析:解答本类题目时应当分清电路的性质,看电路的结构是串联还是并联,弄清电路中接入的电表所测量的量,明确开关闭合或断开时电路结构是否发生变化,发生何种变化,是串联变成了并联,还是串联变成了并联,并深入挖掘出解题所需的隐含条件,在确定了这些问题后,解题便是易如反掌.
二、滑片滑动构成的动态电路
例3 (辽宁省营口市)
如图3所示的电路中,电源两端的电压保持不变,闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P向右移,下列说法中正确的是( )
(A) 电流表A的示数变小
(B) 电压表V1的示数不变
(C) 电压表V2的示数变大
(D) 电压表V1与电压表V2的示数之和保持不变
解析:闭合开关S后,滑动变阻器R2与电阻R1串联,电流表测量电路中的电流,电压表V1测量R1两端的电压,电压表V2测量R2两端的电压;将滑片P向右移时,接入电路中的电阻变大,电路中的总电阻变大,由I=U/R知电路中的电流变小,即电流表的示数变小,故(A)正确;电阻R1两端的电压变小,即电压表V1的示数变小,故(B)不正确;又总电压不变,则R2两端的电压变大,即电压表V2的示 数变大,故(C)正确;又电压表V1与电压表V2的示数之和等于电源电压,且电源电压不变,则电压表V1与电压表V2的示数之和保持不变,故(D)正确.本题正确答案为(A)、(C)、(D).
例4 (贵州省遵义市)
如图4所示,电路中电源电压和灯L的电阻保持不变,定值电阻R=20 Ω,灯L标有“8 V, 6.4 W”字样,电流表用0~0.6 A量程,电压表用0~15 V量程.
(1)灯泡L的电阻为多少?
(2)开关S1闭合,S2、S3断开时,电压表的示数为6 V,电源电压为多少?
(3)将滑动变阻器的滑片移到b端,闭合开关S1、S2、S3时,电流表的示数为0.6 A,滑动变阻器的最大电阻为多少?
(4)当开关S2闭合,S1、S3断开,在确保电路安全的情况下,当电路消耗的功率最大时,滑动变阻器消耗的功率是多少?
解析:(1)读题后知灯泡的额定电压和额定功率,由P=UI求出额定电流,据欧姆定律求出电阻;
(2)开关S1闭合,S2、S3断开时,R与L串联,电压表测R两端的电压,据欧姆定律和串联电路的电压特点求出电源电压;
(3)将滑动变阻器的滑片移到b端,闭合开关S1、S2、S3时,R与变阻器的最大值Rab并联,据并联电路的特点和欧姆定律求出通过R的电流和通过变阻器的电流,从而求出变阻器的最大阻值.
(4)当开关S2闭合,S1、S3断开,变阻器与灯泡L串联,据灯泡的额定电流和电流表的量程确定电路中的最大电流,此时电路消耗的功率最大,依据欧姆定律,利用P=UI求出变阻器消耗的功率.
解:
(1)灯泡的额定电流IL额=PL额 UL额=
6.4 W 8 V=0.8 A,
灯泡的电阻RL=
UL额 IL额=
8 V 0.8 A=10 Ω;
(2)开关S1闭合,S2、S3断开时,R与L串联,
电路中的电流I=UR R=
6 V 20 Ω
=0.3 A,
此时灯两端电压U1=IRL=0.3 A×10 Ω=3 V,
电源电压为U=UR+U1=6 V+3 V=9 V.
(3)将滑动变阻器的滑片移到b端,闭合开关S1、S2、S3时,R与Rab并联,通过R的电流
IR=U/R=9 V 20 Ω=0.45 A.
通过滑动变阻器的电流
Iab=I-IR=0.6 A-0.45 A=0.15 A,
滑动变阻器的最大阻值
Rab=U Iab=
9 V 0.15 A=60 Ω;
(4)开关S2闭合,S1、S3断开,Rap与L串联,为确保电路安全,电流I′不能超过0.6 A,
此时灯两端电压U2=I′RL=0.6 A×10 Ω=6 V,
滑动变阻器两端的电压Uap=U-U2=9 V-6 V=3 V,
滑动变阻器消耗的功率:
Pap=Uap I′=3 V×0.6 A=1.8 W.
答:(1)灯泡L的电阻为10 Ω;
(2)电源电压为9 V;
(3)滑动变阻器的最大电阻为60 Ω;
(4)当开关S2闭合,S1、S3断开,在确保电路安全的情况下,当电路消耗的功率最大时,滑动变阻器消耗的功率是1.8 W.
例3 (四川省达州市)
如图5所示,电源电压保持12 V不变,L是标有“12V,6W”的小灯泡,其电阻不随温度变化,R=20 Ω.
(1)当S、S1闭合、S2断开,且P位于滑动变阻器R0的中点时,电流表示数为0.4 A.求滑动变阻器R0的最大阻值.
(2)当S、S1、S2都闭合,且P位于a端时,求电流表的示数.
(3)要使电路中的总功率最小,请指出开关S、S1、S2的开闭情况和滑片P的位置,并求出此时的最小功率.
解析:(1)当S、S1闭合、S2断开,且P位于滑动变阻器R0的中点时,灯泡与变阻器阻值的一半串联,据P=
U2 R求出灯泡的电阻,再据电阻的串联求出变阻器的最大阻值.
(2)当S、S1、S2都闭合,且P位于a端时,灯泡与R并联,电流表测干路电流,据欧姆定律求出两支路的电流,再求出电流表的示数;
(3)当S、S1闭合,S2断开,且P位于b端时,电路中的总电阻最大,据P=
U2 R知电路中的总功率最小,代入可求出最小功率.
解:
(1)S、S1闭合,S2断开,P位于R0中点时,灯L和R0的一半串联,小灯泡的电阻:
RL=
U2L
PL=(12 V)2
6 W=24 Ω,
电路中的总电阻:
R总=U I1=
12 V 0.4 A=30 Ω,
R0/2=R总-RL=30Ω-24 Ω=6 Ω,
解得:R0=12 Ω.
(2)S、S1、S2都闭合,且P位于a时,L和R并联
两支路的电流分别为:
IL=
U RL
=12 V 24 Ω
=0.5 A,IR=U R=
12 V 20 Ω=0.6 A.
电流表的示数I=IL+IR=0.5 A+0.6 A=1.1 A;
(3)当S、S1闭合,S2断开,且P位于b端时,电路中的总电阻最大,总功率最小,
P最小=U2 RL+R0=
(12 V)2
24 Ω+12 Ω=4 W.
答:(1)滑动变阻器R0的最大阻值为12 Ω;
(2)当S、S1、S2都闭合,且P位于a端时,电流表的示数为1.1 A;
(3)当S、S1闭合,S2断开,且P位于b端时,电路中的总功率最小,最小功率为4 W.
剖析:求解本类题目应重点观察滑片滑到变阻器两端时电路性质的变化,在滑片滑到阻值最小值端(零欧姆)时,变阻器已被短路,电路的性质可能会随之改变,即串联变成并联,串联变成并联;若题目中滑片未滑到零欧姆阻值端时,要重点比较变阻器阻值改变是如何引起电路中电阻、电流、电压、电功率等量变化的;本题中既有开关的开合,又有滑片的滑动,分析过程更趋于复杂化,分清电路的性质变化则是解题的关键.
由上实例可以看出,在分析动态电路题时,首先应当判断出开关通与断后和滑片滑动后电路的性质是串联还是并联,并以此为解题的突破口,依据串、并联电路特点和欧姆定律加以分析,注意区分那些量不变,那些量在变,如何变,灵活运用所学知识去求解,即使再复杂的动态电路题也能顺利解答.