直流电路的动态分
析
一般思路为:
(1)确定电路的外电阻R 外总如何变化;
① 当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小)
② 若电键的闭合使串联的用电器增多,总电阻增大;若电键的闭合使并联的支路增多,总电阻减小。
(2)根据闭合电路欧姆定律r
R E I +=
外总总确定电路的总电流如何变化;
(3)由U 内=I 总r 确定电源内电压如何变化;
(4)由U 外=E -U 内确定电源的外电压如何(路端电压)如何变化); (5)由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两的电压如何变化;
(6)确定支路两端电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化(可利用串联电路的电压关系、并联电路的电流关系)。
基本方法
一、“先总后分”。
即先判断总电阻和总电流如何变化:
例1、如图,当R 3变小时,R 1 、R 2上的电流、电压及灯泡的亮度如何变化
本题中,引起变化的是电阻R 3,当光照强度增强时,其阻值变小。
根据串并联电路的电阻关系可知,电路的总电阻变小。
这类题还有个特点,就是电源电动
势恒定的,所以根据闭合电路欧姆定律可得:总
总R E
I =,总电阻变小则总电流增大。
二、“先干后支”。
即先分析干路部分,再分析支路部分:
分析时要注意电源内阻必须考虑,且电源内阻是在干路上,根据部分电路欧姆定律有:r I U 总内=,总电流增大,则内阻上电压增大。
同理有:11R I U R 总=,则R1两端的电压增大,即电压表读数增大。
最后由外内U U E +=和并外U U U R +=1可判断并联部分的电压是减小的。
三、“先定后变”。
即先分析定值电阻所在支路,再分析阻值变化的支路: 并联部分有两个支路,其中R 2是定值电阻,那么,通过R 2的电流I 2为:
2
2R U I 并=
,并联部分电压变小,则I 2变小。
电阻R 3和灯泡所在的支路阻值是变化
的,故不能直接由电压的变化判断其电流的变化。
需根据并联电路电流关系来判断,即由32I I I +=总得23I I I -=总,再由前面的分析可知,I 3是增大的,因此灯泡会变亮。
四、“并同串反”。
“并同”:是指某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大;某一电阻减小时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。
电路中R 2上的电流、电压、功率都是变小的。
“串反”:是指某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小;某一电阻减小时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率将增大。
电路中与R 3串联的灯泡上的电流、电压、功率都是增大的。
至此,本题的分析结束。
注意“串反并同”法则的应用条件:单变量电路。
对于多变量引起的电路变化,若各变量对同一对象分别引起的效果相同,则该原则的结果成立;若各变量对同一对象分别引起的效果相反,则“串反并同”法则不适用。
例2.如图2所示,电源的电动势为E ,内电阻为r ,外电路接有定值电阻R 1和滑动变阻器R ,合上开关K ,当滑动变阻器的滑动头P 从R 的最左端移到最右端的过程中
A .电压表读数一定变大
B .电压表读数一定变小
C .R 1消耗的功率一定变小
D .R 消耗的功率一定变小 例3.如图是一火警报警的一部分电路示意图,其中R 2为用半导体热敏材料制成的传感器,电流表为值班室的显示器,a 、b 之间接报警器。
当传感器R 2所在处出现火情时,显示器的电流I 、报警器两端的电压U 的变化情况是: A .I 变大,U 变大 B .I 变小,U 变小 C .I 变小,U 变大 D .I 变大,U 变小
例4.在如图所示的电路中,E 为电源电动势,r 为电源内阻,R 1和R 3均为定值电阻,R 2为滑动变阻器。
当R 2的滑动触点在a 端时合上开关S ,此时三个电表A 1、A 2和V 的示数分别为I 1、I 2和U 。
现将R 2的滑动触点向b 端移动,则三个电表示数的变化情况是
A .I 1增大,I 2不变,U 增大
B .I 1减小,I 2增大,U 减小
C .I 1增大,I 2减小,U 增大
D .I 1减小,I 2不变,U 减小
图2
A R 2
R 1
R 3
B
r
a b
A 1 A 2 V
R 1 R 2 R 3
a b
例5.如右图所示电路中,电源内阻不能忽略,当变阻器R 的滑片P 向下移动时,电路中的电压表V 1、V 2和电流表A 的示数变化情况不正确的是 A .V 1示数变大,V 2示数变小,A 示数变小,R 2 B .V 1示数变小,V 2示数变大,A 示数变小,R 2 C .V 1示数变大,V 2示数变小,A 示数变大,电源消耗的总功率增大 D .V 1示数变小,V 2示数变大,A 示数变大,电源消耗的总功率减小 例6.如图所示电路,电源的电动势为E ,内阻为r ,
R 0为固定电阻,R 为滑动变阻器。
在变阻器的滑片由a 端移向b 端的过程中,电容器C
所带的电量 A .逐渐增加 B .逐渐减小 C .先增加后减小 D .先减小后增加 【跟踪练习】
1. 关于闭合电路,下列说法中正确的是
A.闭合电路中,电流总是从电势高的地方流向电势低的地方
B.闭合电路中,电源的路端电压越大,电源的输出功率就越大
C.闭合电路中,电流越大,电源的路端电压就越大
D.闭合电路中,外电阻越大,电源的路端电压就越大
A
V 2
V 1 E
R
R P R
b
a E r C
R R
2.如图所示,直线A为电源的U—I图线,直线B为电阻R的U—I图线,用该电源和电阻组成闭合电路时,电源的输出功率和电路的总功率分别是 W、8 W W、4 W
W、6 W W、3 W
3.如图所示,电源E的电动势为 V,电阻R的阻值为30 Ω,小灯泡L的额定电压为 V,额定功率为 W,当电键S接位置1时,电压表
的读数为3 V,那么当电键S接到位置2时,小灯泡L
的发光情况是
A.很暗,甚至不亮
B.正常发光
C.比正常发光略亮
D.有可能被烧坏
4.如图所示的电路中,闭合电键S后,灯L1和L2都正常发光,后来由于某种故障使灯L2突然变亮,电压表读数增加,由此推断,这故障可能是
灯灯丝烧断 B.电阻R2断路
C.电阻R2短路
D.电容器被击穿短路
5.如图所示,直线OAC为某一直流电源的总功率P总随电流I变化的图线.抛物线OBC为同一直流电源内部热功率P r随电流I变化的图线.若A、B的横坐标为1 A,那么AB线段表示的功率等于
W W
W W
6.调整如图所示电路的可变电阻R的阻值,使电压表V的示数增大ΔU,在这个过程中
A.通过R1的电流增加,增加量一定等于ΔU/R1
两端的电压减小,减少量一定等于ΔU
C.通过R2的电流减小,但减少量一定小于ΔU/R2
D.路端电压增加,增加量一定等于ΔU
7.如图所示的电路中,电池的电动势E= V,内电阻r= Ω,
固定电阻R1= Ω,R2为可变电阻,其阻值在0~10 Ω
范围内调节,问:取R2=______时,R1消耗的电功率最大.
取R2=_______时,R2消耗的电功率最大.
8.如图所示,变阻器R2的最大电阻是10 Ω,R3=5 Ω,
电源的内电阻r=1 Ω,当电键S闭合,变阻器的滑
片在中点位置时,电源的总功率为16 W,电源的输
出功率为12 W.此时电灯R1正常发光,求:
(1)电灯阻值R1是多少(设R1阻值恒定不变)
(2)当电键S断开时,要使电灯正常工作,应使变阻器的电阻改变多少9.如图1—30—11所示的电路中,电源由6个电动势E0= V、内电阻r0= Ω的电池串联而成;定值电阻R1= Ω,R2=6 Ω,R2允许消耗的最大电功率为P m= W,变阻器开始接入电路中的电阻R3=12 Ω,求:
(1)开始时通过电池的电流多大电源的输出功率多大
(2)要使R2实际消耗的功率不超过允许的最大值,可变电阻R3的取值范围是什么
答案:
例2. A C 例 3 B 例4. B 例5. A B D 例6.B
跟踪答案
1.D
从图中可知E =3 V ,图线A 和图线B 的交点是电源和电阻R 构成电路的工作点,因此P 出=UI =4 W ,P 源=EI =6 W.
S 接1时,由E =U +Ir 得r =2 Ω.R L =U 额2
/P 额=2 Ω,故S 接2时,U L =
r
R E
L · R L = V < V ,故灯很暗,此时电路中电流I ′= A ,有可能超过电源的额定电流,使电源烧毁导致灯不亮.
P AB =P A -P B .表示电源的输出功率.C 点表示电源处于短路状态,P 源=P 内.
; Ω.当R L =0时,电路中电流最大,R 1消耗的电功率最大;电源进行等效变换,保持电源电动势E 不变,将固定电阻R 1归并到内电路,等效内电阻r ′=r +R 1,当
R 2=R 1+r 时,电源输出功率最大.
8.(1) Ω;(2) Ω
9.(1)1 A W;(2)0≤R 3≤30 Ω,第(2)问可将R 1归为内电路,利用等效电源进行处理.。