(决胜中考)中考物理分类解读与强化训练专题八动态电路分析(含解析)新人教版.doc
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1、1专题八 动态电路动态电路分析是初中物理电学中的重点内容。动态电路分析只涉及到串并联电路(电源电压保持不变)。所谓动态电路是指对一个通常含有电源、滑动变阻器、开关、电流和电压表等电器元件的电路,通过改变变阻器接入电路的阻值或开关的通断等形式来改变电路的连接方式,进而改变电路中的总电阻、电流、电压的大小。中考物理中,动态电路分析主要以选择题、填空题和计算题形式出现。主要分为三种类型:(1)滑动变阻器的滑片 P 的位置的变化引起电路中电学物理量的变化;(2)开关的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化;(3)其他电学量发生变化或客观因素引起电路中电学物理量的变化。一、分析电路中各元件之间的关系具体来
2、说,就是要弄清电阻之间是串联还是并联或两者皆有;所给的电表是测量干路的电流(或电压)还是支路中的电流(或电压)等。二、掌握电表的特点1.电流表的电阻非常小,在电路中相当于导线,可看作短路。2.电压表的电阻非常大,在电路中相当于断路(开路),即在分析此类问题时可先将电压表放在一边,暂不考虑。3.基本思想明确电路中的变量和不变量,首先确定不变的物理量(如电源的电压、各定值电阻,小灯泡的电阻以及小灯泡的额定电压和额定功率),然后根据相关的规律去分析其它量的2变化。4.解题思路总体遵循“先局部-再整体-再局部”的思路,具体说来:由某个电阻或开头的变化分析总电阻的变化(局部);根据欧姆定律,由总电阻的变
3、化分析总电流的变化(整体);由总电流的变化,根据欧姆定律和电路和串、并联规律分析各支路的电压、电流的变化(局部)。一、电路1.定义:用导线将电源、用电器、开关连接起来组成的电流路径叫电路。常见的电路状态有:通路、开路、短路。2.电路串联:把元件逐个顺次连接起来的电路叫串联;电路中只有一条电流路径,一处段开所有用电器都停止工作。3.电路并联:把元件并列的连接起来的电路;电路中的电流路径至少有两条,各支路中的元件独立工作,互不影响。如:家庭中所有用电器的连接都是并联。4.识别电路串、并联的常用方法电流分析法:在识别电路时,电流:电源正极各用电器电源负极,若途中不分流用电器串联;若电流在某一处分流,
4、每条支路只有一个用电器,这些用电器并联;若每条支路不只一个用电器,这时电路有串有并,叫混联电路。断开法:去掉任意一个用电器,若另一个用电器也不工作,则这两个用电器串联;若另一个用电器不受影响仍然工作则这两个用电器为并联。节点法:在识别电路时,不论导线有多长,只要其间没有用电器或电源,则导线的两端点都可看成同一点,从而找出各用电器的共同点。二、电路中电流与电压31.电流串联电路中电流特点:电路中各处电流都相等;表达式为:I=I 1=I2= =In。并联电路中电流特点:在并联电路中,干路中的电流等于各支路电流之和。表达式为:I=I 1+I2+ +In。2.电压(1)串联电路中,各用电器两端电压相加
5、等于干路总电压。(2)并联电路中,各用电器两端电压都相等。3.电阻(1)并联电路中的总电阻比并联的每个电阻都小。(2)在任何一个电路(无论该电路是串联还是并联或两者皆有)中,总电阻随电路中某一个电阻的增大而增大,随某一个电阻的减小而减小。一、滑动变阻器阻值变化动态分析【典例 1】 (2018泰安) 如 图 所 示 , 电源 电 压 保 持 6V 不 变 , 电流 表 量 程 为 0 0.6A, 电 压 表 量 程 为 0 3V,定 值电 阻 R1 的 规 格 为 “10、0. 5A”, 滑 动 变 阻 器 R2 的 规格为 “20、1A ”。 闭 合 开 关 , 为 了 保 证 电 路 安 全
6、 , 在 变 阻 器 滑 片移 动 过 程 中 ,下 列 说 法正确 的 是 ( ) 。电 阻 R1 消耗 电 功 率 允 许 的 变化 范 围 为 0.4W 0.9W;4电 流 表示 数 允 许 的 变化 范 围 为 0.2A 0.5A;滑 动 变阻 器 R2 允 许 接 入 电 路阻 值 的 变 化 范围 为 10 2 0;电 路 消耗 总 电 功 率 允许 的 变化 范 围 为 1.8W 3WA只 有 和 B 只 有 和 C 只有 和 D 只 有 和【解析】由图知,定值电阻和滑动变阻器串联,电流表测量电路电流,电压表测量定值电阻两端电压。已知电流表选择的量程和定值电阻规格,可以确定电路最
7、大电流;已知电压表选择的量程,可以确定定值电阻两端最大电压;电路电流最大时,定值电阻消耗的功率最大;电路电流最小总电阻最大时,消耗的功率最小。据此确定定值电阻消耗功率的变化范围及电路电流变化范围;电路电流最大时,滑动变阻器接入电路电阻最小;电流最小时,滑动变阻器接入电路电阻最大。据此确定滑动变阻器接入电路电阻范围;已知电源电压和电路最大、最小电流,利用公式 P=UI 确定电路消耗的总功率的变化范围。【解答】、电压表示数为 3V 时,电路电流为 I1= = =0.3A;而电流表选择的是 00.6A 量程,所以电路最大电流为 I=0.3A。此时 R1消耗的功率为 P1 最大 =U1I1=3V0.3
8、A=0.9W;当滑动变阻器全部串联在电路中时,R=R 1+R2=10+20=30,此时电路电流为 I= = =0.2A,此时 R1消耗的功率为 P1 最小 =I 2R1=(0.2A) 210=0.4W。所以阻 R1消耗功率允许的变化范围为 0.4W0.9W选项正确;、由上知,电流表示数允许的变化范围为 0.2A0.3A选项错误;、当电路电流最大为 I=0.3A 时,电路总电阻为 R 最小 = = =20,所以滑动变阻器接入电路电阻为 R2 最小 =RR 1=2010=10。5所以 R2接入电路的阻值允许变化范围为 1020选项正确;、整个电路消耗的最小功率为 P 总小 =UI 最小 =6V0.
9、2A=1.2W;最大功率为 P 总大 =UI 最大 =6V0.3A=1.8W。所以电路消耗总功率允许的变化范围为 1.2W1.8W选项错误。故选 A。二、开关闭合、断开动态分析【典例 2】(2018枣庄)如图所示,电源电压保持 12V 不变,小灯泡 L 上标有“6V、3W”字样,滑动变阻器最大电阻值 R=48,闭合开关,若不考虑灯丝电阻随温度的变化,下列说法正确的是( )。A要使电压表的示数增大 1V,小灯泡 L 两端的电压就会减小 1V;B小灯泡 L 的最小实际电功率为 0.6W;C当滑片 P 移到变阻器的中点时,小灯泡 L 正常发光;D当滑片 P 移到最右端时,通电 10s 滑动变阻器消耗
10、的电能是 19.2J【解析】由电路图可知,闭合开关后,滑动变阻器 R 与灯泡 L 串联,电压表测灯泡 L两端的电压。(1)电压表示数的变化和灯泡两端的电压变化相同;(2)知道灯泡的额定电压和额定功率,根据 P=UI= 求出灯泡的电阻,当滑片 P 移到最右端时,接入电路中的电阻最大,电路中的电流最小,小灯泡的实际功率最小,根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的最小电流,利用 P=I2R 求出小灯泡 L 的最小实际电功率,再利用 W=UIt=I2Rt 求出通电 10s 滑动变阻器消耗的电能;(3)当滑片 P 移到变阻器的中点时,根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流,利用 P=I2R 求出小灯泡
11、L 的实际功率,然后与灯泡的额定功率相比较确定是否正常发光。6【解答】由电路图可知,闭合开关后,滑动变阻器 R 与灯泡 L 串联,电压表测灯泡 L两端的电压。(1)由电压表测灯泡 L 两端的电压可知,电压表的示数增大 1V,小灯泡 L 两端的电压就会增大 1V,故 A 错误;(2)由 P=UI= 可得,灯泡的电阻:R L= = =12,当滑片 P 移到最右端时,接入电路中的电阻最大,电路中的电流最小,小灯泡的实际功率最小,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,电路中的最小电流:I= = =0.2A,则小灯泡 L 的最小实际电功率:P L 小 =I2RL=(0.2A) 212=0.48W,故
12、 B 错误;通电 10s 滑动变阻器消耗的电能:W R=I2Rt=(0.2A) 24810s=19.2J,故 D 正确;(3)当滑片 P 移到变阻器的中点时,电路中的电流:I= = = A,此时灯泡的实际功率:P L=(I) 2RL=( A) 2121.33W3W,所以,此时灯泡不能正常发光,故 C 错误。故选 D。三、其他变化动态分析【典例 3】(2018玉林)如图所示,电源电压为 10V,电路消耗的最大功率为 10W。若只闭合 S1时,电流表的示数为 I1,R 1消耗的功率为 P1;只闭合 S2时,电流表的示数为I2,电路消耗的功率为 P2;且 R1:R 2=2:1,P 1:P 2=4:9
13、,则 R= ,I 1:I 2= 。7【解析】(1)由电路图可知,只闭合 S 时,电路为 R 的简单电路,此时电路中的总电阻最小,电路中的总功率最大,根据 P=UI= 求出电阻 R 的阻值;(2)由电路图可知,只闭合 S1时,R 1与 R 串联,电流表测电路中的电流 I1;只闭合 S2时,R 2与 R 串联,电流表测电路中的电流 I2,根据电压一定时电流与电阻成反比结合 R1:R 2=2:1 表示出两种情况下电路中的电流之比,根据 P=I2R 表示出 P1和 P2的比值结合 P1:P 2=4:9 得出等式,然后联立等式即可求出 R2的阻值,进一步求出 I1:I 2的值。【解答】(1)由题知,电源
14、电压为 10V,电路消耗的最大功率为 10W,由电路图可知,只闭合 S 时,电路为 R 的简单电路,此时电路中的总电阻最小,电路中的总功率最大,由 P=UI= 可得,电阻 R 的阻值:R= = =10;(2)由电路图可知,只闭合 S1时,R 1与 R 串联,电流表测电路中的电流 I1,只闭合 S2时,R 2与 R 串联,电流表测电路中的电流 I2,因电源的电压一定时,电路中的电流与总电阻成反比,且 R1:R 2=2:1(即 R1=2R2),所以, = = ,因 P1:P 2=4:9,所以,由 P=I2R 可得:= =( ) 2 =( ) 2 = ,8整理可得:R 22+10R2200 2=0,
15、解得:R 2=10,R 2=20(舍去),则 = = = 。故答案为:10;2:3。一、滑动变阻器阻值变化动态分析1.(2018泸州)如图所示的电路,电源电压恒为 9V,电压表量程为 06V,滑动变阻器 R 的规格为 30、1A”,灯泡 L 标有“6V 3W“字样。闭合开关 S,滑动变阻器的滑片 P移动时,要求两电表示数均不超过所选量程,灯泡两端的电压不超过额定值,不考虑灯丝电阻变化,在全部满足以上条件的情况下,电流表的量程应选 最恰当(选填“00.6A”或“03A“),滑动变阻器接人电路中的最小阻值应为 ;电路中电流的最小值应为 A。【解析】由电路图可知,灯泡 L 与滑动变阻器 R 串联,电
16、压表测 R 两端的电压,电流表测电路中的电流。(1)根据 P=UI 求出灯泡的额定电流,然后与滑动变阻器允许通过的最大电流相比较确定电路中的最大电流,据此确定电流表的量程,此时滑动变阻器接入电路中的电阻最小,根据欧姆定律求出灯泡的电阻和电路的总电阻,利用电阻的串联求出滑动变阻器接入电路的最小阻值;(2)由串联电路的分压特点可知,当电压表的示数最大时电路中的电流最小,根据串联电路的电压特点求出灯泡两端的电压,根据串联电路的电流特点和欧姆定律求出电路中的最小电流。【解答】由电路图可知,灯泡 L 与滑动变阻器 R 串联,电压表测 R 两端的电压,电流表测电路中的电流。9(1)由 P=UI 可得,灯泡
17、的额定电流:I L= = =0.5A,因串联电路中各处的电流相等,且滑动变阻器允许通过的最大电流为 1A,所以,电路中的最大电流 I 大 =IL=0.5A,则电流表的量程为 00.6A,此时滑动变阻器接入电路中的电阻最小,由 I= 可得,灯泡的电阻和电路的最小总电阻分别为:R L= = =12,R 总小 = =18 ,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,滑动变阻器接入电路的最小阻值:R 小 =R 总小 R L=1812=6;(2)由串联电路的分压特点可知,当电压表的示数最大为 UR=6V 时,变阻器接入电路的阻值最大,电路中的电流最小,因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,此时灯泡两
18、端的电压:U L=UU R=9V6V=3V,则电路中的最小电流:I 小 = = =0.25A。故答案为:00.6A;6;0.25。2(2018广安)如图所示的电路,闭合开关后,当滑片 P 向右移动时,下列说法正确的是( )。A灯泡 L 变暗 B电压表示数变小10C电流表 A1示数变大 D整个电路消耗的总功率变小【解析】由电路图可知,灯泡 L 与电阻 R 并联,电压表测电源的电压,电流表 A1测干路电流,电流表 A2测 L 支路的电流,根据电源的电压可知滑片移动时电压表示数的变化,根据并联电路中各支路独立工作、互不影响可知滑片移动时通过 L 的电流和实际功率不变,根据滑片的移动可知接入电路中电阻
19、的变化,根据欧姆定律可知通过 R 的电流变化,根据并联电路的电流特点可知干路电流的变化,根据 P=UI 可知电路总功率的变化。【解答】由电路图可知,灯泡 L 与滑动变阻器 R 并联,电压表 V 测电源的电压,电流表 A1测干路电流,电流表 A2测 L 支路的电流。因电源的电压不变,所以,滑片移动时,电压表的示数不变,故 B 错误;因并联电路中各支路独立工作、互不影响,所以,滑片移动时,通过 L 的电流和实际功率不变,即 L 的亮度不变,故 A 错误;当滑片 P 向右移动时,变阻器接入电路中的电阻变大,由 I= 可知,通过 R 的电流变小,因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以,干路电流变
20、小,即电流表 A1的示数变小,故 C 错误;由 P=UI 可知,整个电路消耗的总功率变小,故 D 正确。故选 D。3.(2018十堰)如图所示电路,电源电压为 保持不变,电流表的量程为 ,7.5 00.6电压表的量程为 ,灯泡 L 的规格为“6 V、3 W”,滑动变阻器的规格为 “ ”,0 3 151闭合开关后,不考虑灯丝电阻的变化,在电路安全的前提下,将滑动变阻器滑片由右向左移动,则下列说法正确的是( )。A. 电压表示数增大,电流表示数减小;B. 电压表示数与电流表示数的比值不变;C. 滑动变阻器 R 的电阻最大值与最小值之比为 8:3;11D. 整个电路的电功率的最大值与最小值之比为 9
21、:4【解析】由图可知灯泡和滑动变阻器串联,电压表测量滑动变阻器的电压,电流表测电路中的电流; 将滑动变阻器滑片由右向左移动,滑动变阻器连入的电阻变小,根据欧(1)姆定律和串联电路的特点即可排开电路中的电流变化和变阻器两端的电压变化。 已知小(2)灯泡的规格“6 V 3W”,则可求出灯泡的电阻及额定电流,比较额定电流及电流表的最大量程,可得出电路中允许通过的最大电流,此时滑动变阻器接入电路的电阻最小,根据欧姆定律求出电路的电阻,利用电阻的串联特点求出滑动变阻器接入电路的最小值,再根据求出此时电路中的最大功率; 当电压表的示数为 15V 时,滑动变阻器连入的电阻= (3)最大,电路中的电流最小,根
22、据串联电路的电压特点和欧姆定律求出电路中的电流、滑动变阻器接入电路的最大阻值,再根据 求出灯泡和电路中的最小电功率,进一步得出=滑动变阻器接入电路的电阻最大值,然后求出比值。解答:由图知,灯泡和滑动变阻器串联,电压表测量滑动变阻器的电压,电流表测电路中的电流。将滑动变阻器滑片由右向左移动,滑动变阻器连入的电阻变小,由于电源电压不变,(1)则根据欧姆定律可知电路中的电流变大,即电流表示数变大;根据串联电路的分压特点可知,变阻器两端的电压变小,即电压表示数变小,故 A 错误;由欧姆定律可知,电压表示数与电流表示数的比值等于变阻器连入电路的阻值,所以电压表示数与电流表示数的比值变小,故 B 错误;由
23、 得灯丝的电阻为: ,(2)=2 =2额额 =(6)23=12灯正常发光时的电流为: ;=额=612=0.5则 ,所以电路中的最大电流应为 ,此时灯泡正常发光;0.6 =0.5由欧姆定律可得,电路中的最小总电阻: ;总 =7.50.5=15因串联电路的总电阻等于各电阻之和,12所以,滑动变阻器连入电路的最小值: ;滑 =总 =1512=3电路中的最大电功率: 。=7.50.5=3.75为保护电压表,滑动变阻器两端的最大电压为 3V,此时滑动变阻器连入的电阻最大,电路中的电流最小,根据串联电路的电压特点可得,此时灯泡的电压:,=滑 =7.53=4.5此时电路中最小的电流为: ,=4.512=0.
24、375滑动变阻器连入的最大电阻为: ;滑 =滑= 30.375=8电路中最小电功率: 。=7.50.375=2.8125由此可知:滑动变阻器 R 的电阻最大值与最小值之比为 : :3,故 C 正确;83=8整个电路的电功率的最大值与最小值之比为 : :3,故 D 错误。3.752.8125=4故选: C。4.(2018武汉)如图所示电源电压 U 保持不变。当开关 S2闭合、S 1和 S3斯开,滑动变阻器的滑片在最右端时,电路的总功率为 P1,再将滑片滑至最左端,有一只电表的示数变为原来的 1/5;当开关 S1和 S3闭合、S 2断开,滑动变阻器的滑片从最右端滑至中点时,R3的功率增大了 0.0
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