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动态电路的破解方法

2020-09-10王学军

初中生学习指导·中考版 2020年7期
关键词:欧姆定律示数变阻器

王学军

动态电路是指由于滑动变阻器滑片的移动或开关的通断引起相应电学物理量发生变化的多状态电路。动态电路问题综合性强,难度大,是中考的热点和高频考点。下面结合中考真题,分类剖析此类题的解题思路和方法。

一、滑动变阻器型动态电路

1. 首先用“去表法”简化电路,明确电路连接方式并画出直观等效电路图;2. 再明确各电表测量对象并在直观电路图上添加电表;3. 然后判断滑动变阻器的滑片移动时连入电路的电阻是否变化、如何变化;4. 最后利用欧姆定律,结合串、并联电路特点,按照“一电阻,二电流,三电压,四电功率”的顺序分析判断各物理量的变化。

例1(2019·贵州·毕节)如图1所示的电路,闭合开关,当滑片P向上移动时,电流表读数和电压表读数的变化情况分别是( )。

A. 变大,变大 B. 变大,变小

C. 变小,变小 D. 变小,变大

解析:用“去表法”简化电路可知,R1与R2串联,电压表测R2两端的电压,电流表测干路中的电流。当P上移时,R2增大,R总增大。根据欧姆定律,[I=UR总],可知I变小;U1 = IR1,则U1变小;U2 = U - U1,则U2变大。所以,电流表示数变小,电压表示数变大。

答案:D

点评:由局部(滑动变阻器接入的电阻的变化)到整体(先根据串联电路的电阻特点判断总电阻的变化,进而根据欧姆定律判断总电流的变化,注意总电压不变),再到局部(依据欧姆定律分析定值电阻两端电压的变化,再根据总电压不变判断滑动变阻器两端电压的变化)分析。

例2(2019·辽宁·抚顺)如图2所示的电路中,电源电压不变,闭合开关S,滑片P向右移动的过程中,下列说法正确的是( )。

A. 电流表A示数变大,电流表A1示数不变

B. 电流表A1示数变大,电流表A2示数不变

C. 电压表V示数与电流表A1示数的乘积不变

D. 电压表V示数与电流表A1示数的比值变小

解析:用“去表法”简化电路画出对应的等效电路图如图3所示。由图可知,R1与R0并联,电压表测并联电路两端的电压,电流表A1测R0支路的电流,电流表A2测R1支路的电流,电流表A测干路电流。由于电源电压不变,因此,滑动变阻器滑片滑动时,电压表的示数不变;根据欧姆定律可知,R0两端电压不变,电流表A1示数不变;当P向右移动时,R1变大,根据欧姆定律可知,电流表A2示数变小;根据并联电路电流的特点,[I=I1+I2],可知电流表A的示数也变小;电压表V示数与电流表A1示数都不变,则二者的乘积不变,二者的比值也不变。

答案:C

点评:对于滑动变阻器并联型电路,一种思路是先根据欧姆定律分析各支路电流的变化,然后根据并联电路电流特点分析总电流的变化;另一种思路是从局部(滑动变阻器接入電阻的变化)到整体(总电阻、总电流怎样改变)再到局部(支路电流怎样改变)分析。

二、开关通断型动态电路

1. 首先用“去表法”简化电路,根据开关的通断画出每一个状态的直观等效电路图(短路部分和断路部分要去掉);2. 然后明确各电表在两种电路状态时的测量对象;3. 最后依据欧姆定律和电路特点分析判断。

例3(2019·江西)如图4所示,电源电压保持不变,S1掷到1时,小灯泡恰好正常发光。当S1由1掷到2时,下列说法正确的是( )。

A. 电流表示数变小,小灯泡正常发光 B. 电压表示数不变,小灯泡发光暗淡

C. 电流表示数变小,电压表示数变小 D. 电压表示数不变,电流表示数变大

解析:当S1掷到1时,R1与L并联,等效电路图如图5所示,此时电流表测干路电流,电压表测电源两端的电压;当S1由1掷到2时,R2被短路,电路为L的简单电路,等效电路图如图6所示,此时电流表测通过L的电流,电压表测电源两端的电压,因电源电压保持不变,所以,电压表的示数不变。图5中电流表的示数为:[I=UR并],图6中电流表的示数为:[I'=URL]。由于并联电路的总电阻比任一分电阻都小,因此,[I'<I],即电流表的示数变小。灯泡的亮度由灯泡实际消耗的功率决定,在状态1中,小灯泡正常发光,此时小灯泡额定电压等于电源电压;在状态2中,小灯泡两端电压仍为电源电压,即此时小灯泡两端的实际电压等于额定电压,所以,小灯泡仍正常发光。

答案:A

点评:解答开关通断型动态电路问题,要先仔细观察每一个电路状态电压表测量对象是否改变,利用电路的电压特点判断电压表示数是否变化,然后利用欧姆定律分别表达出两种状态下的电流表达式,比较电阻的大小关系,判断出电流的变化。

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