《闭合电路的动态问题分析(罗从武）.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《闭合电路的动态问题分析(罗从武）.ppt（41页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、专题 闭合电路的动态问题分析,重庆市忠县拔山中学校 罗从武,分析电路的动态问题，应该从下面几个方面入手:,1、认识电路的结构，复杂的电路要简化。,2、电压表和电流表当着理想的，电压表的阻值视 为无穷大，电流表的阻值视为零。,3、分清电压表所测是哪部分的电压，电流表所测得是哪部分导体的电流。,4、把滑动变阻器的连接方式分析清楚。,5、关键抓住电路中是什么地方在变化。,I,R,r,U内,E,R,I,U内,U外,E. r 一定,U内= Ir,E=U外+U内,1.理论根据：,（1）闭合电路欧姆定律,（2）部分电路欧姆定律,3.结论：路端电压随着外电阻的增大而增大，减小而减小。,2.逻辑推理：,程序法分
2、析问题的逻辑思路:,4、注意事项,（1）某一电阻的变化有以下几种常见情况 电路结 构不变，当某一个电阻增大时，电路的总 电阻增大； 串联的电阻个数增多时总电阻增大；并联的电阻个数增多时，总电阻减小。,（2）运用程序法从整体转到局部时，应先分析固定支路，后分析变化支路，同时注意电流和电压两条线的转换。,5、滑线变阻器常见三种接法的特点,（1）限流式接法： RAB随pb间的电阻增大而增大。,（2）分压式接法： 当P由a滑至b时，电路的总电阻RAB持续减小；若P点反向移动，则RAB持续增大。,（3）并联式电路。由于两并联支路的电阻之和为定值，则两支路的并联电阻随两支路阻值之差的增大（减小）而减小（增
3、大）；且支路阻值相等时有最大值，相差最大时有最小值。,证明：令两支路的阻值被分为Ra、Rb,且Ra+Rb=R0,其中R0为定值。则,设R1R2，当滑动端在b点时R并最小。,例题归类分析,一、灯泡的亮暗分析,例1、如图电路，闭合电键S后，a、b、c三盏灯均能发光，电源电动势E恒定且内阻r不可忽略。现将变阻器R的滑片稍向上滑动一些，三盏灯的亮度变化情况是（ ） A、a灯变亮，b、c灯变暗 B、a、c灯变亮，b灯变暗 C、a、c灯变暗，b灯变亮 D、a、b灯变暗，c灯变亮,B,例2、如图所示电路中，电源电压恒定，当K闭 合后，滑动变阻器的滑片P处于图示位置时，小灯泡L1、L2、L3、L4的亮度均相同
4、。若将P向右滑动时，各灯泡亮度变化的情况是 ,AL1、L4变亮，L2、L3变暗； BL2变亮，L1变暗，L3、L4 亮度不变； CL1变暗，L3、L4变度不变， L2无法判断； D四只灯泡亮度都变暗。,L1,L2,L3 P,L4,K,A,关键：“牵一发而动全身”,解题方法:分析灯泡亮暗问题，关键是分析灯泡的电流或电压，任一个增大或减小，灯泡将变亮或变暗。,例1.在如图所示的电路中，E为电源电动势， r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器。当R2的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U。现将R2的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情
5、况是 （ ） AI1增大，I2不变，U增大 BI1减小，I2增大，U减小 CI1增大，I2减小，U增大 DI1减小，I2不变，U减小,B,应用“串反并同”法则分析可直接得出结论。,二、判断电表的读数增减问题,“串反并同”,“并同”：是指某一电阻增大（减小）时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大（减小）；,“串反”：是指某一电阻增大（减小）时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小（增大）。,（1）条件：E、r（r0）一定， 单变量电路。,（2）规律：,“串反并同”,（3）说明：明确广义的“串”和“并”的物理意义。注意真理是相对的。,例2.电动势为E、
6、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图所示的电路，当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，下列说法正确的是（ ） A. 电压表和电流表读数都增大 B. 压表和电流表读数都减小 C. 电压表读数增大，电流表读数减小 D. 电压表读数减小，电流表读数增大,【解析】设滑动变阻器的触头上部分电阻为x，则电路的总电阻为,A,滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，并联支路电阻x增大，故路端电压变大，同时并联部分的电压变大，故通过电流表的电流增大，故选项A正确。,“串反并同”,例3.（2011年上海物理卷）如图所示电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P从最高端向下滑动时（ ） A电压表V读
7、数先变大后变小，电流表A读数变大 B电压表V读数先变小后变大，电流表A读数变小 C电压表V读数先变大后变小，电流表A读数先变小后 变大 D电压表V读数先变小后变大，电流表A读数先变大后变小,A,【解析】外电路电路结构为滑动变阻器的上部分电阻R1与下部分电阻R2并联后再与电阻R串联。当R1R2时，R并最大，可知外电路电阻先增大后减小，干路电流先减小后增大，路端电压先增大后减小，排除B、D选项；讨论电流表示数变化时，可将电阻R与电源内阻r之和等效为电源内阻r内，外电路只有R1与R2并联，当R1R2时，P向下移动，R2减小，而电压增大，故电流表A的读数增大；当R1R2时，P继续向下移动，R1增大，且
8、其两端电压减小，故通过R1的电流减小，而由前面的判断可知此时干路电流增大，故另外一条支路R2上的电流必定增大，即电流表A读数继续增大，综上所述电流表读数一直增大，A对。,三、电表读数之比及读数变化之比问题,例1.（ 2006年上海物理卷11）如图所示电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用I、U1、U2和U3表示，电表示数变化量的大小分别用I、U1、U2和U3表示下列比值正确的是（ ） A.U1/I不变,U1/I不变 B.U2/I变大,U2/I变大 C.U2/I变大,U2/I不变 D.U3/I变大,U3/I不变,A C D,不变,变
9、大,不变,变大,不变,例2、 如图所示，电源电动势为E，内电阻为r当滑动变阻器的触片P从右端滑到左端时，发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为U1和U2，下列说法中正确的是 （ ） A.小灯泡L1、L3变暗，L2变亮 B.小灯泡L3变暗，L1、L2变亮 C.U1U2,B D,四、功率变化问题,例1、如图所示的电路,电源的电动势E=9.0V，内电阻r=2.0，定值电阻R1=1.0，R2为可变电阻，其阻值在0-10范围内调节。,（1）R2取何值时， 电源的输出功率最大？,（2） R2 取何值时，R1消耗的电功率最大？,（3）R2取何值时， R2 消耗的电功率最大？,1、当内外电阻相等时，电源输
10、出的功率最大，但此时效率才50%。 2、模型化归：研究变阻器上消耗功率最大时，可把定值电阻看作内阻。,例2、已知如图，E = 6V，r = 4，R1= 2， R2的变化范围是010。求： R2取何值时 （1）电源的总功率最大？ （2）电源的输出功率最大？ （3） R1上消耗的功率最大？ （4） R2上消耗的功率最大？,（1）0 6W （2）2 2.25W （3）0 2W （4）6 1.5W,A,例1、如图所示的电路中，闭合电键，灯L1、L2正常发光，由于电路出现故障，突然发现灯L1变亮，灯L2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是：（ ）,A、R1断路 B、R2断路 C、R3短路
11、D、R4短路,五、电路故障问题,例2.某兴趣小组对一火灾报警装置的部分电路进行探究，其电路如图所示，其中R2是半导体热敏电阻，它的电阻随温度变化关系如图乙所示当R2所在处出现火情时，通过电流表的电流I和a、b两端电压U与出现火情前相比 （ ） AI变大，U变大 BI变小，U变小 CI变小，U变大 DI变大，U变小,D,例3、如图所示的电路中，闭合电键k后，灯a和b都正常发光， 后来由于某种故障使灯b突然变亮，电压表读数增加，由此推 断这故障可能是 （ ） Aa灯灯丝烧断 B电阻R2断 C电阻R2短路 D电容被击穿短路,B,六、含容电路的分析,思路方法：,1、电路稳定后，电容器在电路中就相当于断
12、路.,2、电路稳定后，电容所在电路无电流，所以其两端的电压就是所在支路两端的电压,3、电路的电压、电流变化时，会引起电容器的充放电，进而引起内部电场的变化,例1. 图中,开关S1、S2均处于闭合状态,在分别断开S1、S2 后的短暂过程中,关于流过电阻R1、R2的电流方向,以下判断正确的是 A、若只断开S1,流过R1 的电流方向为自左向右 B、若只断开S1,流过R1 的电流方向为自右向左 C、若只断开S2,流过R2 的电流方向为自左向右 D、若只断开S2,流过R2 的电流方向为自右向左,AC,例2、一平行板电容器C,极板是水平放置的,它和三个可变电阻及电源联接成如图所示的电路.今有一质量为m的带
13、电油滴悬浮在两极板之间静止不动.要使油滴上升,可采用的办法是: A.增大R1 B.增大R2C.增大R3 D.减小R2,例4、如图所示，电源电压200V，两个电容器 完全相同，静电计读数U和电压表读数U，以下说法正确的是（ ） A.U=100V, U=100V B.U=0, U=200V C.U=200V, U=0 D.U=100V, U=0,V,C1,C2,C,例5、如图所示，电源电动势=12伏，内阻r=1欧，电阻R1=3欧，R2=2欧，R3=5欧，电容器的电容量C1=4F,C2=1F,求C1、C2所带电量。,Q1=1.610-5库 Q2=10-5库,例5、如图所示，E=10V，C1=C2=3
14、0F，R1=4.0， R2=6.0，电池内阻可忽略：先闭合开关K，待电路稳定后，再将K断开，则断开K后流过电阻R2、R1的电量为多少？,E=12V,R1,R2,R3,C2,例6、如图所示，已知E=12V，r=1，R1=3 ，R2=2 ，R3=5 ，C1=4 F，C2=1 F，则C1所带的电量为多少库仑，C2所带的电量为多少库仑，并指出C1，C2哪个极板带正电？,例题7、如图所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部闭合电键S，小球静止时受到悬线的拉力为F.调节R1、R2，关于F的大小判断正确的是(),A. 保持R
15、1不变，缓慢增大R2时，F将变大 B. 保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变小 C. 保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变大 D. 保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变小,B,例题8、如图所示电路中，电源电动势为E、内阻为r，电阻R3为定值电阻，R1、R2为滑动变阻器，A、B为电容器两个水平放置的极板。当滑动变阻器R1、R2的滑动触头处于图示位置时，A、B两板间的带电油滴静止不动。则下列说法中正确的是() A把R2的触头向右缓慢移动时，油滴向下运动 B把R1的触头向右缓慢移动时，油滴向上运动 C缓慢增大极板A、B间的距离，油滴静止不动 D缓慢减小极板A、B的正对面积，油滴向上运动,B,例题9、
16、如图所示，内壁光滑、内径很小的1/4圆弧管固定在竖直平面内，圆弧的半径为0.2m，在圆心O处固定一个电荷量为- 110-9 C的点电荷。质量为0.06kg、略小于圆管截面的带电小球,从与O点等高的A点沿圆管内由静止运动到最低点B ,到达B点小球刚好与圆弧没有作用力，然后从B点进入板距d= 0.08m的两平行板电容器后刚好能在水平方向上做匀速直线运动,且此时电路中的电动机刚好能正常工作。已知电源的电动势为12V,内阻为1,定值电阻R的阻值为6，电动机的内阻为0.5.求（取g=10m/s2,静电力常量k=9.0 109 Nm2/C2） （1）小球到达B点时的速度； （2）小球所带的电荷量； （3）
17、电动机的机械功率。,解:1）对小球从A-B由动能定理： 得 2）由分析可得小球带正电,设其电量为Q,在B点，由牛顿第二定律得： 3)小球在两板之间时： 对R: 对电动机：,例题10、电源内阻r=2，R1=8，R2=10，K1闭合，K2断开时，在相距d=70cm，水平放置的固定金属板AB间有一质量m=1.0g，带电量为q=7105C的带负电的微粒，恰好静止在AB两板中央的位置上，求（1）电源的电动势（2）将K1断开0.1s后，又将K2闭合，微粒再经过多长时间与极板相碰。（g=10m/s2）,【解答】（1）对小球 （4分） （2） （1分） （1分） 距上极板25cm时V=0粒子不能碰到上极板（2
18、分） （2分）,例11.如图所示的电路中，4个电阻的阻值均为R，E为直流电源，其内阻可以不计，没有标明哪一极是正极.平行板电容器两极板间的距离为d.在平行极板电容器的两个平行极板之间有一个质量为m,电量为q的带电小球.当电键K闭合时，带电小球静止在两极板间的中点O上.现把电键打开，带电小球便往平行极板电容器的某个极板运动，并与此极板碰撞，设在碰撞时没有机械能损失，但带电小球的电量发生变化.碰后小球带有与该极板相同性质的电荷，而且所带的电量恰好刚能使它运动到平行极板电容器的另一极板.求小球与电容器某个极板碰撞后所带的电荷.,解:由电路图可以看出，因R4支路上无电流，电容器两极板间电压，无论K是否
19、闭合始终等于电阻R3上的电压U3，当K闭合时，设此两极板间电压为U，电源的电动势为E，由分压关系可得UU3 E 小球处于静止，由平衡条件得 mg 当K断开，由R1和R3串联可得电容两极板间电压U为U 由得U U UU表明K断开后小球将向下极板运动，重力对小球做正功，电场力对小球做负功，表明小球所带电荷与下极板的极性相同，由功能关系 Mg q mv20,因小球与下极板碰撞时无机械能损失，设小球碰后电量变为q，由功能关系得 qUmgd=0 mv2 联立上述各式解得 q q 即小球与下极板碰后电荷符号未变，电量变为原来 的 .,例题12、如图所示的电路中，两平行金属板A、B水平放置，两板间的距离d=
20、40cm。电源电动势E=24V,内电阻r=1，电阻R=15。闭合开关S，待电路稳定后，将一带正电的小球从B板小孔以初速度v0=4m/s竖直向上射入板间。若小球带电量为q=110-2C,质量为m=210-2 kg,不考虑空气阻力。那么，滑动变阻器接入电路的阻值为多大时，小球恰能到达A板?此时，电源的输出功率是多大？(取g=10 m/s2),80,23w,例题13、所示的电路，已知电池电动势E90 V，内阻5 ，R110 ，R220 ，板面水平放置的平行板电容器的两极板M、N相距d=3 cm，在两板间的正中央有一带电液滴，其电量q=-2107 C,其质量 m=4.5105kg,取g=10 m/s2，问 （1）若液滴恰好能静止平衡时，滑动变阻器R的滑动头C正好在正中点，那么滑动变阻器的最大阻值Rm是多大? （2）将滑动片C迅速滑到A端后， 液滴将向哪个极板做什么运动? 到达极板时的速度是多大?,1)Rm=90 , 2)0.2m/s,