專題14 動態(tài)電路的分析與計算動態(tài)電路的分析與計算是歐姆定律的一個重要應(yīng)用,中考中,動態(tài)電路分析與計算是各個省市每年中考必考的電學題型,通過動態(tài)電路的分析與計算,能充分反映學生對歐姆定律的掌握情況。一、動態(tài)電路的分析1、滑動變阻器的滑片P的位置的變化引起電路中電學物理量變化的分析:(1)串聯(lián)電路中滑動變阻器的滑片P的位置的變化引起的變化:(R為定值電阻,U為定值電阻R兩端的電壓,RP為滑動變阻器連入電路的電阻、滑動變阻器兩端的電壓UP為定值電阻R兩端的電壓)分析思路:分析的順序:滑動變阻器滑片移動引起局部電阻的變化電路總電阻的變化電路總電流的變化定值電阻電流的變化定值電阻兩端電壓滑動變阻器兩端的電壓變化。(2)并聯(lián)電路中滑動變阻器的滑片P的位置的變化引起變化:分析思路:分析的順序:定值電阻支路電流不變滑動變阻器滑片移動引起局部電阻的變化滑動變阻器支路電流的變化干路電路的變化。2、電路中開關(guān)的斷開或閉合引起變化的分析:對于開關(guān)斷開、閉合引起的動態(tài)電路,可以畫出開關(guān)斷開時的等效電路圖,分析出電流表、電壓表的測量對象;再畫出開關(guān)閉合時的等效電路圖,分析出電流表、電壓表測量對象;最后分析電路結(jié)構(gòu)發(fā)生了怎樣的變化,電壓表示數(shù)、電流表示數(shù)都發(fā)發(fā)生了怎樣的變化,必要時可以列出電流的表達式以判斷電流表示數(shù)變化。3、傳感器電阻變化引起的動態(tài)電路的分析:電路采用了一些不同類型的傳感器,其阻值會隨著氣體濃度、壓力、溫度、光強等的變化而變化,從而導(dǎo)致電路中電流、電壓發(fā)生變化。不同的傳感器阻值隨變氣體濃度、壓力、溫度、光強等的變化不同,所以做好這類題的關(guān)鍵理解好電阻的變化情況,然后按滑動變阻器滑片位置的變化引起的變化的電路分析即可。處理技巧:(1)判斷電壓表與電流表示數(shù)的比值變化情況時,可將它們的比值轉(zhuǎn)化為電阻后再判斷。(2)判斷電壓表與電壓表示數(shù)的比值變化情況時,可將它們的比值轉(zhuǎn)化為電阻之比再判斷。(3)判斷電壓表的差值關(guān)鍵看電壓表的測量對象。二、動態(tài)電路的計算;對電路而言,如果電源電壓、用電器電阻均已確定不變,則通過各用電器的電流以及電壓、電功率等物理量也隨之確定,并且可以根據(jù)電學有關(guān)定律結(jié)合電路自身的特點計算出來。一旦電路中電阻發(fā)生變化,就會引起電路中電流以及用電器的電壓、電功率等發(fā)生變化。這類問題形式多樣、復(fù)雜多變。對于動態(tài)電路的計算題,解題的關(guān)鍵是“變動為靜”,即畫出各種狀態(tài)下的等效電路圖,并標上已知量,然后從已知量多的地方入手,進行計算,或者根據(jù)每個圖形列一個方程,并聯(lián)立方程進行求解。求解此類題時,一定要清楚各個電路狀態(tài)的聯(lián)系:一般不變的是電源電壓和電阻,變化的是電流、功率、等效總電阻等,要根據(jù)不變量列方程進行求解。一、中考題型分析中考中,動態(tài)電路的分析一般較為簡單,一般以選擇題、填空題的形式考查,而動態(tài)電路的計算則相對較難,一般以選擇題、計算題形式考查,分值占2——5分左右。二、典例精析★考點一:動態(tài)電路分析◆典例一:(2020山西)如圖是小亮設(shè)計的“掛鉤式電子秤”的電路原理圖。電源電壓恒定,為定值電阻,為滑動變阻器,滑片與掛鉤固定在一起。不掛物體時,滑片最上端。掛上物體時,滑片P隨掛鉤向下移動。在電子秤量程范圍內(nèi),則()A.不掛物體時,電壓表示數(shù)為電源電壓B.所掛物體越重,電流表示數(shù)越大C.所掛物體越輕,電路消耗的總功率越大D.所掛物體重量發(fā)生變化,電壓表示數(shù)與電流表示數(shù)的比值不變【答案】C【解析】由圖可知,定值電阻R1、滑動變阻器R2串聯(lián),電壓表測變阻器R2兩端的電壓,電流表測電路中的電流不掛物體時,滑片P在R2最上端,變阻器連入電路的電阻為0,則電壓表示數(shù)為0,A錯誤;所掛物體越重,滑片P向下移動的距離越大,變阻器連入電路的電阻越大,總電阻越大,由歐姆定律可知電路中的電流越小,即電流表示數(shù)越小,B錯誤;同理可知,所掛物體越輕,變阻器連入電路的電阻越小,總電阻越小,由歐姆定律可知電路中的電流越大,根據(jù)p=UI,電路消耗的總功率越大,C正確;所掛物體重量發(fā)生變化時,變阻器連入電路的電阻發(fā)生變化;由歐姆定律可知,電壓表示數(shù)與電流表示數(shù)的比值等于變阻器連入電路的電阻,所以該比值會發(fā)生變化,D錯誤。故選C。◆典例二:(2020營口)如圖所示的電路中,電源電壓保持不變,閉合開關(guān)S,滑片P向右移動時,下列說法中正確的是()A.電壓表示數(shù)變大,電流表A1、A2示數(shù)都變小B.電壓表示數(shù)與電流表A2示數(shù)的比值不變C.電流表A1A2示數(shù)的差值變大D.電壓表示數(shù)與電流表A1示數(shù)的乘積變大【答案】B【解析】由圖可知, R1R2并聯(lián)接入電路,電流表A1測量干路電流,電流表A2測量R1電流,電壓表測量電源電壓?;?/span>P向右移動時,電壓表示數(shù)不變,電路中R2的電阻變大,總電阻變大,電流表A1變小,R1電阻不變,電壓不變,A2示數(shù)不變,A錯誤;電壓表示數(shù)與電流表A2示數(shù)的比值,為R1阻值,所以電壓表示數(shù)與電流表A2示數(shù)的比值不變,B正確;電流表A1變小,A2示數(shù)不變,電流表A1A2示數(shù)的差值變小,C錯誤;電壓表示數(shù)不變,電流表A1變小,電壓表示數(shù)與電流表A1示數(shù)的乘積變小,D錯誤。故選B。★考點二:動態(tài)電路計算◆典例一:(2020常州)如圖甲所示的電路中電源電壓恒定,小燈泡L的燈絲電阻不變,R0是定值電阻。閉合開關(guān)S,將滑動變阻器的滑片PA端移到B端,兩電壓表示數(shù)隨電流表示數(shù)變化的關(guān)系如圖乙所示。下列分析中正確的是( ?。?/span>A.電源電壓U=10.8V B.定值電阻R0=8ΩC.燈泡的最大功率為2.52W D.滑動變阻器的最大阻值為20Ω【答案】D【解析】燈泡、變阻器、定值電阻R0串聯(lián),電壓表V1測燈泡兩端的電壓,V2測燈泡與變阻器兩端的電壓,電流表測電路的電流,將滑動變阻器的滑片PA端移到B端,變阻器連入電路的電阻變小,由串聯(lián)電路電阻規(guī)律可知,電路的總電阻變小,根據(jù)歐姆定律,電路的電流變大,燈泡L的燈絲電阻不變,根據(jù)UIR可知V1示數(shù)變大,故乙中下面的圖線表示電流隨V1的示數(shù)的變化規(guī)律,則乙中上面的圖線表示電流隨V2的示數(shù)的變化規(guī)律。AB.當滑片在A端時,變阻器連入電路的電阻最大時,即燈泡、變阻器最大阻值、定值電阻R0串聯(lián),由圖乙可知,燈泡兩端電壓為UL=2.4V,燈泡和變阻器的電壓為8.4V,電路通過電流為0.3A,根據(jù)串聯(lián)分壓以及歐姆定律有8.4V+0.3R0=U;當滑片在B端時,變阻器連入電路的電阻最小時,即燈泡、定值電阻R0串聯(lián),由圖乙可知,燈泡兩端的電壓U1=4.8V,電路通過電流I′=0.6A,根據(jù)串聯(lián)分壓以及歐姆定律有4.8V+0.6R0=U聯(lián)立①②解得:U=12V,R0=12ΩA、B錯誤;當變阻器連入電路的電阻為0時,即滑片在B端時,燈泡、定值電阻R0串聯(lián),電路中的電流最大,此時燈泡的功率最大,由圖乙可知燈泡兩端的電壓U1=4.8V,電路通過電流I′=0.6A,根據(jù)P=UI燈泡的最大功率PL大=U1I′=4.80.6A=2.88W,C錯誤;當滑片在A端時,變阻器連入電路的電阻最大時,即燈泡、變阻器最大阻值、定值電R0串聯(lián),由圖乙可知,燈泡兩端電壓為UL=2.4V,燈泡和變阻器的電壓為8.4V,電路通過電流為0.3A,根據(jù)串聯(lián)分壓可得變阻器兩端電壓U=U滑+L-UL=8.4V-2.4V=6.0V可得滑動變阻器的最大阻值,D正確。故選D。◆典例二:(2020黃石)一個標有“3V3W”小燈泡L(燈絲電阻不隨溫度變化),滑動變阻器(0~6Ω),電流表A連接成如圖所示的電路,滑片P正處在滑動變阻器正中間o點位置,電源電壓恒定。(1)閉合S1、S2、S3,斷開S4,電流表的讀數(shù)為2.0A,求此時燈泡實際消耗的電功率;(2)閉合S1,斷開S2、S3S4,求此時電流表A的讀數(shù);(3)閉合S1、S3S4,斷開S2,將滑片Po滑到a點過程中,電流表A的讀數(shù)最大值為2.25A,求滑動變阻器oa之間的電阻值,并求出電流表讀數(shù)為2.25A時,滑動變阻器消耗的總功率。【答案】(1)3W(2) 0.5A   (3) 1Ω6.75W【解析】(1)閉合S1S2、S3,斷開S4時,滑動變阻器的下半部分與燈泡并聯(lián)接入電路,則滑動變阻器下半部分的電阻為3Ω,又因為小燈泡L標有“3V 3W”,可知燈泡的電阻為,則電路總電阻為則電源電壓為U=IR總=21.5Ω=3V,即小燈泡兩端電壓為3V,則小燈泡正常發(fā)光,故小燈泡此時的實際功率等于額定功率3W(2)閉合S1,斷開S2、S3S4時,滑動變阻器上半部分與燈泡串聯(lián),則此時電路中的電流為;(3)閉合S1、S3S4,斷開S2時,滑動變阻器的下半部分與上半部分并聯(lián)接入電路,滑片Po滑到a點過程中,上部分電阻設(shè)為Ra,則總電阻的函數(shù)關(guān)系為,由函數(shù)知識可知,Po滑到a點過程中,總電阻不斷減小,即在a點時,電流最大。總電阻為,則有可得,上半部分電阻不超過3Ω,所以Ra=2Ω,則滑動變阻器oa之間的電阻值為電流表讀數(shù)為2.25A時,滑動變阻器消耗的總功率,即電路總功率P=UI=32.25A=6.75W1、(2020河池)如圖所示為某學生實驗小組設(shè)計的電路,電源電壓和燈泡的電阻始終保持不變。閉合開關(guān)S,在確保電路安全的情況下,向右移動滑動變阻器滑片P的過程中,下列說法正確的是( ?。?/span>A.電壓表V1的示數(shù)變大B.電流表A的示數(shù)變小C.電壓表V1V2的示數(shù)之和變小D.若電壓表V1突然短路,則小燈泡變亮【答案】A【解析】由電路圖可知,滑動變阻器和燈泡串聯(lián),電壓表V1測量燈泡兩端電壓,電壓表V2測量滑動變阻器兩端的電壓,將滑動變阻器的滑片P向右移動時,滑動變阻器接入電路的電阻變小,總電阻變小,根據(jù)歐姆定律可知,電路中的電流變大,即電流表A示數(shù)變大;由于燈泡的電阻始終保持不變,根據(jù)U=IR可知燈泡兩端的電壓變大,即電壓表V1的示數(shù)變大,A正確,B錯誤;由串聯(lián)電路的電壓特點可知,V1、V2示數(shù)之和為電源電壓,因電源電壓不變,所以V1V2示數(shù)之和不變,C錯誤;由于電壓表V1與燈泡并聯(lián),若電壓表V1突然短路,則燈泡也被短路,所以燈泡不發(fā)光,D錯誤。故選A。2、(2020葫蘆島)如圖所示,電源電壓不變,閉合開關(guān)S,滑動變阻器的滑片向右滑動過程中,下列說法正確的是( ?。?/span>A.電流表A示數(shù)變小                     B.電壓表V1示數(shù)不變C.電壓表V2示數(shù)與電流表A示數(shù)乘積變小   D.電壓表V1示數(shù)與電流表A示數(shù)比值變小【答案】D【解析】由電路圖得,R1、R2串聯(lián),電壓表V1測R1的電壓,電壓表V2測電源電壓。閉合開關(guān)S,滑動變阻器的滑片向右滑動過程中,R1接入電阻變小,電路電流變大,電壓表V1示數(shù)變小,電壓表V1示數(shù)不變,所以電壓表V2示數(shù)與電流表A示數(shù)乘積變大,電壓表V1示數(shù)與電流表A示數(shù)比值變小。故ABC錯誤,D正確。故選D。3、(2020貴港)如圖所示,保持電源電壓不變,閉合開關(guān)S,將滑動變阻器的滑片P從中點向左移動,下列說法正確的是()A.在甲圖中,電壓表V示數(shù)不變,電流表A1A2示數(shù)均變大B.在甲圖中,電流表A1示數(shù)變小,電壓表V、電流表A2示數(shù)均不變C.在乙圖中,電壓表V1示數(shù)不變,電流表A、電壓表V2示數(shù)均變小D.在乙圖中,電壓表V2示數(shù)變大,電流表A示數(shù)變小,電壓表V1示數(shù)不變【答案】D【解析】甲圖中,變阻器R1與定值電阻R2并聯(lián),電壓表測電源電壓,A1測通過變阻器R1的電流,A2測并聯(lián)電路的總電流;因電源電壓不變,則滑片移動時電壓表V示數(shù)不變;將滑動變阻器的滑片P從中點向左移動,變阻器連入電路的電阻變大,由可知通過變阻器的電流變小,即A1示數(shù)變??;因并聯(lián)電路各支路互不影響,則通過定值電阻R2的電流不變,根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律可知總電流變小,即A2示數(shù)變小,A、B錯誤;乙圖中,變阻器R1與定值電阻R2串聯(lián),V1測電源電壓,V2測變阻器R1兩端的電壓,電流表A測電路中的電流;因電源電壓不變,則滑片移動時電壓表V1示數(shù)不變;將滑動變阻器的滑片P從中點向左移動,變阻器連入電路的電阻變大,由電阻的串聯(lián)可知電路的總電阻變大,由可知,電路中的電流變小,即電流表A示數(shù)變小;電路中的電流變小,根據(jù)U=IR可知,定值電阻R2兩端的電壓變小,由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律可知,變阻器R1的電壓變大,即V2示數(shù)變大,C錯誤,D正確。故選D4、(2020玉林)如圖所示,是酒精濃度檢測儀的簡化電路圖,圖中R0為定值電阻、R為酒精氣體傳感器,R的電阻值隨酒精氣體濃度的增大而減小。如果酒精氣體傳感器感應(yīng)到的酒精氣體濃度越大,那么(  )A.電流表示數(shù)越大B.電流表示數(shù)越小C.電路消耗的電功率越小D.電路消耗的電功率仍不變【答案】A【解析】定值電阻R0與傳感器的電阻R串聯(lián),電流表測量電路中的電流,駕駛員呼出的酒精氣體濃度越大,則酒精氣體傳感器R的電阻越小,故電路中電流越大,即電流表示數(shù)變大;由P=UI可知,當電路中電壓不變時,電流變大,則電路消耗的電功率越大A正確。故選A。5、(2020臨沂)小燈泡的I-U圖像如圖甲所示,將它與定值電阻R并聯(lián),如圖乙所示,閉合開關(guān)S1,電流表的示數(shù)為0.2A;再閉合開關(guān)S2,電流表的示數(shù)增加了0.25A.則( ?。?/span>A.電源電壓為2V B.燈泡功率為5WC.定值電阻的阻值為8Ω D.電路總功率為9W【答案】A【解析】閉合開關(guān)S1,為R的簡單電路,電流表測量通過R的電流,電流表的示數(shù)為0.2A;再閉合開關(guān)S2,燈與R并聯(lián),由并聯(lián)電路各支路互不影響,通過R的電流不變,電流表的示數(shù)增加了0.25A,即通過燈的電流為0.25A,由圖甲可知,燈兩端的電壓為2V,即電源電壓為2V,A正確;燈的功率為P=UI=2V×0.25A=0.5W,B錯誤;定值電阻的阻值為=10Ω,C錯誤;由并聯(lián)電路電流的規(guī)律,干路電流為I=0.2A+0.25A=0.45A,電路總功率為P=UI=2V×0.45A=0.9W,D錯誤。故選A。6、(2020葫蘆島)(多選)如圖甲所示,電源電壓不變,小燈泡的額定電壓為,第一次只閉合開關(guān),將滑動變阻器的滑片從最下端滑至最上端。第二次只閉合開關(guān),將滑動變阻器R的滑片從最下端向上滑至中點時,電壓表的示數(shù)為,滑至最上端時,小燈泡正常發(fā)光。圖乙是兩次實驗中電流表A與電壓表示數(shù)關(guān)系的圖象。下列說法正確的是(  )A.小燈泡的額定功率為 B.定值電阻的阻值為C.滑動變阻器的最大阻值為 D.兩次實驗中,電路的最小功率為【答案】BCD【解析】第二次只閉合開關(guān)S2,燈泡和變阻器串聯(lián),電壓表V2測量燈泡兩端的電壓,將滑動變阻器R的滑片從最下端滑至最上端時,小燈泡正常發(fā)光,此時只有燈泡的簡單電路,小燈泡的額定電壓是3V,電源電壓是3V,此時電路中電阻最小,通過電路的電流最大,由圖乙可知,電路中的電流是0.25A,小燈泡的額定功率PL=ULIL=3V×0.25A=0.75W,A錯誤;第一次只閉合開關(guān)S1、S3,變阻器和R0串聯(lián),電壓表V1測量電源電壓,將滑動變阻器R的滑片從最下端滑至最上端,只有電阻R0的簡單電路,此時電路中電阻最小,通過電路的電流最大,由圖乙可知,通過電路的電流是0.3A,定值電阻R0的阻值=10Ω,B正確;第二次只閉合開關(guān)S2,燈泡和變阻器串聯(lián),電壓表V2測量燈泡兩端的電壓,將滑動變阻器的滑片從最下端向上滑至中點時,變阻器兩端的電壓U=U-UL1=3V-1.5V=1.5V,由圖乙可知,通過變阻器的電流是0.2A,變阻器的最大阻值R=2R=2×=15ΩC正確;由圖乙可知,變阻器和R0串聯(lián)時,變阻器的阻值處于最大時,電路的總電阻最大,通過電路的電流最小,電路的最小功率為,D正確。故選BCD。7、(2020大慶)如圖甲所示,電源電壓恒定不變,為定值電阻,為電阻箱。閉合開關(guān),改變電阻箱的阻值,記錄多組電流表和電阻箱的示數(shù)分別為,然后輸入計算機繪制出-圖象,如圖乙所示,已知圖像的函數(shù)表達式為(式中均為已知量)。當電阻箱阻值為時電壓表示數(shù)為,電流表示數(shù)為,電阻箱消耗的功率為P1;當電阻箱阻值為R2時,電壓表示數(shù)為,電流表示數(shù)為,電阻箱消耗的功率為P2。下列說法中正確的是( ?。?/span>A. B.C. D.若,則必有【答案】D【解析】根據(jù)可知,方程左邊的單位為A-1,故右邊的單位也是A-1,電阻的單位是Ω,故的單位是A錯誤;根據(jù)可知,的單位是A-1,的單位是V-1bk的單位是,而電阻的單位為,即VA-1,B錯誤;若R1>R2,根據(jù)分壓原理,U1>U2,則U1-U2>0,根據(jù)串聯(lián)電阻的規(guī)律和歐姆定律,1<I2,則1-I2<0,故,則電阻不可能是負值,C錯誤;根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律及歐姆定律有,同理,,故有整理后得,即,則,D正確。故選D。8、(2020內(nèi)江)如圖所示,電源電壓恒為4.5V,小燈泡L上標有“2.5V 1.25W”的字樣(設(shè)燈絲電阻不變),電阻箱R1規(guī)格為,滑動變阻器的規(guī)格為“30Ω 1.0A”電壓表量程為,電流表量程為,閉合開關(guān)S1,當開關(guān)S21時,調(diào)節(jié)R1和R2阻值,使電壓表的示數(shù)為2.5V,則電流表的示數(shù)為______A;當開關(guān)S22時,在保證電路安全的條件下,調(diào)節(jié)R1和R2的阻值,在R1允許接入電路中的電阻最大時,小燈泡消耗的功率為______W。【答案】0.50.0125【解析】當開關(guān)S21時,電壓表測的是小燈泡的電壓,此時為額定電壓,則此時小燈泡的電流為;小燈泡的阻值當開關(guān)S22時,電壓表測的是小燈泡和電阻箱的總電壓,根據(jù)串聯(lián)分壓,電壓表電壓最大是3V時,此時電阻箱阻值調(diào)到最大,此時R2的電壓為U2′=U總-U′=4.5V-3V=1.5V由串聯(lián)分壓規(guī)律可知當R2阻值最大為30Ω時,在電壓表允許的范圍內(nèi),R1也可調(diào)到最大阻值,此時電路的電流,小燈泡的電功率PL=I′2RL=(0.05A)2×5Ω =0.0125W。9、(2020長沙)實驗小組設(shè)計了如圖所示的電路,已知電源電壓不變,燈泡L標有“2.5V 0.3A”字樣,其阻值會隨溫度變化,將滑動變阻器R2的滑片置于最右端,只閉合開關(guān)S1時,電壓表的示數(shù)為3V,R1的功率為P1;只閉合開關(guān)S1,移動滑片至最左端時,電流表的示數(shù)為0.3AR1的功率為P2;閉合開關(guān)S1S2,移動滑片至某一位置時,電壓表和電流表的示數(shù)分別為3V0.2A,已知P1:P2=14。求:(1)燈泡L的額定功率;(2)滑動變阻器的最大阻值;(3)在有電流通過燈泡L的情況下,燈泡的最小功率與最大功率之比。【答案】(1)0.75(2)20(3)120【解析】(1)燈泡L的額定功率PL額=UI=2.50.3A=0.75W(2)將滑動變阻器R2的滑片置于最右端,只閉合開關(guān)S1時,電壓表的示數(shù)為3V,R1的功率為P1,如圖甲;只閉合開關(guān)S1,移動滑片至最左端時,電流表的示數(shù)為0.3A,R1的功率為P2,如圖乙;閉合開關(guān)S1S2,移動滑片至某一位置時,電壓表和電流表的示數(shù)分別為3V0.2A,如圖丙因為所以甲乙兩圖中電流之比,又因為I=0.3A,所以I=0.15A所以滑動變阻器最大阻值,在丙電路中,滑動變阻器接入電路的電阻,所以電源電壓U=3V+IR1,由于乙電路電流為0.3A所以燈泡正常發(fā)光,電壓為2.5V,所以電源電壓U=2.5V+IR1由①②兩式可得U=4V,R1=5Ω;(3)在只閉合S1時,燈泡才有電流通過,即甲乙兩個電路中,甲電路滑動變阻器電阻最大,電路電流最小,燈泡的功率最小,此時滑動變阻器的電壓U2=3V,R1兩端電壓U1=IR1=0.155Ω=0.75V,所以燈泡兩端電壓UL甲=U-U1-U2=4V-3V-0.75V=0.25V,燈泡的最小功率PL小=UL甲I=0.250.15A=0.0375W;乙電路滑動變阻器接入電路阻值為零,電路電流最大,最大電流是0.3A,燈泡正常發(fā)光,燈泡的功率最大PL大=PL額=0.75W所以,燈泡的最小功率與最大功率之比。  

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