高中物理动态电路分析.docxVIP

2011高三物理模型组合讲解一一电路的动态变化模型 ［模型概述］ “电路的动态变化”模型指电路中的局部电路变化时引起的电流或电压的变化，变化起 因有变阻器、电键的闭合与断开、变压器变匝数等。不管哪种变化，判断的思路是固定的， 这种判断的固定思路就是一种模型。 ［模型讲解］ 一、直流电路的动态变化 直流电路的动态变化引起的电表读数变化问题 例1.如图1所示电路中，当滑动变阻器的滑片 p向左移动时，各表（各电表内阻对电 路的影响均不考虑）的示数如何变化？为什么？ 图1 解析：这是一个由局部变化而影响整体的闭合电路欧姆定律应用的动态分析问题。对于 这类问题，可遵循以下步骤：先弄清楚外电路的串、 并联关系，分析外电路总电阻怎样变化； 由I — 确定闭合电路的电流强度如何变化；再由 U = E - lr确定路端电压的变化情 R +r 况；最后用部分电路的欧姆定律 U =IR及分流、分压原理讨论各部分电阻的电流、电压变 化情况。 当滑片P向左滑动，R3减小，即R总减小，根据I总 —判断总电流增大，A1示 R总+ r 数增大； 路端电压的判断由内而外，根据 U二E - lr知路端电压减小，V示数减小； 对R1,有U1 =1总R1所以U1增大，V示数增大； 对并联支路，U 2 - U - U1，所以U 2减小，V2示数减小； U 2 对R2,有I 2 -，所以I2减小，A2示数减小。 R2 评点：从本题分析可以看出，在闭合电路中，只要外电路中的某一电阻发生变化，这时 除电源电动势、内电阻和外电路中的定值电阻不变外， 其他的如干路中的电流及各支路的电 流、电压的分配，从而引起功率的分配等都和原来的不同，可谓“牵一发而动全身” ，要注 意电路中各量的同体、 同时对应关系，因此要当作一个新的电路来分析。 解题思路为局部电 路T整体电路T局部电路，原则为不变应万变(先处理不变量再判断变化量) 。 直流电路的动态变化引起的功能及图象问题 例2.用伏安法测一节干电池的电动势和内电阻，伏安图象如图所示，根据图线回答： 干电池的电动势和内电阻各多大？ 图线上a点对应的外电路电阻是多大？电源此时内部热耗功率是多少？ 图线上a、b两点对应的外电路电阻之比是多大？对应的输出功率之比是多大？ 在此实验中，电源最大输出功率是多大？ 图2 解析： 开路时(1=0)的路端电压即电源电动势，因此 E =1.5V，内电阻 1 5 3 =02」 7.5 也可由图线斜率的绝对值即内阻，有: 1.5 - 1.5 -1.0 2.5 门二02」 (2) a点对应外电阻 Ra = U_L = 10 - 0.41】 Ia 2.5 此时电源内部的热耗功率: 2 2 Pr =lar =2.5 0.2W P.25W 也可以由面积差求得: Pr = I a E - I aU a = 2.5 (1.5 T .0)W 二 1.25W （3）电阻之比： Ra i.0/2.5「 4 — — Rb 0.5/5.0J 1 输出功率之比： Pa 1.0 2.5W 1 a Pb 0.5 5.0W 1 （4）电源最大输出功率出现在内、外电阻相等时，此时路端电压 U = E，干路电流 2 短 15 7 5 I 短，因而最大输出功率 P出m W =2.81W 2 2 当然直接用P出^ —计算或由对称性找乘积 IU （对应于图线上的面积）的最大值，也 4r 可以求出此值。 评点：禾U用题目给予图象回答问题，首先应识图（从对应值、斜率、截矩、面积、横纵 坐标代表的物理量等），理解图象的物理意义及描述的物理过程：由 U — I图象知E=1.5V , 斜率表内阻，外阻为图线上某点纵坐标与横坐标比值； 当电源内外电阻相等时， 电源输出功 率最大。 二、交变电路的动态变化 例3.如图3所示为一理想变压器，S为单刀双掷开关 P为滑动变阻器的滑动触头， U1为 加在初级线圈两端的电压，Ii为初级线圈中的电流强度，则（ ） 保持Ui及P的位置不变，S由a合到b时，Ii将增大 保持P的位置及Ui不变，S由b合到a时，R消耗的功率减小 保持Ui不变，S合在a处，使P上滑，Ii将增大 保持P的位置不变，S合在a处，若Ui增大，Ii将增大  解析：S由a合到b时，nj 解析：S由a合到b时，nj减小，由W U2 % R 又R = I J j，从而11增大，可见选项 A是正确的。当S由b合到a时，与上述情况相反， 匹减小，又RR =P2,R =UiIi，从而Il减小，可见选项 C是错误的。当 匹减小，又 R R =P2, R =UiIi，从而Il减小，可见选项 C是错误的。当Ui增大，由 Un 一 ，可知 U 2 门2 U2增大,说明: U2增大, 说明: 在处理这类问题时，关键是要分清变量和不变量，弄清理想变压器中 U2由Ui和 I2 随之