鲁科版高二物理选修3-1_动态直流电路的分析方法.pdf

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1、动态直流电路的分析方法动态直流电路的分析方法在直流电路中，当开关接通或断开，改变电路结构时，或者移动滑动变阻器的滑键，改变某一部分电路的电阻时，电路中各部分的电流、电压和电功率都会随之发生变化。正确分析此类动态直流电路问题的方法有以下几点。1.根据电路结构的变化情况或者可变电阻值的变化情况，分析直流电路总电阻的变化情况。下面是几个判定总电阻变化情况的规律：（1）当外电路的任何一个电阻增大（或减小）时，电路的总电阻一定增大（或减小）。（2）若开关的接通或断开使串联的用电器增多时，总电阻增大；若开关的接通或断开使并联的用电器增多时，总电阻减小。（3）在图 1 中所示分压电路中，滑动变阻器可以视为由

2、两段电阻构成，其中一段与用电器并联（以下简称并联段），另一段与并联部分相串联（以下简称串联段）。设滑动变阻器的总阻值为 R，灯泡的电阻为R灯，与灯泡并联的那一段电阻为R并，则分压器的总电阻为：R总 R R并R并R灯R并 R灯 R 2R并R并 R灯 R 1R灯12R并R并图 1由上式可以看出，当R并减小时，R总增大；当R并增大时，R总减小。由此可以得出结论：分压器总电阻的变化情况，与并联段电阻的变化情况相反，与串联段电阻的变化情况相同。（4）在图 2 中所示并联电路中，滑动变阻器可以看作由两段电阻构成，其中一段与R1串联（简称R上），另一段与R2串联（简称R下），则并联总电阻1/5R总R RR1

3、上2 R下R1 R2 R图 2由上式可以看出，当并联的两支路电阻相等时，总电阻最大；当并联的两支路电阻相差越大时，总电阻越小。2.根据全电路欧姆定律，分析总电流的变化情况和路端电压的变化情况。因此电源的电动势 E 和内电阻 r 是定值，所以，当外电阻 R 增大（或减小）时，由I E可知电流减小（或增大），由U E Ir可知路端电压随之增大（或Rr减小）。3.根据串、并联电路的特点和局部电路与整个电路的关系，分析各部分电路中的电流强度 I、电压U 和电功率 P 的变化情况。一般来说，应该先分析定值电阻上 I、U、P 的变化情况，后分析变化电阻上的 I、U、P 的变化情况。例例 1.1.在图 3

4、所示电路中，电源的电功势为 E、内阻为r，R1、R2、R3为定值电阻，R 是一滑动变阻器，电路中的电压表和电流表均视为理想的。试讨论：当R 的滑键向上滑动时，电源总功率及各电表示数如何变化？图 3解析：本题等效电路如图 4 所示。2/5图 4R 的滑键上滑时，其阻值增大，导致电路中总电阻增大。由I E可知，R外 r电路中的总电流减小，即增大，即表示数减小。因电源端电压U E Ir，故端电压示数增大。电源的总功率P EI减小。R1上的电压因总电流的减小示数变大。R2上的电流强度I2变大，而变小，U2变大，（U2 U端U1）所以所以的示数变大。因总电流变小，I2变大，所以I3变小（I总 I2 I3

5、），的示数变小。的示数变小，例例 2.2.在图 5 所示电路中R2、R3是定值电阻，R1是滑动变阻器，当R1的滑键由左端向右端滑动时，各个电表的示数怎样变化？图 5解析：当R1的滑键向右滑动时，由R1和R2组成的分压器的串联段电阻减小，所以电路的总电阻减小：根据I E可知干路中的电流强度增大，电流表A的R r示数增大，再根据U E Ir，可知路端电压减小，电压表V的示数减小。因为 R3为定值电阻，当干路中电流强度增大时，其两端电压随之增大，所以电压表的示数增大。根据U1 U U3，因U 减小，U3增大，所以U1减小，3/5电压表的示数减小。当滑动变阻器的滑键向右滑动时，R1的左段电阻R左与R2

6、并联部分的电阻增大，且干路中的电流强度增大，根据部分电路欧姆定律可知电压表的示数示增大，由于R2为定值电阻，且U2增大，根据部分电路欧姆定律可知电流表数增大。根据并联分流原理，通过电流表的电流强度为：I1R2R2EI R RR2 R左R2 R左2左 R1 R左 R3 rR左 R2R2E2R左R1 R3 rR左R1 R3 rR2在上式中，分子为恒量，分母为关于R左的二次函数，且二次项的系数小于零，分母有极大值，由此可见，电流表练习：在图 6 所示的电路中，电源电动势E 63.，电阻R1 2，.V，内阻r 05R2 3，滑动变阻器的最大阻值R 5，当滑动触头 P 由变阻器 a 端滑动到 b的示数先

7、减小后增大。端的过程中，求通过电源的电流的变化范围。图 6答案：2.1A3A解析：设 P 滑到某点变阻器 Pa 段电阻为Rx，则 Pb 段电阻为R Rx；此4/5时外电路的结构为：Rx和R1串联的支路与R Rx和R2串联的支路并联，外电路电阻为：R外Rx R1R Rx R2Rx R1R Rx R2Rx 25 Rx 3Rx 25 Rx 316 6Rx Rx21025Rx 3102根据闭合电路欧姆定律，流过电源的电流为：I E6.36322R外 r25R 330Rx 3 05.10当Rx 0时，流过电源的电流最大。其最大电流为：Imax632 3A300 3当Rx 3时，流过电源的电流最小，其最小电流为：Imin63.A2 21303 3所以流过电源的电流变化范围是 2.1A3A.5/5