電路圖類習題的動態分析

〔關鍵詞〕 初中物理;習題;電路圖;開關;滑動變阻器

〔中圖分類號〕 G633.7〔文獻標識碼〕 C

〔文章編號〕 1004—0463(2010)07(A)—0047—02

在初中物理電學部分，電路的動態分析是重點和難點，也是中考熱點.因為這類題目中考查的知識點多，并且對學生的邏輯思維能力、推理能力的要求都較高，因此學生感到很難.那么，怎樣解決這類問題呢?

一、“開關電路”的動態分析

“開關電路”是指電路中含有一個或多個開關的電路.當某些開關閉合或打開時電路結構就發生變化，電路總電阻也變化，從而引起電路中電流或電壓的變化.解決這類問題的關鍵是:分析清楚當某些開關打開和閉合時電路結構怎樣變化，在不同結構下分析電阻怎樣變化，畫出等效電路圖，再根據歐姆定律和不同電路中電流、電壓、功率與電阻的關系討論解決.

例1:如圖1，電源電壓恒定，小燈泡L1標有“12V.6W”字樣，當開關K1閉合，K接a時，燈泡L1能正常發光，當K1斷開，K接b時，電壓表示數為6V，求:

(1) 小燈泡L2的阻值是多少?(2)第二種情況中兩燈泡的實際功率是多少?

解析:這是一種典型的“開關電路”，首先分析清楚兩種狀態下電路的結構，如圖2和圖3，當K1閉合K接a時，從圖2可看出L1、L2是并聯的，電壓表測的是L2兩端的電壓，也是L1兩端的電壓，即電源電壓，此時燈泡L1正常發光，所以電源電壓U=12V.

當K1斷開，K接b時，從圖3可看出L1、L2串聯，電壓表測的是L2兩端的電壓，即U2=6V.

U1=U-U2=12V-6V=6V.又因為R1=■=■?贅=24?贅，再根據串聯電路的分壓特點:■=■R2=■·R1=■×24?贅=24?贅

通過兩燈泡的電流為:I=■=■A=0.25A

L1、L2的實際功率:P1=IU1=0.25×6W=1.5W

P2=IU2=0.25×6W=1.5W

例2:如圖4，當S2閉合，S1、S3打開時，R1消耗的功率為9W，當S2打開，S1、S3閉合時，R1消耗的功率為16W，且通過R2的電流為4A.那么電源電壓和電阻R1、R2各多大?

解析:當S1、S2打開，S3閉合時，電路等效圖如圖5.

(■)2·R1=9(1)

當S1、S3閉合，S2打開時，電路等效圖如圖6.

■=16(2)

(1)(2)組成方程組，得R1=3R2

又如圖6，I1R1=I2R2 I1=■=■=■A

I12R1=16R1=■?贅=9?贅R2=3?贅

P1=■U=■=■=12V

二、“滑動變阻器電路”的動態分析

“滑動變阻器電路”是指電路中含有滑動變阻器的電路，當滑動變阻器的滑動頭移動時，電路中總電阻變化(有時也會引起電路結構的變化)，從而引起總電流及局部電壓變化.分析這種電路的關鍵在于滑動頭移動時，先看滑動變阻器連入電路的電阻和總電阻如何變化，再結合不同電路的電流、電壓、功率與電阻的關系及歐姆定律解決問題.

例3:如圖7所示，當滑動變阻器的滑動頭P向右滑動時，電壓表、電流表的示數將:

(A)V1示數變大(B)V2示數不變

(C)A示數不變 (D)三表示數均變小

解析:電壓表V2測的是R1兩端的電壓，電流表A測的是總電流，電壓表V1測的是AP之間的電壓，由于電流不會從A點通過電壓表V1到P點，始終通過整個變阻器R，因此，整個變阻器的電阻接入電路，當P向右滑動時不會改變電路的總電阻.由I=■可知，電路中的總電流保持不變，則電流表A的示數不變.由U2=IR1可知，電壓表V2的示數也不變.P向右滑動時，RAP不斷增大，由U1=IRAP知，電壓表V1的示數增大.

例4:如圖8所示，電源電壓12V保持不變，滑動變阻器的最大阻值R1=18?贅，定值電阻R2=6?贅，在滑動片滑動的過程中，電流表的最大示數是多少安?最小示數是多少安?電壓表的最大示數是多少伏?最小示數是多少伏?在電路中，當P向右滑動時，R1兩端的電壓將怎樣變化?R2消耗的功率將怎樣變化?

解析:電流表測得的是總電流，電壓表測得的是R2兩端的電壓.要使電流表A示數最大，則總電阻應最小.變阻器接入電路的電阻是ap之間的電阻，且與R2串聯.當P滑至a端時，R1在電路中的阻值為零，此時，電路中的總電阻最小為R2=6?贅，Imax=■=■A=2A;當P滑至b端時，電路中的總電阻最大，R總=R1+R2=18?贅+6?贅=24?贅，Imin=■=■A=0.5A.電路中的電流最大時，R2兩端的電壓最大，U2max=ImaxR2=2×6V=12V.電路中的電流最小時，R2兩端的電壓最小，U2min=IminR2=0.5×6V=3V.當P向右滑動時，R1在電路中的阻值增大，總電阻將增大，總電流減小，R2兩端的電壓將減小.由U=U1+U2得，U1=U-U2，R1兩端的電壓將增大，由于R2兩端的電壓將減小，由P2=■得，R2消耗的功率將減小.

例5:如圖9所示，電源電壓保持不變，當滑動變阻器的滑片P置于變阻器的C點時，ac部分的電阻為變阻器總電阻R的1/3，此時，電壓表示的示數為6V，燈泡L消耗的功率為12W.當滑片P滑動到b端時，電壓表的示數為9V，求燈泡L的燈絲電阻是多少?(設燈絲電阻值不變).

解析:滑動變阻器連入電路的電阻是ap之間的電阻，且與燈L串聯，電壓表V測得是滑動變阻器兩端的電壓.

當P置在C點時，Rac=■R，I1=■=■=■

PL=I12RL=(■)2×RL=12 得RL=■

U=I1(Rac+RL)=■(■R+■)(1)

當P置在b端時，I2=■=■

U=9+I2RL=9+■×■=9+■(2)

由(1)(2)組成方程得■(■R+■)=9+■R

得R=9?贅 ∴RL=■=■?贅=3?贅

通過以上分析解“滑動變阻器電路”的方法與解“開關電路”的方法一樣，只要掌握了其中的一種方法，另外一種電路問題也就迎刃而解了.從中我們還看出解這類題還要抓住不變量——電源電壓和定值電阻，必要時還要列方程組進行解答.