第八讲 电路 第三节 电路动态变化问题-2021年初中物理竞赛及自主招生专题讲义(附详解)
【内容简介】当电路中某元件的电阻发生变化时(发生断路、短路或阻值改变等),将导致其他元件的电压、电流发生变化,这就是电路的动态变化问题。电路中的动态变化问题,多为滑动变阻器滑片移动,导致电路中电阻发生变化,引起电路中其他元件两端的电压和通过元件的电流发生变化。关于变阻器引起的动态变化情况,先来考察下面的简单情况,如图8.47(a)所示,在串联电路中,由 可知, 阻值变大(或变小)将使总电阻 变大(或变小)。如图8.47(b)所示,若是两个电阻组成的并联电路,由 ,可知 阻值变大(或变小),同样也会使总电阻 变大(或变小)。 很容易证明,在由串、并联组成的混联电路中,任一电阻阻值的变大(或变小)都将引起总电阻的变大(或变小)。这个结论对电路分析是很有用的。例1 如图8.48(a)所示,定值电阻 , 与滑动变阻器 组成串联电路,电源电压不变。当变阻器滑片 向右移动时,试分析以下问题: (1)电压表 , , 以及电流表 的示数 , , 和 将如何变化?(2)比较电压表 , , 示数变化量绝对值的大小关系: ________ , _________ 。(3)确定下列物理量的比值: _________, ________, ________; ________, ________, _________。(4)若滑片 从最左端缓慢滑到最右端,在图8.48(b)中画出 , , 随电流 的图像,并标清楚关键点的坐标。设电源电压为 。分析与解 (1)滑片P向右滑动时,变阻器电阻连人电路部分的阻值变大,则整个电路的总电阻变大,因此电路中的电流 减小,定值电阻 , 两端的电压分别为 , ,则 , 减小;而 阻值变大, 减小,由 无法判断出 的变化情况。可这样考虑: , 与 之和等于电源电压 ,则 ,可见 增大。又 ,所以 增大。(2)考虑到 ,且 减小、 增大、 增大,因此 ,且 .(3)根据欧姆定律,有 , , 。由于电阻 为定值电阻, , 图像为正比例函数图像,则斜率 ;考虑到 , 不是定值,因此 ,由于 ,可见 图像也为直线,其斜率绝对值 ;同理, , 。(4) 两端的电压 , 的图像如图8.49中图线1所示;变阻器 两端的电压 , 的图像如图线2所示;电压表 的示数 , 的图像如图线3所示。值得注意的是,当滑动变阻器阻值取得最大值 时,电路中电流取得最小值 ;当滑动变阻器阻值 时,电路中电流取得最大值 ,实际上电流只会在 与 之间变化,因此在 范围内的图像用虚线表示。直线2,3的截距均为电源电压 ,当 时, ,此时电压表 与 示数相同,即 ,对应图线1,3的交点儿 。当 时, 与 示数相同, ,对应直线1,2的交点 。例2 如图8.50所示,电源电压不变,闭合电键,将滑动变阻器 的滑片向下滑动,理想电压表 示数变化量的绝对值为 ,理想电流表 , 的示数变化量的绝对值分别为 , ,则( )。A. 示数增大B. 示数与 示数的比值减小C. 与 的比值小于 D. 小于 分析与解 由电路图可知, 与 并联,然后再与 和 串联,电压表 测量并联部分的电压,电压表 测量 两端电压,电压表 测量并联部分与 两端电压之和。电流表 测通过电條的总电流, 测通过 的电流。当变阻器 的滑片向下滑动时, 与 的并联电阻变小,则电路总电阻变小,总电流 变大,因此 与 两端电压均变大,则 两端电压变小,即 的示数变小; 的示数等于电源电压与 两端电压之差,则 的示数变小; 的示数变大。
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