高二物理电路的动态分析

直流电路的动态分
析
一般思路为：
（1）确定电路的外电阻R 外总如何变化；
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 若电键的闭合使串联的用电器增多，总电阻增大；若电键的闭合使并联的支路增多，总电阻减小。

（2）根据闭合电路欧姆定律r
R E I +=
外总总确定电路的总电流如何变化；
（3）由U 内=I 总r 确定电源内电压如何变化；
（4）由U 外=E －U 内确定电源的外电压如何（路端电压）如何变化）； （5）由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两的电压如何变化；
（6）确定支路两端电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化（可利用串联电路的电压关系、并联电路的电流关系）。

基本方法
一、“先总后分”。

即先判断总电阻和总电流如何变化：
例1、如图，当R 3变小时，R 1 、R 2上的电流、电压及灯泡的亮度如何变化
本题中，引起变化的是电阻R 3，当光照强度增强时，其阻值变小。

根据串并联电路的电阻关系可知，电路的总电阻变小。

这类题还有个特点，就是电源电动
势恒定的，所以根据闭合电路欧姆定律可得：总
总R E
I =，总电阻变小则总电流增大。

二、“先干后支”。

即先分析干路部分，再分析支路部分：
分析时要注意电源内阻必须考虑，且电源内阻是在干路上，根据部分电路欧姆定律有：r I U 总内=，总电流增大，则内阻上电压增大。

同理有：11R I U R 总=，则R1两端的电压增大，即电压表读数增大。

最后由外内U U E +=和并外U U U R +=1可判断并联部分的电压是减小的。

三、“先定后变”。

即先分析定值电阻所在支路，再分析阻值变化的支路： 并联部分有两个支路，其中R 2是定值电阻，那么，通过R 2的电流I 2为：
2
2R U I 并=
，并联部分电压变小，则I 2变小。

电阻R 3和灯泡所在的支路阻值是变化
的，故不能直接由电压的变化判断其电流的变化。

需根据并联电路电流关系来判断，即由32I I I +=总得23I I I -=总，再由前面的分析可知，I 3是增大的，因此灯泡会变亮。

四、“并同串反”。

“并同”：是指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。

电路中R 2上的电流、电压、功率都是变小的。

“串反”：是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率将增大。

电路中与R 3串联的灯泡上的电流、电压、功率都是增大的。

至此，本题的分析结束。

注意“串反并同”法则的应用条件：单变量电路。

对于多变量引起的电路变化，若各变量对同一对象分别引起的效果相同，则该原则的结果成立；若各变量对同一对象分别引起的效果相反，则“串反并同”法则不适用。

例2．如图2所示，电源的电动势为E ，内电阻为r ，外电路接有定值电阻R 1和滑动变阻器R ，合上开关K ，当滑动变阻器的滑动头P 从R 的最左端移到最右端的过程中
A ．电压表读数一定变大
B ．电压表读数一定变小
C ．R 1消耗的功率一定变小
D ．R 消耗的功率一定变小 例3.如图是一火警报警的一部分电路示意图，其中R 2为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a 、b 之间接报警器。

当传感器R 2所在处出现火情时，显示器的电流I 、报警器两端的电压U 的变化情况是： A ．I 变大，U 变大 B ．I 变小，U 变小 C ．I 变小，U 变大 D ．I 变大，U 变小
例4.在如图所示的电路中，E 为电源电动势，r 为电源内阻，R 1和R 3均为定值电阻，R 2为滑动变阻器。

当R 2的滑动触点在a 端时合上开关S ，此时三个电表A 1、A 2和V 的示数分别为I 1、I 2和U 。

现将R 2的滑动触点向b 端移动，则三个电表示数的变化情况是
A ．I 1增大，I 2不变，U 增大
B ．I 1减小，I 2增大，U 减小
C ．I 1增大，I 2减小，U 增大
D ．I 1减小，I 2不变，U 减小
图2
A R 2
R 1
R 3
B
r
a b
A 1 A 2 V
R 1 R 2 R 3
a b
例5.如右图所示电路中，电源内阻不能忽略，当变阻器R 的滑片P 向下移动时，电路中的电压表V 1、V 2和电流表A 的示数变化情况不正确的是 A ．V 1示数变大，V 2示数变小，A 示数变小，R 2 B ．V 1示数变小，V 2示数变大，A 示数变小，R 2 C ．V 1示数变大，V 2示数变小，A 示数变大，电源消耗的总功率增大 D ．V 1示数变小，V 2示数变大，A 示数变大，电源消耗的总功率减小 例6．如图所示电路，电源的电动势为E ，内阻为r ，
R 0为固定电阻，R 为滑动变阻器。

在变阻器的滑片由a 端移向b 端的过程中，电容器C
所带的电量 A ．逐渐增加 B ．逐渐减小 C ．先增加后减小 D ．先减小后增加 【跟踪练习】
1. 关于闭合电路，下列说法中正确的是
A.闭合电路中，电流总是从电势高的地方流向电势低的地方
B.闭合电路中，电源的路端电压越大，电源的输出功率就越大
C.闭合电路中，电流越大，电源的路端电压就越大
D.闭合电路中，外电阻越大，电源的路端电压就越大
A
V 2
V 1 E
R
R P R
b
a E r C
R R
2.如图所示，直线A为电源的U—I图线，直线B为电阻R的U—I图线，用该电源和电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和电路的总功率分别是 W、8 W W、4 W
W、6 W W、3 W
3.如图所示，电源E的电动势为 V，电阻R的阻值为30 Ω，小灯泡L的额定电压为 V，额定功率为 W，当电键S接位置1时，电压表
的读数为3 V，那么当电键S接到位置2时，小灯泡L
的发光情况是
A.很暗，甚至不亮
B.正常发光
C.比正常发光略亮
D.有可能被烧坏
4.如图所示的电路中，闭合电键S后，灯L1和L2都正常发光，后来由于某种故障使灯L2突然变亮，电压表读数增加，由此推断，这故障可能是
灯灯丝烧断 B.电阻R2断路
C.电阻R2短路
D.电容器被击穿短路
5.如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率P总随电流I变化的图线.抛物线OBC为同一直流电源内部热功率P r随电流I变化的图线.若A、B的横坐标为1 A，那么AB线段表示的功率等于
W W
W W
6.调整如图所示电路的可变电阻R的阻值，使电压表V的示数增大ΔU，在这个过程中
A.通过R1的电流增加，增加量一定等于ΔU/R1
两端的电压减小，减少量一定等于ΔU
C.通过R2的电流减小，但减少量一定小于ΔU/R2
D.路端电压增加，增加量一定等于ΔU
7.如图所示的电路中，电池的电动势E= V，内电阻r= Ω，
固定电阻R1= Ω，R2为可变电阻，其阻值在0～10 Ω
范围内调节，问：取R2=______时，R1消耗的电功率最大.
取R2=_______时，R2消耗的电功率最大.
8.如图所示，变阻器R2的最大电阻是10 Ω，R3=5 Ω，
电源的内电阻r=1 Ω，当电键S闭合，变阻器的滑
片在中点位置时，电源的总功率为16 W，电源的输
出功率为12 W.此时电灯R1正常发光，求：
（1）电灯阻值R1是多少（设R1阻值恒定不变）
（2）当电键S断开时，要使电灯正常工作，应使变阻器的电阻改变多少9.如图1—30—11所示的电路中，电源由6个电动势E0= V、内电阻r0= Ω的电池串联而成；定值电阻R1= Ω，R2=6 Ω，R2允许消耗的最大电功率为P m= W，变阻器开始接入电路中的电阻R3=12 Ω，求：
（1）开始时通过电池的电流多大电源的输出功率多大
（2）要使R2实际消耗的功率不超过允许的最大值，可变电阻R3的取值范围是什么
答案：
例2． A C 例 3 B 例4. B 例5. A B D 例6．B
跟踪答案
1.D
从图中可知E =3 V ，图线A 和图线B 的交点是电源和电阻R 构成电路的工作点，因此P 出=UI =4 W ，P 源=EI =6 W.
S 接1时，由E =U +Ir 得r =2 Ω.R L =U 额2
/P 额=2 Ω，故S 接2时，U L =
r
R E
L · R L = V ＜ V ，故灯很暗，此时电路中电流I ′= A ，有可能超过电源的额定电流，使电源烧毁导致灯不亮.
P AB =P A -P B .表示电源的输出功率.C 点表示电源处于短路状态，P 源=P 内.
; Ω.当R L =0时，电路中电流最大，R 1消耗的电功率最大；电源进行等效变换，保持电源电动势E 不变，将固定电阻R 1归并到内电路，等效内电阻r ′=r +R 1，当
R 2=R 1+r 时，电源输出功率最大.
8.（1） Ω;（2） Ω
9.（1）1 A W;（2）0≤R 3≤30 Ω，第（2）问可将R 1归为内电路，利用等效电源进行处理.。