高中物理模型-電路的動(dòng)態(tài)變化模型

1、模型組合講解一一電路的動(dòng)態(tài)變化模型崔淑芳湯寶柱模型概述“電路的動(dòng)態(tài)變化”模型指電路中的局部電路變化時(shí)引起的電流或電壓的變化，變化起因有變阻器、電鍵的閉合與斷開、變壓器變匝數(shù)等。不管哪種變化，判斷的思路是固定的，這種判斷的固定思路就是一種模型。模型講解一、直流電路的動(dòng)態(tài)變化1.直流電路的動(dòng)態(tài)變化引起的電表讀數(shù)變化問題例1.如圖1所示電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向左移動(dòng)時(shí)，各表（各電表內(nèi)阻對電路的影響均不考慮）的示數(shù)如何變化？為什么？圖1解析：這是一個(gè)由局部變化而影響整體的閉合電路歐姆定律應(yīng)用的動(dòng)態(tài)分析問題。對于這類問題，可遵循以下步驟：先弄清楚外電路的串、并聯(lián)關(guān)系，分析外電路總電阻怎樣變化；由I

2、=-確定閉合電路的電流強(qiáng)度如何變化；再由U=E-Ir確定路端電壓的變化情Rr況；最后用部分電路的歐姆定律U=IR及分流、分壓原理討論各部分電阻的電流、電壓變化情況。當(dāng)滑片P向左滑動(dòng)，R3減小，即R總減小，根據(jù)1總=一判斷總電流增大，Ai示R總r數(shù)增大；路端電壓的判斷由內(nèi)而外，根據(jù)U=E-Ir知路端電壓減小，V示數(shù)減小；對Ri,有Ui=、Ri所以Ui增大，Vi示數(shù)增大；對并聯(lián)支路，U2=U-Ui,所以U2減小，V2示數(shù)減??；一一U2對R2,有I2=W，所以I2減小，A2示數(shù)減小。R2評點(diǎn)：從本題分析可以看出，在閉合電路中，只要外電路中的某一電阻發(fā)生變化，這時(shí)除電源電動(dòng)勢、內(nèi)電阻和外電路中的定值電

3、阻不變外，其他的如干路中的電流及各支路的電2流、電壓的分配，從而引起功率的分配等都和原來的不同，可謂“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，要注意電路中各量的同體、同時(shí)對應(yīng)關(guān)系，因此要當(dāng)作一個(gè)新的電路來分析。解題思路為局部電路 r 整體電路 r 局部電路，原則為不變應(yīng)萬變(先處理不變量再判斷變化量)。2.直流電路的動(dòng)態(tài)變化引起的功能及圖象問題例2.用伏安法測一節(jié)干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻，伏安圖象如圖所示，根據(jù)圖線回答：(1)干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻各多大？(2)圖線上a點(diǎn)對應(yīng)的外電路電阻是多大？電源此時(shí)內(nèi)部熱耗功率是多少？(3)圖線上a、b兩點(diǎn)對應(yīng)的外電路電阻之比是多大？對應(yīng)的輸出功率之比是多大？(4)在此實(shí)驗(yàn)中，電

4、源最大輸出功率是多大？心 d；2_55.073(/A圖2解析：(1)開路時(shí)(I=0)的路端電壓即電源電動(dòng)勢，因此E=1.5V，內(nèi)電阻E15r=一一= =0.2I短7.5也可由圖線斜率的絕對值即內(nèi)阻，有：r=4，=0.2”2.5(2)a點(diǎn)對應(yīng)外電阻Ra=U旦=0.4QIa2.5此時(shí)電源內(nèi)部的熱耗功率：2一2-Pr=Iar=2.50.2W=1.25W也可以由面積差求得：Pr=IaE-IaUa=2.5(1.5-1.0)W=1.25W(3)電阻之比：冬冬= =地些地些= =日日Rb0.5/5.012輸出功率之比:岌岌= =或竺或竺W=1Pb0.55.0W1(4)電源最大輸出功率出現(xiàn)在內(nèi)、夕卜電阻相等時(shí)

5、，此時(shí)路端電壓U=巨，干路電流扇1.57.5I=，因而最大輸出功率電m=xW=2.81W222當(dāng)然直接用P出m=5-計(jì)算或由對稱性找乘積IU（對應(yīng)于圖線上的面積）的最大值，也4r可以求出此值。評點(diǎn)：利用題目給予圖象回答問題，首先應(yīng)識圖（從對應(yīng)值、斜率、截矩、面積、橫縱坐標(biāo)代表的物理量等），理解圖象的物理意義及描述的物理過程：由U-I圖象知E=1.5V,斜率表內(nèi)阻，外阻為圖線上某點(diǎn)縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)比值；當(dāng)電源內(nèi)外電阻相等時(shí)，電源輸出功率最大。二、交變電路的動(dòng)態(tài)變化例3.如圖3所示為一理想變壓器，S為單刀雙擲開關(guān)P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，U1為加在初級線圈兩端的電壓，I為初級線圈中的電流強(qiáng)度，則（）

6、A.保持U1及P的位置不變，S由a合到b時(shí)，I1將增大B.保持P的位置及U1不變，S由b合到a時(shí)，R消耗的功率減小C.保持Ui不變，S合在a處，使P上滑，Ii將增大D.保持P的位置不變，S合在a處，若Ui增大，11將增大圖3解析：S由a合到b時(shí)，n1減小，由=土可知U2增大,U2n2又P=IiUi,從而Ii增大，可見選項(xiàng)A是正確的。當(dāng)S由b合到a時(shí)，與上述情況相反，U?,P2將減小，可見，選項(xiàng)B也是正確的。當(dāng)P上滑時(shí)，R增大，P2=減小，又RUini,P=P2,R=UI，從而I減小，可見選項(xiàng)C是錯(cuò)誤的。當(dāng)Ui增大，由=一,可知U2n2U2,、”、，,11n?U2增大，I2=隨之增大；由一=一可

7、知I也增大，則選項(xiàng)D是正確的。R12n1說明：在處理這類問題時(shí)，關(guān)鍵是要分清變量和不變量，弄清理想變壓器中U2由5和匝數(shù)比決定；12由U2和負(fù)載電阻決定；I1由12和匝數(shù)比決定?？偨Y(jié)：變壓器動(dòng)態(tài)問題（制約問題）P2隨之增大，而R=P2,1電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比（上）一定時(shí)，輸出電壓U2由輸入電壓決定,n2nUi即U2J,可簡述為“原制約副”2電流制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比(口)一定，且輸入電壓。1確定時(shí)，原線圈中的電流Ii由副線圈中的輸出電流I2決定，即Ii=住，可簡述為“副制約原”。ni3負(fù)載制約：變壓器副線圈中的功率P2由用戶負(fù)載決定，P2=%1十2十；原線圈的輸入功率

8、R=P2簡述為“副制約原”。特例：當(dāng)變壓器空載時(shí)(即負(fù)載電阻R=*)，輸出功率為零，輸入電流為零，輸入功率也為零。當(dāng)副線圈短路時(shí)(即負(fù)載電阻R=0),輸出電流為無窮大，則輸入電流也是無窮大，使原線圈處于“短路”狀態(tài)。模型要點(diǎn)判斷思路：(1)電路中不論是串聯(lián)還是并聯(lián)部分，只要有一個(gè)電阻的阻值變大時(shí)，整個(gè)電路的總電阻就變大。只要有一個(gè)電阻的阻值變小時(shí)，整個(gè)電路的總電阻都變小。(2)根據(jù)總電阻的變化，由閉合電路歐姆定律可判定總電流、電壓的變化。(3)判定變化部分的電流、電壓變化。如變化部分是并聯(lián)回路，那么仍應(yīng)先判定固定電阻部分的電流、電壓的變化，最后變化電阻部分的電流、電壓就能確定了。上述的分析方法

9、俗稱“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，其要點(diǎn)是從變量開始，由原因?qū)С鼋Y(jié)果，逐層遞推，最后得出題目的解。圖象特性類型公式圖象特例I-R圖線=f(R)E1J短路R=0,I=r圖象頂端斷路R=00,I=0圖象末端R+r5U-R圖線U=IR_ERr+R:匕匕L短路R=0,U=0,W=E斷路R=*,U=E,5=0U-I圖線U=E-Ir4短路R=0,I=E/r,U=0斷路R=M,I=0,U=EP-R圖線p=(rER)2RJ幾幾f0F出出X虹虹*2A當(dāng)R-r時(shí)，電源的輸出功率最大，E2Pm-，PPm時(shí)有兩個(gè)等效電阻4r誤區(qū)點(diǎn)撥1.區(qū)分固定導(dǎo)體的I-U圖線與閉合電路歐姆定律的U-I圖象。2.在固定導(dǎo)體的I-U圖線中，R=c

10、ot8，斜率越大，R越小；k斜率在固定導(dǎo)體的U-I圖線中，R=tan8=k斜率，斜率越大，R越大，在閉合電路歐姆定律的U-I圖象中，電源內(nèi)阻r=|k斜率|,斜率越大，內(nèi)阻r越大。3.區(qū)分電源總功率底=EI（消耗功率）；輸出功率椿出=U端1（外電路功率）；電源損耗功率巳損=I2r（內(nèi)電路功率）；線路損耗功率R戔損=I2R線4.輸出功率大時(shí)效率不一定大，當(dāng)R=r，電源有最大輸出功率時(shí)，效率僅為50%,所以功率大并不一定效率局。5.求解功率最大時(shí)要注意固定阻值與可變電阻的差異。6.區(qū)分電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r均不變與r變化時(shí)的差異。模型演練1.（2006年楊浦高級中學(xué)期末考試）如圖4所示的電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向上滑動(dòng)時(shí)，下面說法正確的是（）A.電壓表和電流表的讀數(shù)都減小；B.電壓表和電流表的讀數(shù)都增加；C.電壓表讀數(shù)減小，電流表的讀數(shù)增加；D.電壓表讀數(shù)增加，電流表的讀數(shù)減小。答案：D2.在家用交流