所谓变化电路,即在电路中由于滑动变阻器滑片位置的改变或电路中电键的通断等引起电路中电阻的变化,进而导致电路中电流、电压、电功率及其它物理量的变化。在近年高考试题中经常出现关于变化电路的试题,是高考的热点内容之一,故必须引起大家的重视。运用闭合电路欧姆定律分析电路中各物理量的变化情况时,应先明确不变的物理量,找到变化前后的联系,然后讨论电阻变化时电流、电压、电功率的变化。讨论的顺序通常为从局部到整体再到局部,从外电路到内电路再到外电路。
判断电路中电流表、电压表示数的变化
处理这类问题时,首先要明确电流表与哪部分电路串联,电压表与哪部分电路并联,认清电路中电压表测量的是哪两点间的电压,电流表测量的是哪个电路中的电流。要弄清电路中各部分之间的联接方式,分析电路中的控制元件(电键、滑动变阻器、电阻箱等)的动作,引起电路中的电阻怎样变化及电路总电阻的变化。一般来说,有这样的规律:并联支路中的电键,闭合时导致总电阻减小,电键开启时导致总电阻增大。同时,也不难证明总存在着这样的规律:电路中只要有一个电阻阻值变大,则总电阻就变大,反之电路中只要有一个电阻阻值减小,总电阻就减小,而不受电阻的联接方式(串、并联)的影响。其后再利用串、并联电路的特点,部分电路欧姆定律、全电路欧姆定律等进行分析判断。
例1、如图1所示的电路中,R1、R2、R3和R4皆为定值电阻,R5为可变电阻,电源的电动势为ε,内阻为r。设电流表A的读数为I,电压表V的读数为V。当R的滑动触点向图中a端移动时
A、 I变大,U变小
B、I变大,U变大
C、I变小,U变大
D、I变小,U变小
解析:当滑片向a端移动时,使得变阻器连入电路的电阻变小,以至电路总电阻变小。由欧姆定律知干路电流将增大。此时如直接用欧姆定律U=IR判断电压表V的读数变化不能直接确定,但因U=ε-Ir,则随着I的增大,U将减小,即电压表示数减小。这时,R1、 R3两端电压增大,相应的使R2 、R4两端的电压变小,所以流经R2 、R4的电流减小,即电流表读数减小。故本题正确答案为D。
例2、如图2所示,A、B、C、D四个电路中,电源电动势为ε,电阻为r,定值电阻为R0,当滑动变阻器R的滑动片P从a向b滑动时,电压表示数将变大的电路是:对电路
解析 显然,在A、B电路中,当滑动变阻器R的滑动片P从a向b滑动时,使得变阻器连入电路的电阻变小。对电路A,电压表测量其路端电压,由于外电路电阻减小,使路端电压随之减小,不符题意;对电路B, 电压表测量定值电阻R0两端的电压,由欧姆定律知此时电路电流变大,则电压表示数将变大,符合题意;对电路C,由于电压表位置的特殊性,其示数将不变;而电路D,实际上可认为是一个分压电路,尽管电路电流不变,但当滑动变阻器R的滑动片P从a向b滑动时,电压表测量的电阻增加,则电压表示数将变大。故本题正确选项为B、D。
确定电路中电灯发光强度的变化
电灯是把电能转化为内能和光能的用电器,其发光强度由它的电功率决定。处理这类问题可在上述分析判断的基础上,根据电流、电压变化确定电灯电功率的变化,以求得问题解决。
例3、如图3所示电路中滑动变阻器触头P放在正中,闭合电键K以后,A、B、C三只灯的亮度相同,若将触头P向下移动,则三个灯的亮度:
A、A灯变亮 B、B灯最暗 C、C灯最亮 D、A灯最亮
解析:因为三只灯的亮度相同,易知C灯电阻最大,B灯次之,A灯电阻最小。当触头P向下移动时,变阻器连入电路的电阻变小,则
干路电流增大,A灯 消耗的功率增加,当然A灯变亮。椐串联电路电压特点,B灯两端电压降低,故B灯将变暗。又据并联电路电流特点,此时通过C灯的电流增大,C灯也将变亮,可见选项为A、B正确。
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