马英九将赴香港演讲:浅析电路动态变化问题
浅析电路动态变化问题
上海市市西中学 王家山 (200042)
“电路的动态变化”指电路中的局部电路变化时引起的电流或电压的变化,变化起因有变阻器、电键的闭合与断开、变压器变匝数等。不管哪种变化,判断的思路是固定的,它依照一定的程序来开展,下面就此问题作简要分析。
一、直流电路的动态变化
1. 直流电路的动态变化引起的电表读数变化问题
例1. 如图1所示电路中,当滑动变阻器的滑片P向左移动时,各表(各电表内阻对电路的影响均不考虑)的示数如何变化?为什么?
图1
解析:这是一个由局部变化而影响整体的闭合电路欧姆定律应用的动态分析问题。对于这类问题,可遵循以下步骤:先弄清楚外电路的串、并联关系,分析外电路总电阻怎样变化;由
当滑片P向左滑动,
路端电压的判断由内而外,根据
对R1,有
对并联支路,
对R2,有
评析:从本题分析可以看出,在闭合电路中,只要外电路中的某一电阻发生变化,这时除电源电动势、内电阻和外电路中的定值电阻不变外,其他的如干路中的电流及各支路的电流、电压的分配,从而引起功率的分配等都和原来的不同,可谓“牵一发而动全身”,要注意电路中各量的同体、同时对应关系,因此要当作一个新的电路来分析。解题思路为局部电路→整体电路→局部电路,原则为不变应万变(先处理不变量再判断变化量)。
2. 直流电路的动态变化引起的功能及图象问题
例2. 用伏安法测一节干电池的电动势和内电阻,伏安图象如图所示,根据图线回答:
(1)干电池的电动势和内电阻各多大?
(2)图线上a点对应的外电路电阻是多大?电源此时内部热耗功率是多少?
(3)图线上a、b两点对应的外电路电阻之比是多大?对应的输出功率之比是多大?
(4)在此实验中,电源最大输出功率是多大?
图2
解析:
(1)开路时(I=0)的路端电压即电源电动势,因此
也可由图线斜率的绝对值即内阻,有:
(2)a点对应外电阻
此时电源内部的热耗功率:
也可以由面积差求得:
(3)电阻之比:
输出功率之比:
(4)电源最大输出功率出现在内、外电阻相等时,此时路端电压
当然直接用
评析:利用题目给予图象回答问题,首先应识图(从对应值、斜率、截矩、面积、横纵坐标代表的物理量等),理解图象的物理意义及描述的物理过程:由U—I图象知E=1.5V,斜率表内阻,外阻为图线上某点纵坐标与横坐标比值;当电源内外电阻相等时,电源输出功率最大。
二、交变电路的动态变化
例3. 如图3所示为一理想变压器,S为单刀双掷开关P为滑动变阻器的滑动触头,
A. 保持
B. 保持P的位置及
C. 保持
D. 保持P的位置不变,S合在a处,若
图3
解析:S由a合到b时,
说明:在处理这类问题时,关键是要分清变量和不变量,弄清理想变压器中
总结:变压器动态问题(制约问题)
①电压制约:当变压器原、副线圈的匝数比
②电流制约:当变压器原、副线圈的匝数比
③负载制约:变压器副线圈中的功率
特例:当变压器空载时(即负载电阻
判断思路:
(1)电路中不论是串联还是并联部分,只要有一个电阻的阻值变大时,整个电路的总电阻就变大。只要有一个电阻的阻值变小时,整个电路的总电阻都变小。
(2)根据总电阻的变化,由闭合电路欧姆定律可判定总电流、电压的变化。
(3)判定变化部分的电流、电压变化。如变化部分是并联回路,那么仍应先判定固定电阻部分的电流、电压的变化,最后变化电阻部分的电流、电压就能确定了。
上述的分析方法俗称“牵一发而动全身”,其要点是从变量开始,由原因导出结果,逐层递推,最后得出题目的解。
图象特性
类型
公式
图象
特例
I-R图线
短路
断路
U-R图线
短路
断路
U-I图线
短路
断路
P-R图线
当R=r时,电源的输出功率最大,
误区点拨
1. 区分固定导体的I-U图线与闭合电路欧姆定律的U-I图象。
2. 在固定导体的I-U图线中,
在固定导体的U-I图线中,
3. 区分电源总功率
输出功率
电源损耗功率
线路损耗功率
4. 输出功率大时效率不一定大,当
5. 求解功率最大时要注意固定阻值与可变电阻的差异。
6. 区分电动势E和内阻r均不变与r变化时的差异。
跟踪练习
1. (2006年杨浦高级中学期末考试)如图4所示的电路中,当滑动变阻器的滑动触头向上滑动时,下面说法正确的是( )
A. 电压表和电流表的读数都减小;
B. 电压表和电流表的读数都增加;
C. 电压表读数减小,电流表的读数增加;
D. 电压表读数增加,电流表的读数减小。
图4
答案:D
2. 在家用交流稳压器中,变压器的原、副线圈都带有滑动头,如图5所示。当变压器输入电压发生变化时,可上下调节
A、P1不动,将P2向上移;B. P2不动,将P1向下移; 图5
C. 将P1向上移,同时P2向下移;D. 将P1向下移,同时P2向上移。
答案:C。