内容正文:
培优专题8 动态电路分析
动态电路分析步骤:
类型1 滑片移动引起的动态电路分析
如图所示的电路中,电源电压恒定,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向左移动过程中,各元件均正常工作,请回答下列问题。(除第一空,其余均选填“变大”或“变小”)
例1题图
(1)电路识别闭合开关,R1与R2串联,电压表测量 两端的电压。
(2)判断电阻变化滑片向左移动→R2接入电路的阻值 →电路中总电阻(R总=R1+R2) 。
(3)判断电流、电压变化
①由I=→电流I即A的示数 。
②由U1=IR1→U1 ;由U=U1+U2→U2 ,则V的示数 。
(4)判断比值、电功率变化
①电压、电流的比值=R1 ,=R2 。
②电路总功率P=UI 。
1.如图所示电路,闭合开关后,将滑动变阻器的滑片从最右端向左移动一小段距离的过程中(灯丝电阻不变) ( )
第1题图
A.电流表示数变小
B.电压表示数变小
C.灯泡的功率变大
D.电路总功率变大
2.如图所示的电路中,电源电压保持不变,所有元件均完好。闭合开关S,将滑动变阻器滑片P移到适当位置,电流表A的读数为I,电压表V1的读数为U1,电压表V2的读数为U2,向左移动滑片P至另一位置,电压表V1读数的变化量为ΔU1,电压表V2读数的变化量为ΔU2,电流表A读数的变化量为ΔI,下列说法正确的是 ( )
第2题图
A.=
B.滑片P向左移动的过程中,电路的总功率增大
C.|ΔU1|<|ΔU2|
D.R1的功率与电路总功率的比值减小
3.在创新实践活动中,小明和小亮为学校小花园的储水箱设计了一个水位监测装置,内部简化电路图如图所示。电源电压一定,R0为定值电阻,R1为滑动变阻器,水位计由电压表改装而成。闭合开关S,水箱中水位上升时,连杆带动滑片P向上移动,下列分析正确的是 ( )
第3题图
A.R1接入电路的电阻变大
B.通过R0的电流变小
C.电压表的示数变小
D.电阻R0的功率变大
4.(2025台州黄岩区期末)如图甲所示是智能化数显式圆规,它可以直接显示出所画圆的半径大小r。其内部等效电路如图乙所示,R2为可调节阻值的滑动变阻器,当r增大时,滑片P向右移动,数显表盘示数变大。下列说法中正确的是 ( )
甲 乙
第4题图
A.半径r变大时,电流表示数变大
B.半径r变小时,电压表示数变大
C.圆规的数显表盘对应图乙中的电流表示数
D.半径r变大时,电压表示数与电流表示数的比值增大
5.(2025嘉兴一模)如图为小科同学设计的一款风力测试仪,其中R为阻值均匀的电阻丝。下列对电路的分析正确的是 ( )
第5题图
A.风力越大,电压表的示数越大
B.风力越大,小灯泡的亮度越亮
C.若将电压表改为电流表,风力越大其示数越大
D.若将小灯泡改为电压表,风力越大其示数越大
6.(2024金华一模)项目化学习小组同学设计了一款电子秤,结构如图所示。AB是阻值为R的均匀金属棒,两边分别有P1、P2两个滑片。金属弹簧上端固定且与电压表相连,下端与滑片P1相连,滑片P1能随弹簧一起上下移动,当物体放在托盘上时,电压表能自动显示物体质量。
第6题图
(1)闭合开关,电压表的示数将随被测物体质量增大而 (选填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)实际电子秤有归零功能,即放上盛放被测物体的空容器后,按归零键可使示数归零。学习小组同学设计的电子秤也具有该功能,请结合图说明:将空烧杯放上托盘后如何操作才能实现调零? 。
类型2 可变电阻引起的动态电路分析
某校项目化学习小组设计了如图所示的“高度显示计”,用于粗略测量山峰的海拔高度。R是气压传感器,其阻值会随所受气压的增大而增大,R0是定值电阻,电源电压保持不变,闭合开关S,当海拔高度升高时,判断电路中各物理量的变化。
例2题图
第1步:确定敏感电阻:题干中的敏感电阻是电阻 (选填“R”或“R0”)。
第2步:外界因素引起的敏感电阻变化:海拔越高气压越低,由题意可知,电阻R所受气压越小,气敏电阻的阻值越 。
第3步:判断各物理量的变化
①判断电阻变化:R与R0 联,R的阻值 ,电路总阻值 。
②判断电表示数变化:电源电压不变,电流表示数 ,电压表示数 。
③判断比值变化:电压表和电流表示数之比 。
④判断电功率变化:电路消耗的总功率 。
7.(2025金华东阳市二模)把装满盐水的气球连接在如图所示的电路中,接通电路灯泡发光。若两手向相反的方向拉扯连接气球的导线,使气球变长,下列推测合理的是 ( )
第7题图
A.盐水气球电阻变小
B.电流表的示数变大
C.灯泡亮度保持不变
D.电压表的示数变小
8.海水的盐浓度越大,其导电性越好,固定间距金属片A、B之间海水的电阻越小。下列电路中,R0为定值电阻,闭合开关S,海水盐浓度越大,电表示数越大的是 ( )
A B
C D
9.如图所示是光感式烟雾报警器的原理图。光源发出光,在没有烟雾时沿直线传播,有烟雾时光会散射到光敏电阻上,且烟雾浓度越大,光敏电阻接收光的强度越强,光敏电阻的阻值变得越小,当通过蜂鸣器的电流达到一定值就会发出报警声。若要提升报警器对烟雾的敏感性,下列措施可行的是 ( )
第9题图
A.降低电源电压
B.减弱光源发光强度
C.在电路中再串联一个定值电阻
D.将滑动变阻器滑片P向a端滑动
10.(2024杭州西湖区期末)小科设计了如图甲所示的电路,将湿敏电阻R固定在叶片上,来检测植物叶片含水量的变化(图中叶片未画出)。已知湿敏电阻R的阻值随叶片含水量H的变化关系如图乙所示。电源电压恒为6伏,定值电阻R0的阻值为30欧。
甲 乙
第10题图
(1)由图乙可知,随着含水量H变大,湿敏电阻R的阻值 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)闭合开关S,当植物叶片含水量变低时,电压表示数 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)当电压表的示数为4伏时,植物叶片的含水量为 。
11.梅雨季节,空气潮湿,路面湿滑,为保证师生通行安全,好学的英英同学设计了如图乙警示灯的模拟电路。
(1)在电路中串联一个湿敏电阻,当湿度变大,电流高达一定程度时警示灯才发光,因此应选择图甲中的 (选填“R1”或“R2”)湿敏电阻。
(2)为了提高警示效果,要求警示灯能亮暗闪烁,湿敏电阻应连接在图乙的 (选填“A”或“B”)位置。
甲 乙
第11题图
12.超载存在安全隐患,交通部门常用“地磅”检测货车是否超载。图甲是小枫设计的模拟地磅原理的简化电路图,电源电压恒为3伏,定值电阻R0规格可选,电压表(选0~3伏量程),力敏电阻R的阻值随所受压力F变化关系如图乙所示。力敏电阻R上方紧密连接一轻质绝缘平板,检测时将货车模型静置于其上。(g取10牛/千克)
甲 乙 丙
第12题图
(1)若货车模型总质量为1.5千克,则其所受重力为 牛。
(2)如果用图甲所示电路检测,当定值电阻R0一定时,静置在绝缘平板上的货车模型总质量越大,电压表示数越 。
(3)小枫将电压表改接到定值电阻R0两端后,如图丙所示,且将电压表2伏刻度线处设置为货车模型总质量最大值,超过此刻度线代表超载。如果设定检测的货车模型总质量不超过2千克,则R0阻值应为 欧。
参考答案
例1 (1)R2 (2)变小 变小
(3)①变大 ②变大 变小 变小
(4)①不变 变小 ②变大
针对训练
1.D 【解析】分析电路图可知该电路为并联电路,电压表测量电源的电压,电流表测量干路中的电流;由于电源电压不变,移动滑片时,电压表示数不变,B错误;并联电路各支路互不影响,移动滑片时,通过灯泡的电流不变,灯泡的功率不变,灯泡的亮度不变,C错误;闭合开关,当滑动变阻器滑片向左滑动时,接入的阻值变小,根据欧姆定律可知,通过滑动变阻器的电流变大,根据并联电路的电流规律可知,干路中的电流变大,电流表示数变大,A错误;电源电压不变,根据P=UI可知,电路消耗的总功率变大,D正确。
2.A 【解析】由电路图可知,滑动变阻器R1与定值电阻R2串联,电压表V1测R1两端的电压,电压表V2测R2两端的电压,电流表测电路中的电流。根据欧姆定律I=及串联电路的电压特点U=U1+U2,可知当滑片移动时,ΔU1=ΔU2(因为电源电压不变),所以==,A正确;滑片P向左移动的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻变大,电路中的总电阻R=R1+R2变大,电源电压不变,所以总电流变小,根据P=UI,电路的总功率减小,B错误;根据A答案分析,ΔU1=ΔU2,所以|ΔU1|=|ΔU2|,C错误;R1的功率与电路总功率的比值为=,变阻器的滑片向左移动,U1变大,所以比值变大,D错误。
3.D 【解析】根据电路图知,R0、R1串联,电压表测量定值电阻两端的电压;闭合开关S,水箱中水位上升时,连杆带动滑片P向上移动,R1接入电路的电阻变小,总电阻减小,根据欧姆定律知,电压一定,电路中的电流增大,根据U=IR知,R0两端的电压增大,电阻R0的功率P=U0I变大,ABC错误,D正确。
4.D 【解析】由电路图可知,R1与R2串联,电流表测量电路电流,电压表测量R2两端电压;当圆规半径r增大时,滑动变阻器的滑片P向右移动,则其接入电路的阻值变大,电源电压不变,根据I=可得,电路中的电流变小,所以电流表示数变小;根据串联电路分压原理可知,R2分得的电压变大,即电压表示数变大,则数显表盘对应图乙中的电压表,电压表示数与电流表示数的比值一定增大,AC错误,D正确;当圆规半径r减小时,滑动变阻器的滑片P应左移动,滑动变阻器接入电路的阻值变小,根据I=可得,电源电压不变,电路中的电流增大,所以电流表示数增大;根据串联电路分压原理可知,R2分得的电压变小,则电压表示数变小,B错误。
5.B 【解析】小灯泡与电阻R串联,电压表测电阻R两端的电压,随着风力的增大,电阻R接入电路部分的电阻变小,电流变大,由分压原理知,电压表示数变小,小灯泡的亮度越亮,A错误,B正确;将电压表改为电流表,电阻R短路,风力大小与电流表示数无关,C错误;将小灯泡改为电压表,电路断路,电压表测量电源电压,风力大小改变,电压表示数不变,D错误。
6.(1)增大 (2)将P2调到与P1相平的位置
【解析】(1)因电压表的内阻很大,在电路中相当于断路,所以滑片移动时,R接入电路中的电阻不变,电路中的电流不变,电压表测P1、P2之间的电压,当托盘放上物体时,滑片P1下移,P1和P2之间的距离变大,P1和P2之间的电阻变大,P1和P2之间的电压变大,即电压表的示数变大。(2)放上空烧杯后,要使电压表的示数归零,由于电流不变,根据U=IR,据此判断P1、P2之间的电阻为0,也就是将P2调到与P1相平的位置即可。
例2 R 小 ①串 变小 变小 ②变大 变大
③不变 ④变大
针对训练
7.D 【解析】电阻大小与材料、横截面积和长度有关,气球变长,即长度变长,横截面积减小,电阻变大,A不符合题意;电阻变大,由欧姆定律可知 ,电路中电流减小,即电流表示数变小,B不符合题意;电路中电流变小,根据P=I2R可知,灯泡的电功率变小,灯泡变暗,C不符合题意;电路为串联电路,电压表测量灯泡两端电压,电流减小,由欧姆定律可知,灯泡两端的电压减小,则电压表示数变小,D符合题意。
8.A
9.D 【解析】由图可知,光敏电阻与滑动变阻器串联。降低电源电压,由R=可知,当蜂鸣器发出报警声时,电路的总电阻变小,光敏电阻的阻值变小,烟雾浓度变大,降低报警器对烟雾的敏感性,A不符合题意;减弱光源发光强度,光敏电阻接收光的强度越小,光敏电阻的阻值越大,电路总电阻越大,由I=可知电路中的电流越小,需更高烟雾浓度才能触发报警,敏感性下降,B不符合题意;由R=可知,当蜂鸣器发出报警声时,电路的总电阻一定,在电路中再串联一个定值电阻,光敏电阻的阻值变小,光敏电阻接收光的强度变强,烟雾浓度更高,敏感性下降,C不符合题意;由R=可知,当蜂鸣器发出报警声时,电路的总电阻一定,将滑动变阻器滑片P向a端滑动,变阻器连入电路的电阻变小,光敏电阻的阻值变大,光敏电阻接收光的强度减小,敏感性提高,D符合题意。
10.(1)变小 (2)变小 (3)60%
【解析】(1)由图乙可知湿敏电阻R的阻值随着叶片含水量变大而变小;(2)由图甲可知,定值电阻R0和湿敏电阻R串联,电压表测定值电阻R0两端的电压;当植物叶片含水量变低时,湿敏电阻R的阻值增大,根据串联分压原理知湿敏电阻R两端的电压变大,定值电阻两端的电压即电压表的示数变小;(3)当电压表示数为4 V时,由欧姆定律可得电路中通过R0的电流I0=== A,由串联电路电流规律可得,通过湿敏电阻的电流IR=I0= A,由串联电路电压规律可得,湿敏电阻两端的电压UR=U-U0=6 V-4 V=2 V,根据欧姆定律可得,湿敏电阻此时的阻值R===15 Ω,由图乙知湿敏电阻R的阻值为15 Ω时,植物叶片的含水量为60%。
11.(1)R2 (2)B
【解析】(1)根据题意可知,当湿度变大时,电流变大,则湿敏电阻的阻值随湿度的增加而减小,由图甲知:R1的电阻随湿度的增加而增加,R2的电阻随湿度的增加而减小,因此应选择R2湿敏电阻。(2)由图甲知,当空气潮湿(湿度大)时,湿敏电阻的阻值变小,根据I=可知,电路的电流增大,电磁铁的磁性变强,将衔铁吸引下来,若B位置为湿敏电阻,此时湿敏电阻被短路,电路的电流突然增大,警示灯一下变得很亮,同时电磁铁失去磁性,衔铁会被弹簧拉起,灯变暗,这样警示灯能亮暗闪烁,因此湿敏电阻应连接在图乙的B位置。
12.(1)15 (2)小 (3)1 000
【解析】(1)货车模型总质量为1.5 kg,则重力G=mg=1.5 kg×10 N/kg=15 N。(2)货车模型质量越大,对绝缘平板的压力越大,由图乙可知,压力越大,电阻R的阻值越小,R分得的电压变小,即电压表示数越小。(3)当UR0=2 V 时,力敏电阻两端的电压UR=U-UR0=3 V-2 V=1 V,此时货车模型总质量最大即m货=2 kg,货车模型对绝缘平板的压力F=G货=2 kg×10 N/kg=20 N,由图乙可知,此时的电阻R=500 Ω,即U=×(R0+R),代入数据得:3 V=×(R0+500 Ω),解得R0=1 000 Ω。
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