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六、欧姆定律知识的应用

一、电路计算题的方法归纳

1、仔细审题,确定电路结构和电路状态,分析是否有因为变阻器滑片的移动或开关的断开与闭合引起的变化。

2、建立电路的图景,根据题意画出电路图,若有电路图,根据题意画出各种情况下的等效电路图,在图上标出已知量、所求量。

3、分析物理过程,弄清各物理量之间的关系。

4、寻找解题依据,根据物理规律,从各电学量的计算公式以及欧姆定律,串、并联电路的I、U、R的规律中找出相关的知识。

15、列方程,用数学方法求解,解题的过程一般是:由各段电路的电阻求出总电阻,进而得到总电流和总电压,然后再由总电流或总电压求某段电路上的电流或电压。

6、验算和讨论,对于得到的结果,应该用学过的物理概念和规律去判断它的解是否合理,然后作出答案,有时还需要对结果的物理意义加以讨论。

例1、2如图7所示,电源电压为12V,电流表量程为0~0.6A,电压表量程为0~3V,已知定值电阻R= 10Ω,滑动变阻器R0上标有“0~50Ω”,为了保证电路中两表不致烧坏,滑动变阻器连入电路中的最小阻值为多少?

二、动态电路问题的分析

动态电路问题是指当电路中某些因素发生变化时,对电路中各物理量变化情况的分析,此类问题主要有两种类型:

1、由于变阻器滑片的移动,引起电路中各物理量的变化

(1)串联电路中滑动变阻器的滑片P的位置的变化引起的变化

例2、如图2是典型的伏安法测电阻的实验电路图,当滑片P向右移动时,请你判断A表和V表的变化。

分析:本题中,为了分析表达的简洁,我们约定一套符号:“→”表示引起电路变化;“↑”表示物理量增大或电表示数增大;“↓”表示物理量减小或电表示数减小。

P右移→R2_→R总_→I_→A表_。R1不变→IR1_→U1_→V表_。

(判断V表的变化还可以根据串联电路的分压原理来分析:R2_→U2_→U1_→V表_。)

3:根据串联电路的特点,滑动变阻器R2两端的电压 U2 将 ↑。推论:如果滑动变阻器R2 足够大,当滑片P向右一直滑动时,电阻将不断增大,那么U2 将不断增大,U1 将不断减小,I将不断减小。假设 R2 无限大,这时U2 将增大到电源电压,U1 将变为0,I也将变为0,这时的电路就相当于断路。这就是用电压表来判断电路断路和短路的道理。

4变式1、如图3电路是小丽设计的压力传感器的原理图,其中R1是滑动变阻器,R2是定值电阻。当F增大时( )

A.电流表示数减小,电压表示数增大 B.电流表和电压表示数都减小

C.电流表示数增大,电压表示数减小 D.电流表和电压表示数都增大

说明:(1)当变阻器与定值元件(如电阻、灯泡等)串联时,滑片的移动会引起电流和电压的变化,定性分析变化的一般思路是(电源电压不变):

推理法:滑动变阻器滑片移动时的电阻变化→总电阻的变化→电流的变化→定值元件两端的电压变化→滑动变阻器两端的电压变化情况。

变式2、(2008年,黄冈市中考)如图4,将光敏电阻R和定值电阻R0、电流表、电压表连成电路,接在9V的电源上,光敏电阻阻值随光强变化关系如下表:(“光强”表示光强弱程度的物理量,符号为E,单位坎德拉(cd))

光强E/cd

1

2

3

4

5

6

光敏电阻R/Ω

18

9

6

4.5

3.6

3

若电流表的示数增大,表明光强在___,电压表的示数将__。(“增大”、“减小”或“不变”)。分析表中数据可知光强E=1.5cd时,光敏电阻的阻值R=__Ω,此时电流表的示数为0.5A,则R0=__Ω。

5(2)并联电路中滑动变阻器的滑片P的位置的变化引起的变化

按以下思路分析:滑片移动时电阻的变化-→本支路总电阻的变化-→本支

路中电流的变化-→电路中干路总电流的变化。

例3、如图5,当滑片P向右移动时,A1表、A2表和V表将如何变化?

分析:并联电路各支路两端电压相等,等于电源电压,故电压表V示数__。

由于并联电路各支路独立工作,互不干扰,滑动变阻器滑片P向右移动时,对R1这条支路没有影响,所以电流表A1示数___。

滑片P右移,R2变大,两端电压___,故电流___,干路中电流也随之__,所以A2示数也会___。

变式题 如图6,当滑片P向右移动时,A1表、A2表和V表将如何变化?

6 2、开关的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化

开关的断开与闭合也会引起电流实际通过路径的变化,从而造成各元件连接关系的改变,进而使电路中的电阻、电流和电压发生变化,解决这类题的关键的在于,确定各元件的连接状态、电阻的变化情况。

(1)串联电路中开关的断开或闭合引起的变化

例4、在如图7所示的电路中,将开关K闭合,则电流表的示数将______,电压表的示数将________(均填“变大”、“变小”或“不变”)。

分析:在开关尚未闭合前,两个电阻组成___电路。电压表测量__两端的电压,开关K闭合后,电阻R2被局部短路,电压表变成测量___的电压了,因此电压表的示数将___。在开关尚未闭合前,电流表测量的是串联电路的电流值,由于此时电阻较__,故电流较小;开关K闭合后,电阻R2被局部短路,电路中的电阻只有R1了,因此电流表的示数将_____。

变式题 在如图8所示的电路中,当开关K断开时,电阻R1与R2是________联连接的。开关K闭合时,电压表的示数将________(选填“变小”、“不变”或“变大”)。

7 8 9

图7      图8        图9

(2)并联电路中开关的断开或闭合引起的变化

5 在图9中,闭合开关K灯泡L1和灯泡L2是__联连接的。当开关K断开时,电压表的示数将____;电流表的示数将___(选填“增大”、“不变”或“减小”)。

分析:本题的难度首先在电路的识别,我们可以将电流表看作导线,将电压表拿去,就容易看出这个电路是“并”联电路。电流表是串联在小灯L1的支路中的,所以开关由闭合到断开时,电流表的示数从有读数变到0,应该选填“减小”。电压表是测量电源电压,而且不受开关控制,所以示数“不变”。

变式题 在图10中,闭合开关K灯泡L1和灯泡L2是__联连接的。当开关K断开时,电压表的示数将___;电流表A1的示数将___(选填“增大”、“不变”或“减小”)。

10 11 12

图10        图11      图12

3、电路的故障引起电路中电学物理量的变化及故障原因分析

例6、在图11中,当开关 K闭合后,两只小灯泡发光,电压表示数为4V。过了2分钟,电压表示数为0,经检查除小灯泡外其余器材的连接良好,请分析造成这种情况的原因可能有:_______。

分析:电压表示数为0,其原因有三:1.电压表没有接好或电压表损坏;2.小灯L2短路;3.小灯L1断路。起先,电压表有示数,说明不存在原因1的情况。那么还有两种情况都是可能的。答案为:小灯L2短路;小灯L1断路。

变式题 在如图12所示的电路中,电源电压等于6V,合上开关后电压表示数为6V。经分析得出,电路中可能发生的情况是:____________。

例7、在如图13所示的电路中,电源电压不变。闭合开关K后,灯L1、L2都发光。一段时间后,其中一灯突然熄灭,而电流表、电压表的示数都不变,则产生这一现象的原因可能是( )

A.灯L1短路。 B.灯L2短路。 C.灯L1断路。 D.灯L2断路。

分析:可以采用排除法。小灯L2短路,会导致电压表示数变小、电流表示数变大;小灯L2断路,会导致电流表示数变为0;小灯L1短路,会导致两灯都不亮;一灯熄灭而电表示数都不变,只有小灯L1发生断路时才有此可能。本题正确答案为C。

变式题 在图14所示的电路中,电源电压不变。闭合开关K,电路正常工作。一段时间后,发现其中一个电压表示数变大,则 ( )

A.灯L可能变亮。B.灯L亮度可能不变。C.电阻R可能断路。D.电阻R可能短路。

13 14 15

图13       图14        图15

例8、在图15所示的电路中,电源电压不变。闭合开关K后,灯L1、L2都发光,—段时间后,其中的一盏灯突然变亮,而电压表Vl的示数变小,电压表V2的示数变大,则产生这一现象的原因是( )

A.灯L1断路。 B.灯Ll短路。  C.灯L2断路。 D.灯L2短路。

16分析:属于电路故障分析题。“—段时间后,其中的一盏灯突然变亮”排除了电路出现断路的情况,那么,故障现象只有发生短路了。电压表V2的示数变大,是小灯变亮的原因,一定是小灯L2突然变亮;电压表Vl的示数变小说明小灯L1发生了短路。本题正确答案为B。

三、变阻器在生活中的应用

(1)油量表,压力计,测定风速的风力计等都是利用滑动变阻器的原理把电表改装而成的,其工作原理可用欧姆定律来解释,解决这类问题步骤:

从电路中抽象出滑动变阻器—→生活中所测 量的变化—→变阻器连入阻值的变化—→电表示数的变化(改装为所测量的仪表直接读出).

179(2007年,咸宁中考)如图16是一种自动测定油箱内油面高度的装置,弯月形的电阻R与金属滑片P构成一个滑动变阻器,金属滑片P是杠杆的一端,下列说法中正确的是( )

A.该电路中油量表既可用电流表改装,也可用电压表改装

B.油面升高,滑动变阻器接入电路中的电阻减小

C.R0和R在电路中是并联的

D.电路中的电流越小,油量表指示油面的高度值越大  

变式题:一位同学设计了一个风力测定仪,如图17所示,O是转动轴,OC是金属杆,下面连接着一块受风板,无风时OC是竖直的,风越强,OC杆偏转的角度越大。AB是一段圆弧形电阻,P点是金属杆与弧形电阻相接触的点,电路中接有一个灯泡,测风力时,闭合开关S,通过分析可知:金属杆OC与弧形电阻AB组合在一起相当于一个____,观察_____可以粗略地反映风力的大小;若要提高装置反映风力大小的性能,可采取的方法是___________________________。

(2)电路连接中的电流表、电压表刻度不均匀的问题

18例10、如图18甲是某电子秤的原理示意图.电压表量程为0-3V(可对应显示质量大小)。己知电阻R0=60Ω,压力传感器R的阻值随所受压力变化的图象如图乙所示,压力传感器表面能承受的最大压强为2×106Pa,压杆与压力传感器的接触面积是2cm。设托盘和压杆的质量可以忽略不计,电源电压恒定不变。试求:

(1)该压力传感器能承受的最大压力;

(2)若要求传感器受到最大压力时,电压表 的示数达到最大值,则电源电压是多大?

(3)通过计算判断电子秤的刻度是否均匀。

四、运用欧姆定律测电阻的问题

方法 伏安法 伏阻法 安阻法 安滑法 伏滑法
器材

电源,滑动变阻器,电流表,电压表,待测电阻

电源、滑动变阻器,电压表两个,电阻R0,待测电阻

电源、滑动变阻器,电流表两个,电阻R0,待测电阻

电源、滑动变阻器(最大阻值为Rm)电流表,待测电阻

电源、滑动变阻器(最大阻值为Rm)电压表,待测电阻

电路图 19 20 21 22 23
电阻表达式 Rx24 Rx25 Rx26 Rx27 Rx28
说明

左边为V1,

右边为V2

上为A2,

下为A1

I1为最小电流,I2为最大电流

U1为变阻器接入阻值最大时V表的示数,U2为变阻器接入阻值最小时V表的示数

五、应用提高:混联电路中的滑动变阻器位置改变对电路的影响(略)


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