「名師在線」開關只有控制電路通斷的作用嗎?

2021-01-21 跟我一起學物理

「名師在線」

開關只有控制電路通斷的作用嗎?

開關是組成電路的四大基本元件之一,具有控制電路通斷的作用,但有時候,它還可以改變電路的連接方式。本文介紹中考中較為典型的開關作用試題的解題思路和方法,供同學們參考。

一、開關的控制作用

(1)正常的連接

確定開關的控制作用,即確定開關各自控制哪些用電器,是進行電路分析、電學計算的基礎。解答這類題的基本程序為:

①串聯電路中,電流只有一條路徑,開關的位置改變,其控制作用不改變;

②並聯電路中,電流有多條路徑,幹路開關控制整個電路,支路開關控制各自的支路,開關位置改變,控制作用可能改變。

因此,依次斷開電路中的各個開關,然後分析在某個開關斷開時,哪些用電器將停止工作,則這個用電器就被斷開的這個開關所控制。

題1(2018年巴中地區)如圖所示電路中,開關能夠同時控制兩盞燈,且兩燈發光情況互不影響的電路是(  )

【解析】開關能夠同時控制兩盞燈,電路既可以串聯又可以並聯,但並聯時開關必須在幹路上;兩燈發光情況互不影響,兩燈應該是並聯的。

綜上可知,符合要求的電路應該是並聯電路,並且開關在幹路上。

由圖可知,A是串聯;B是並聯電路,並且開關在幹路上,C是並聯電路,但開關在支路上。D是串聯。

答案:B

點撥:在認識簡單電路時,—要看懂電路中各用電器的連接情況,二要會通過開關的閉合來控制電路。

練習1:如圖所示,要使燈泡L↓2發光,必須閉合的開關是( )

A.S↓2

B.S↓2、S↓3

C.S↓1、S↓3

D.S↓1、S↓2、S↓3

(2)特殊的連接

開關在電路中的連接一般是一條支路上一個,或者幹路上一個,但在一些特殊的電路中,需要多個開關,因此,就只能把這些開關串聯或者並聯在一起接入電路。

①開關串聯後接入電路中,電流還只有一條路徑,任何一個開關斷了,整個電路都是斷路,所有開關都連通,電路才是通路;

②開關並聯後接入電路中,任何一個開關斷開,電路不會斷開,所有電路都斷開,電路才會斷開。

題2(2015年內蒙古自治區通遼市)小轎車上大都裝有一個指示燈,用它來提醒司機車門是否關好。四個車門中只要有一個車門沒關好(相當於一個開關斷開),該指示燈就會發光,圖為四位同學設計的模擬電路圖,你認為最符合上述要求的是( )

【解析】開關沒閉合燈就亮,顯然開關與燈是並聯的,且四個開關中任意一個未閉合指示燈會發光,故四個開關要串聯。

由A電路圖可知,幾個開關是並聯的,當開關都閉合時,即車門都關好,燈泡也會發光,故A不符合要求;由B電路圖可知,幾個開關是串聯的,當有一個開關斷開時,即有車門沒關閉,燈泡不亮,所以與題意要求相反,故B不符合題意;由C電路圖可知,幾個開關是串聯的,當開關都閉合時,即車門都關好,電源會被短路,燈不發光,故C不符合要求;由D電路圖可知,幾個開關是串聯的,電阻R起保護電路的作用,當開關都閉合時,即車門都關好,燈泡不會發光,故D符合要求。

答案:D。

點撥:本題考查電路圖的設計,關鍵是能根據題目所給信息設計出合理的電路圖,這是本題的重點也是難點,最容易出錯的地方是任意一個開關斷開時燈泡都發光,和我們平時接觸到的開關閉合,燈泡發光正好相反。

練習2:(2018年大連市)將圖中的電燈和兩個開關接入家庭電路中,要求:同時閉合兩個開關,電燈發光;只閉合一個開關,電燈不發光。

二、「開關」引起的電路變化

開關的斷開和閉合,可以使電路的組成發生變化,也可以引起電路中的某些物理量發生變化。此類「開關型」變化電路的解題關鍵是:把動態電路變成靜態電路,即畫出每次變化後的等效電路圖,再利用電流路徑法分析,或根據有關公式和規律解題。

這種開關的連接有兩種作用:

①改變電路的連接方式——串聯和並聯互換;

②電路局部短路。

(1)串聯和並聯互換

題3(2018年貴州省安順市)如圖所示,電源電壓恆定,R↓1=30Ω,R↓2=60Ω,當開關S3閉合,S↓1、S↓2都斷開時,電流表的示數為0.1A,則電源電壓是______V;當開關S3斷開,S↓1、S↓2都閉合時,電流表的示數是________A。

【解析】(1)由圖知,當開關S↓3閉合,S↓1、S↓2都斷開時,R↓1與R↓2串聯,電流表測電路中電流,由串聯電路特點和歐姆定律可得,電源電壓:

U=I(R↓1+R↓2)

=0.1A×(30Ω+60Ω)

=9V;

(2)當開關S↓3斷開,S↓1、S↓2都閉合時,兩電阻並聯,電流表測幹路電流,由並聯電路特點和歐姆定律可得,此時電流表的示數(即幹路電流):

I′=I↓1+I↓2

=U/R↓1+U/R↓2

=9V/30Ω+ 9V/60Ω

=0.45A。

答案:9;0.45

點撥:本題考查了串聯和並聯電路特點以及歐姆定律公式的應用,關鍵是正確判斷開關在不同狀態下電路的連接情況。

練習3:在如圖所示的電路中,有四個開關S↓1、S↓2、S↓3、S↓4。如果僅將開關S↓2、S↓4閉合,S↓1、S↓3斷開,則燈L↓1、L↓2_____聯;如果將開關S↓1、S↓2、S↓3閉合,S↓4斷開,則燈L↓1、L↓2_____聯。

(2)電路局部短路

(2018年天津市)如圖所示電路中,電源電壓保持不變,電阻R↓1與R↓2的阻值之比為2∶1。開關S斷開時,R↓1與R↓2的電功率之比為_____;開關S閉合前後,電壓表兩次的示數之比為_____。

【解析】本題的特點是:

①開關S斷開時,電阻R↓1、R↓2串聯,電壓表測R1兩端的電壓,根據P=I↑2R可求得R↓1與R↓2的電功率之比;

②開關S閉合時,電阻R↓2被短路,電路為R↓1的簡單電路,電壓表測電源的電壓,根據歐姆定律求出電壓表的示數,然後可知電壓表兩次的示數之比。

(1)已知電阻R↓1與R↓2的阻值之比為2:1,則R↓1=2R↓2,開關S斷開時,電阻R↓1、R↓2串聯,因串聯電路中電流處處相等,則R↓1與R↓2的電功率之比:

P↓1/ P↓2

=I↓2R↓1/ I↓2R↓2

=R↓1/ R↓2

=2/1;

開關S斷開時,電阻R↓1、R↓2串聯,此時電路中的電流

I=U /(R↓1+R↓2)

=U /(2R↓2+R↓2)

=U/(3R↓2),

此時電壓表測R↓1兩端的電壓,由I=U / R可得,電壓表的示數:

U1=IR↓1

=(U /3R↓2)×R↓1

=(U/3R↓2)×2R↓2

=2U /3;

(2)開關S閉合後,電路為R1的簡單電路,電壓表測電源電壓,即電壓表的示數為U,所以,開關S閉合前後,電壓表兩次的示數之比為:

(2U/3)/ U=2/3。

答案:2∶1;2∶3

點撥:本題考查了串聯電路的特點和歐姆定律的應用,分清開關閉合、斷開時電路的連接方式和電錶所測的電路元件是關鍵。

練習4:如圖所示,電源電壓恆定,R↓1、R↓2為兩個電阻,其阻值不隨溫度變化。當閉合開關S↓1,斷開開關S↓2、S↓3時,電流表的示數為3A;當閉合開關S↓3,斷開S↓1、S↓2時,電流表的示數為5A;當閉合開關S↓1、S↓2,斷開S↓3時,電路的總電阻為R↓總;則R↓1和R↓總之比為( )

A.5∶3 B.3∶5 C.5∶2 D.2∶5

練習答案

1.A

2.如圖所示

3.串;並

提示:本題的特點是:四個開關有兩種工作狀態,致使兩燈泡有兩種連接形式。確立二者對應關係的方法是:先畫出相應的等效電路圖(圖略),再利用電流法分析。

點撥:本題考查串聯和並聯電路的連接特點。本題主要根據題目中的開關組合判斷電路的連接情況。

4.B

點撥:開關在電路中的作用,除使整個電路接通或斷開外,還可以改變電路結構和使部分電路形成短路。本題的三個開關處在不同狀態時,形成了三個不同的電路:①只有R↓1接在電路中;②R↓1與R↓2並聯接在電路中;③R↓1與R↓2串聯接在電路中。只有根據題意,認清電路結構,才能運用串、並聯電路的規律和歐姆定律解題。

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