中考物理總複習|電學計算壓軸題解題基本功:動態分析

2021-01-09 中學物理雜談

2019年中考越來越近,而上海的中考其實早已開始,上海的中考分為提前的自主招生和最後的統一中考。今年上海的自招安排在了三月的最後兩個星期的周末。隨著上周許多市重點學校自招落下帷幕,許多學生已經籤下了自己心儀的學校,接下來只需要在最後的中考中總分超過市重點劃的控制線即可。然後,還有許多學生沒有被學校選中,接下來的時間裡自然壓力會比較大,大家要繼續加油,好好利用最後的兩個月的時間,查漏補缺,補齊短板,在最終的中考中考出優異成績,一樣可以進入自己心中的名校!

一、串聯電路動態分析

動態分析的題目不僅會以選擇題,填空題的形式出現,在計算中其實常常需要大家能通過動態分析解決一些問題。例如下面這道計算題:

(2018 楊浦二模第26題)在如圖(a)所示電路中,電源電壓為 18 伏,R1為定值 電阻,R2為滑動變阻器。電流表和電壓表的錶盤如圖(b)、(c)所示。

①當電路中電流為 0.5 安時,求接入電路的總電阻值。 ②在不損壞電路元件的情況下,最大範圍移動滑動變阻器的滑片,電流表的示數變化範圍為 0.2 安~0.9 安;用定值電阻 R0替換 R1後,最大範圍移動滑動變阻器的滑片,電流表的示數變化範圍為 0.6 安~1.2 安。求該滑動變阻器R2的規格以及定值電阻 R1、R0的阻值,並寫出計算過程。 滑動變阻器 R2的規格為「________歐________安」; 定值電阻的阻值 R1=________歐;R0=________歐。

這道題第一問比較簡單①R=U/I=18 伏/0.5 安=36 歐 直接代公式即可

第二問需要大家需思考為什麼移動滑片的時候電流表示數會有最大值和最小值,然利用動態分析去分析電流取到最大值或者最小值的時的原因是什麼,

當 I=0.9 安是電阻為R1時的最大電流,為什麼呢?是因為滑動變阻器的限流嗎?經過分析我們發現第二次將R1更換為R0以後最大電流可以達到1.2安,所以可以判斷不是被滑動變阻器限流,那麼為什麼電流不能繼續增大(其實是滑動變阻器不能繼續減小了)呢,很明顯是因為滑動變阻器已經阻值等於零,滑片滑到最左端了,此時R1電壓就是電源電壓,R1=U/I=18 伏/0.9 安=20 歐 ;

那麼,當 I=0.2 安時電路電流最小,電阻最大,滑片向右滑動,此時可以計算出總電阻的最大值 R=U/I=18 伏/0.2 安=90 歐,此時滑動變阻器最大阻值 R2=R-R1=90 歐-20 歐=70 歐;問題又來了,這個70歐是不是滑動變阻器的最大阻值呢?其實也可以計算一下此時滑動變阻器的電壓,發現是小於15伏的。那麼為什麼不能繼續增大滑動變阻器電阻,讓電流更小一些呢?很明顯,滑動變阻器阻值已經是最大了!

更換R0電阻後,當 I=0.6 安, R=U/I=18 伏/0.6 安=30 歐<70 歐,說明R2沒有滑動到最大阻值70歐,為什麼呢?因為向右滑動變阻器滑動變阻器電壓增大,會超過電壓表量程。可見R2的電壓是15伏,所以此時R2=U2/I=15 伏/0.6 安=25 歐 ,R0=R-R2=30 歐-25 歐=5 歐 ;當 I=1.2 安時,因為此時 R=U/I=18 伏/1.2 安=15 歐,而 R2=R-R1=15 歐-5 歐=10 歐>0 可見R2並沒有滑動到最左端,原因是因為此時的電流已經達到了滑動變阻器的限流,即I2 最大=1.2 安 。

其實,在這個題目中涉及到一個最基本的串聯電路動態分析的基本技能,同學們一定要掌握這個基礎知識點。

串聯電路動態分析基本知識

如上圖所示,當滑動變阻器滑片向右移動時(左圖),R2阻值增大,那麼其電壓也相應增大,這個時候限制滑片向右滑動的因素只有兩個,一個是電壓表的量程,R2電壓不能超過其最大量程。另外就是受滑動變阻器自身最大阻值的限制,比如已經滑動到最右端了,R2阻值仍然沒有超過15伏,所以在題目中就是用這個辦法判斷滑動變阻器的最大阻值的。

當滑片向左移動時(右圖),滑動變阻器電阻減小,總電阻減小,所以電流增大。那麼此時限制滑動變阻器向左滑動的因素有三個,一個是電流表限流,不可超過量程,另外就是滑動變阻器的電流限制,不可超過滑動變阻器允許通過的最大電流,最後就是如果滑動變阻器電阻已經為零了,滑片滑動到最左端了,電流仍然未超過電流表和滑動變阻器的限流,那麼此時也就是最大電流的時候了。上面題目就是這樣的情況!

二、並聯電路動態分析

並聯電路的動態分析相對簡單一些,因為一般情況會有一條支路是定值電阻,它的電阻電壓和電流都是不變的。

(2018普陀二模第21題)在 如圖(a)所示的電路中,電源電壓為15伏且保持不變,電阻R1的阻值為30歐。閉合電鍵S,電流表的示數如圖(b)所示。 ① 求通過電阻R1的電流I1。 ② 求電阻R2的阻值。 ③ 現用標有「20Ω 2Α」字樣的滑動變阻器R0替換電阻R1或R2中的一個,請在不損壞電路元件的情況下,通過移動滑片P,使電路的功率變化範圍最大,並求出此範圍。

對於這樣的並聯電路大家要知道,幹路電流的變流變化量是等於支路電流的變化量的。這道題想要幹路電流變化最大,那麼我們就讓支路電流變化最大,也就是讓替換後的滑動變阻器的電流變化最大。由於幹流有一個電流表,限制最大限流不可超過3A,所以我們把電流較小的R1支路留下來,用滑動變阻器替換R2。

第一問和第二問簡單:I1=U1/R1=U/R1 =15 伏/30 歐=0.5 安 ;R2=U2/I2=U/(I―I1) =15 伏/(2 安―0.5 安) =10 歐

第三問用 R0 替換 R2 ;Imin=I1+U/R2=0.5 安+15 伏/20 歐 =1.25 安 ;Imax=I1+I2max=0.5 安+2 安=2.5 安 ;Pmin=UImin=15伏×1.25安=18.75瓦 ;Pmax=UImax=15 伏×2.5 安=37.5 瓦 。所以功率變化範圍 18.75 瓦―37.5 瓦

總結:動態電路只要掌握了基本的電路的動態分析,在考試中認真一些,分析每一個細節,就不會失分,中考衝刺,同學們,你掌握動態分析的題目了嗎?

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