2020年中考物理试题分类命题备考方略专题13动态电路分析题含解析.docx
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- 2020 年中 物理试题 分类 命题 备考 方略 专题 13 动态 电路 分析 解析
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1、2020年物理试卷分类命题备考方略专题十三动态电路分析题命题诠释所谓动态电路分析是指对一个通常含有电源、滑动变阻器、开关、电流和电压表等电器元件的电路,通过改变变阻器接入电路的阻值或开关的通断等形式来改变电路的连接方式和电路参数值,进而改变电路中的总电阻、电流、电压和电功率等,并对这些量的变化进行分析的题型。中考试卷中,动态电路分析主要以选择题、填空题和计算题形式出现。主要分为三种类型:(1)滑动变阻器的滑片P的位置的变化引起电路中物理量的变化;(2)开关的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化;(3)其他电学量(光敏电阻、热敏电阻等)发生变化或客观因素引起电路中物理量的变化。题型解密一、分析电
2、路中各元件之间的关系具体来说,就是要弄清电阻之间是串联还是并联或两者皆有;所给的电流表测量的是干路的电流还是支路电流,电压表测量的是电源电压还是某电阻的电压等。二、掌握电表的特点1.电流表的电阻非常小,在电路中相当于导线,可看作短路。2.电压表的电阻非常大,在电路中相当于断路(开路),即在分析此类问题时可先将电压表放在一边,暂不考虑。3.基本思想明确电路中的变量和不变量,首先确定不变的物理量(如电源的电压、各定值电阻,小灯泡的电阻以及小灯泡的额定电压和额定功率),然后根据相关的规律去分析其它量的变化。4.解题思路总体遵循“先局部-再整体-再局部”的思路,具体说来:由某个电阻或开头的变化分析总电
3、阻的变化(局部);根据欧姆定律,由总电阻的变化分析总电流的变化(整体);由总电流的变化,根据欧姆定律和电路和串、并联规律分析各支路的电压、电流的变化(局部)。真题呈现一、滑动变阻器阻值变化动态分析【典例一】(2019益阳)如图所示,电源电压不变,R0为定值电阻,R为滑动变阻器,当滑片P向右移动时,电流表和电压表的示数变化情况是()。A电流表示数减小,电压表示数减小;B电流表示数增大,电压表示数增大;C电流表示数减小,电压表示数增大;D电流表示数增大,电压表示数减小【答案】A。【解析】由电路图可知,定值电阻R0与滑动变阻器R串联,电压表测R0两端的电压,电流表测电路中的电流,当滑片P向右移动时,
4、接入电路中的电阻变大,电路的总电阻变大,由可知,电路中的电流减小,即电流表的示数减小,故BD错误;由U=IR可知,R0两端的电压减小,即电压表的示数减小,故A正确、C错误。故选A。【典例二】(2018滨州)如图所示的电路中,电源电压恒定不变,R1为定值电阻,闭合开关S,在滑动变阻器的滑片P向右滑动的过程中,下列四个选项中,判断正确的是()。A电流表、电压表的示数均变小 B电流表、电压表的示数均变大C电流表示数变大、电压表示数变小 D电压表与电流表示数的比值变小【答案】CD。【解析】由电路图可知,R1与滑动变阻器串联,电压表测变阻器两端的电压,电流表测电路中的电流。ABC、在滑动变阻器的滑片P向
5、右滑动的过程中,变阻器接入电路中的电阻变小,电路中的总电阻变小,由I=可知,电路中的电流变大,即电流表的示数变大,由U=IR可知,R1两端的电压变大,因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以变阻器两端的电压变小,即电压表的示数变小,故AB错误、C正确。D、电压表与电流表的比值等于滑动变阻器的阻值,因为滑动变阻器的阻值变小,所以电压表与电流表的示数比值变小,故D正确。故选CD。【典例三】(2019贵港)如图16甲所示,电源电压保持不变,R1是定值电阻,小灯泡L的额定电压是6V且灯丝电阻不随温度变化。当闭合开关S1、S3,断开开关S2,调节滑动变阻器R2的滑片,使电压表示数从1V变为3V的过程中,
6、电路总功率变化了3.6W,其中电压表示数为3V时,电流表示数为0.3A;滑动变阻器R2的电功率P2与电压表示数U1的关系如图16乙所示,滑动变阻器R2的滑片在a点、b点时,对应电压表示数为Ua、Ub,且Ub=8Ua。求:(1)定值电阻R1的阻值。(2)电源电压。(3)滑动变阻器R2的滑片从a点滑到b点过程中,R2接入电路的阻值范围。(4)当闭合开关S1、S2,断开开关S3,滑动变阻器R2的滑片在中点时,小灯泡L恰好正常发光,其电功率为PL;当滑动变阻器的滑片在阻值最大处时,小灯泡L的电功率为PL。则PL与PL之比是多少?【解析】(1)由图16甲知,当闭合开关S1、S3,断开开关S2时,R1与R
7、2串联,电压表测R1两端电压由U1=3V,I1=0.3A,根据得R1的阻值为(2)使电压表示数从1V变为3V的过程中,电路的总功率是增加的,设增加的功率为当电压表示数为1V时,电路中的电流为电压表示数为3V时,电路中的电流为设电源电压为U,在电压表两次示数下,电路的总功率有如下关系,即有解得电源电压为U=18V(3)由图乙知,当滑动变阻器R2的滑片在a点时,滑动变阻器消耗的功率等于在b点时的功率则有,又,R1=10,U=18V解得Ua=2V、Ub=16VR2的滑片在a点时,电路中的电流为则此时滑动变阻器接入阻值为R2的滑片在b点时,电路中的电流为则此时滑动变阻器接入阻值为所以R2接入电路的阻值
8、范围为1.2580(4)当闭合开关S1、S2,断开开关S3时,电路是小灯泡L和滑动变阻器R2串联设小灯泡正常发光的电压为UL=6V,电阻为RL,设滑动变阻器的最大阻值为RR2的滑片在中点时,根据串联电路的分压作用有:当滑动变阻器的滑片在阻值最大处时,设灯泡两端的电压为,有:联解得根据得:,则。二、开关通断引起动态分析【典例一】(2019邵阳)如图所示的电路中,电源电压恒定不变,已知R13R2,当S和S1闭合、S2断开时,电压表和电流表的示数分别为U1和I1;当S1断开、S和S2闭合时,电压表和电流表的示数分别为U2和I2,则U1:U2、I1:I2分别是()。A1:1、4:3 B1:2、1:3
9、C1:1、1:4 D1:4、1:1【答案】A。【解析】当S1闭合、S2断开时,等效电路图如图1所示;当S1断开、S2闭合时,等效电路图如图2所示。电源的电压不变,且两种情况下电压表测电源的电压,所以两次电压表的示数不变,即U1:U21:1;两电阻并联,I1,I2则I1:I24:3。故选A。【典例二】(2019达州)如图甲所示,电源电压保持不变,R1为定值电阻,滑动变阻器R2的最大阻值为30,电压表的量程为015V电压表的示数与滑动变阻器R2的关系如图乙所示。则下列结果正确的是()。A电源电压为20V;BR1的阻值为5;C为了保证电压表不被烧坏,滑动变阻器的阻值变化范围为430;D开关S闭合后电
10、路消耗的最小功率为14.4W【解析】由电路图可知,R1与R2串联,电压表测R1两端的电压。(1)由图乙可知,当R210时U112V,当R220时U18V,因串联电路中各处的电流相等,所以,电路中的电流分别为:I,I,因串联电路中总电压等于各分电压之和,且电源电压保持不变,所以,电源的电压:UI(R1+R2)I(R1+R2),即(R1+10)(R1+20),解得:R110,故B错误;电源的电压UI(R1+R2)(10+10)24V,故A错误;(2)当电压表的示数U115V时,电路中的电流最大,滑动变阻器接入电路中的电阻最小,此时电路中的电流:I大1.5A,此时滑动变阻器两端的电压:U2小UU12
11、4V15V9V,则滑动变阻器接入电路中的最小阻值:R2小6,当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路中的电流最小,电压表的示数最小,所以,滑动变阻器接入电路中的阻值范围为630,故C错误;(3)当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路中的电流最小,电路消耗的功率最小,则P小14.4W,故D正确。故选D。【典例三】(2019岳阳)如图,电源电压恒定不变,若要灯泡L和滑动变阻器R串联,则只需要闭合开关_;闭合开关S1和S3,断开S2,将滑片P由图中位置向右移动,灯泡L的亮度_(填“变亮”“变暗”或“不变”)。【答案】S2;不变。【解析】要使灯泡L和滑动变阻器R串联,应将灯泡L和滑动变阻器R首尾相连
12、接到电源两端,则由图可知只要闭合S2,断开S1、S3;若闭合开关S1和S3,断开S2,小灯泡和滑动变阻器并联,因并联电路各支路互不影响,所以当将滑片P由图中位置向右移动,灯泡L的亮度不变。故答案为:S2;不变。二、其他物理量变化引起的动态分析【典例一】(2019泸州)如图为一种测量环境湿度仪器的简化工作原理图。电源电压恒为6V,定值电阻R为l5,R0为湿敏电阻,其阻值随环境湿度的增加而减小,阻值范围为1020,电压表量程为03V,电流表量程为00.6A闭合开关S,当环境的湿度增加时,在保证两电表安全的情况下,下列说法中正确的是()。A.电流表示数变大,两端的电压变大;B.电压表示数与电流表示数
13、的比值不变;C.通过的最大电流为;D.在电路中的最小电阻值为【答案】BC。【解析】由电路图可知,R0与R串联,电压表测R两端的电压,电流表测电路中的电流。A当环境的湿度增加时,因R0随环境湿度的增加而减小,根据串联电路分压特点,R0两端电压U0会变小,故A错误;B由图可知,电压表测R两端电压,电流表测R电流,由R=可知,电压表示数与电流表示数的比值等于R的阻值,则电压表示数与电流表示数的比值不变,故B正确;C当R0=10时,电路中的总电阻最小,电路中的电流最大,即经过R0的电流最大,串联电路中总电阻等于各分电阻之和,电路中的最大电流:I大=0.24A,故C正确;D根据C选项的分析计算,R0在电
14、路中的最小电阻值10,此时电流表和电压表都不会超过量程,故D错误;故选BC。【典例二】(2018遵义)如图甲所示,R2为电阻箱调节R2时电流表示数I随之变化。如图乙所示是电阻箱阻值R2与电流表示数的倒数的图象。则定值电阻R1与电源电压U的大小分别为()。A5 30V B5 2.5V C10 20VD10 10V【答案】B。【解析】由电路图可知,R1与R2串联,电流表测电路中的电流,由图乙可知,当R2=0时, =2A1,则电路中的电流I1=0.5A,此时只有R1接入电路,则由I=可得,电源的电压:U=I1R1=0.5AR1,当R2=10时, =6A1,则电路中的电流I2=A,因串联电路中总电阻等
15、于各分电阻之和,所以,电源的电压:U=I2(R1+R2)=A(R1+10),因电源的电压不变,所以,0.5AR1=A(R1+10),解得:R1=5,电源的电压U=I1R1=0.5A5=2.5V。故选B。【典例三】(2019河南)某款水位自动测控仪的测量原理如图甲所示,电源电压U恒为15V,定值电阻R0=10,R1为一竖直固定光滑金属棒,总长40cm,阻值为20,其接入电路的阻值与对应棒长成正比。弹簧上端固定,滑片P固定在弹簧下端且与R1接触良好,滑片及弹簧的阻值、重力均不计。圆柱体M通过无伸缩的轻绳挂在弹簧下端,重80N,高60cm,底面积为100cm2当水位处于最高位置A时,M刚好浸没在水中
16、,此时滑片P恰在R1最上端;当水位降至最低位置B时,M的下表面刚好离开水面。已知弹簧所受拉力F与其伸长量L的关系如图乙所示。闭合开关S,试问:(1)当水位下降时,金属棒接入电路的长度_,电压表示数_。(两空均选填“增大”或“减小”);(2)当水位处于位置A时,电压表的示数为多少?(3)水位由位置A降至B这一过程,弹簧的长度增加了多少?电压表的示数变化了多少?(已知水=1.0103kgm3,g取10N/kg)【解析】(1)当水位下降时,M所受的浮力减小,弹簧的拉力增大,弹簧的伸长量增大,滑片P向下移动,金属棒接入电路的长度减小;则R1接入电路的阻值减小,根据串联分压特点可知,R1两端的电压减小,
17、即电压表示数减小。(2)当水位处于位置A时,滑片P在R1最上端,此时R1=20,根据串联电路的电阻特点可知,电路的总电阻:R=R0+R1=10+20=30,电路中的电流:,由I=得,R1两端的电压:U1=IR1=0.5A20=10V,即电压表示数为10V。(3)当水位处于位置A时,M刚好浸没,排开水的体积:V排=V=Sh=100cm260cm=6000cm3=610-3m3,则M受到的浮力:F浮=水gV排=1.0103kg/m310N/kg610-3m3=60N;则弹簧受到的拉力:F1=G-F浮=80N-60N=20N,由图乙可知,当F1=20N时,弹簧的伸长量L1=10cm;当水位降至位置B
18、时,M的下表面刚好离开水面,所受浮力为零,则此时弹簧受到的拉力:F2=G=80N,由图乙可知,当F2=80N时,弹簧的伸长量L2=40cm;所以,水位由位置A降至B这一过程中,弹簧的长度增加量:L=L2-L1=40cm-10cm=30cm。当水位降至位置B时,R1接入电路的长度:L=L总-L=40cm-30cm=10cm,因为R1接入电路的阻值与对应的棒长成正比,即:,所以,此时R1接入电路的阻值:,此时电路中的电流:,由I=得,此时R1两端的电压:U1=IR1=1A5=5V,即此时电压表示数为5V,所以,电压表的示数变化量:U=U1-U1=10V-5V=5V。故答案为:(1)减小;减小;(2
19、)当水位处于位置A时,电压表的示数为10V;(3)水位由位置A降至B这一过程,弹簧的长度增加了30cm;电压表的示数变化了5V。专项突破一、变阻器阻值变化引起的动态电路分析1.(2019遂宁)如图所示电路,电源电压保持不变,闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P向右移动过程中()。A.电压表V的示数不变;B.电流表A的示数变大;C.小灯泡的亮度变暗; D.电路的总功率变大【答案】A。【解析】由图可知,闭合开关,灯泡与滑动变阻器并联,电流表A测量电路总电流,电压表测电源电压,所以滑片移动电压表的示数不变,故A正确;当滑动变阻器的滑片P向右移动时,滑动变阻器接入电路的电阻变大,根据I=可知,滑动变阻器所
20、在支路中的电流变小;根据并联电路的特点可知,各支路互不影响,所以滑片向右移动,小灯泡的电流和实际功率不变,则灯泡的亮度不变,故C错误;根据并联电路中干路电流等于各支路电流之和可知,总电流变小,即电流表A的示数变小,故B错误;电源电压保持不变,总电流变小,根据P=UI知,电路的总功率变小,故D错误。故选A。2.(2018广安)如图所示的电路,电源电压恒为4.5V,电流表的量程为00.6A,电压表的量程为03V,定值电阻阻值5,滑动变阻器R的最大阻值50,闭合开关S,移动滑片P的过程中,下列说法正确的是()。A若滑片P向左移,电流表的示数变小;B电压表与电流表的比值不变;C滑动变阻器允许的调节范围
21、是2.550;D电流表的变化范围是0.3A0.6A【答案】D。【解析】由电路图可知,定值电阻R与滑动变阻器串联,电压表测滑动变阻器两端的电压,电流表测电路中的电流。(1)若滑片P向左移动,接入电路中的电流变小,电路中的总电阻变小,由I=可知,电路中的电流变大,即电流表的示数变大,故A错误;(2)由R=可知,电压表与电流表的示数比值等于滑动变阻器接入电路中电阻,则滑片移动时,滑动变阻器接入电路中的电阻发生变化,电压表与电流表的示数比值变化,故B错误;(3)当电流表的示数I大=0.6A时,滑动变阻器接入电路中的电阻最小,定值电阻的功率最大,此时电路中的总电阻:R总=7.5,因串联电路中总电阻等于各
22、分电阻之和,所以,滑动变阻器接入电路中的最小阻值:R滑小=R总R=7.55=2.5,定值电阻消耗的最大功率:PR大=I大2R=(0.6A)25=1.8W;当电压表的示数U滑=3V时,电路中的电流最小,滑动变阻器接入电路中的电阻最大,定值电阻的电功率最小,因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,R两端的电压:UR=UU滑=4.5V3V=1.5V,因串联电路中各处的电流相等,所以,电路中的电流:I小=0.3A,故电流表的变化范围是0.3A0.6A。滑动变阻器接入电路中的最大阻值:R滑大=10,则滑动变阻器的阻值变化范围为2.510,故C错误,D正确;故选D。3(2018贵阳)如图所示电路,电源电
23、压不变。闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P至某位置时,电流表的示数为I1;移动滑片P至另一位置时,电流表的示数为I2,电压表示数为1V若I1:I2=4:3,前后两次滑动变阻器的阻值之比为2:3,则电源电压为V。【解析】由图知,两电阻串联,电压表测R两端电压,电流表测电路中电流,若前后两次滑动变阻器的阻值分别为R1、R2,则: =,即:R1=R2,根据串联电路特点和欧姆定律有:I1=,I2=,则: =,化简可得: =,当移动滑片P至另一位置时,电流表的示数为I2,电压表示数为1V,即:UR=1V,串联电路中电流处处相等,由欧姆定律有: =,所以U2=UR=3UR=31V=3V所以电源电压:U=U
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