初中物理动态电路及电路故障分析专题

初中物理动态电路及电路故障分析专题电路动态分析和电路故障分析题是初中学生物理学习过程中的一个难点，也是每年中考考查的热点之一，其原因是这两类题目对学生有较高的综合分析能力要求。在中考备考过程中，将这两类分析题整合成一个专题进行复习，既有利于加深学生对动态电路和欧姆定律的理解，又可以提高学生的综合分析能力，提高复习的效率。我根据几年的备考经验，在中考复习中，以电路动态分析作为主线，将电路故障作为电路动态变化的一个原因，整理出动态电路和电路故障的几个类型，并加以分析，以期对参加中考的同学有所帮助。一、历年中考回顾（玉溪市2010）5．如图2所示，电源电压保持不变，闭合开关后，当滑动变阻器的滑片由左向右移动时，下列判断正确的是A．电路消耗的总功率不变B．电压表示数变大C．小灯泡变暗D．以上说法都不对图2（玉溪市2010）25．(8分)如图20所示，是一种自动测定油箱内油面高度的装置。是滑动变阻器，它的金属片是杠杆的一端，是阻值为12的定值电阻，电流表量程为0—0.6A，电源电压为6V，由油量表（用电流表改装）的指针指示的刻度就可知油箱内油的多少。求：(1)定值电阻的主要作用。(2)当油量表的指针指在刻度盘中央时，滑动变阻器消耗的功率是多少？(3)能否将电压表接入这个电路？为什么？R′R油量表浮标图20（玉溪市2011）23．（8分）如图17为“伏安法”测小灯泡电阻的电路图。滑动变阻器R的阻值调节范围为0～20Ω，电源电压不变。当滑片P置于变阻器的中点时，小灯泡正常发光，电流表示数为0.3A，电压表示数为3V。求：（1）小灯泡的阻值。（2）电源电压是多少？（3）当滑片P滑至变阻器最右端时，小灯泡的实际功率。AVRP图17（玉溪市2012）8．如图3所示，电源电压保持不变，当S闭合，滑动变阻器的滑片向左移动时，电流表和电压表的示数变化是()A．电流表的示数变大，电压表的示数变大B．电流表的示数变大，电压表的示数变小C．电流表的示数变小，电压表的示数变大D．电流表的示数变小，电压表的示数变小图3（玉溪市2012）26．（9分）小玲研究了市场上销售的家庭用饮水机的内部电路图，发现电路主要有两种，并且都有保温和加热两种工作状态，如图17中甲、乙所示。若两种饮水机在220V电压下正常工作，加热时每个电路消耗的总功率均为550W，保温时每个电路消耗的总功率均为50W。试问：（1）当闭合甲图中的开关S1，断开乙图中的开关S2时，甲、乙两电路分别处于什么工作状态？（2）甲图饮水机处于保温状态时，5min内消耗的电能是多少？（3）乙图饮水机中电阻R4的阻值是多少？甲图17乙(云南省2013）26．（9分）如图15所示为一恒温箱温控电路，包括工作电路和控制电路两部分。R为热敏电阻（置于恒温箱内），阻值随温度变化的关系如图16所示。恒温箱温控电路工作原理是：加热过程中，恒温箱温度升高到一定值时，控制电路中电流会达到一定值，继电器的衔铁被吸合，工作电路停止加热。（1）图中所示状态，电路处于加热还是未加热？（2）恒温箱的温度为100℃时，继电器线圈中的电流达到20mA，衔铁被吸合，此时热敏电阻R消耗的功率是多少？（3）电阻有什么作用？图15220V热敏电阻电热丝(云南省2014）17．如图5所示的电路，闭合开关S，滑动变阻器滑片向左移动时，灯泡亮度会_______（选填“变亮”、“变暗”或“不变”），电压表示数会_______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。(云南省2015）25．（8分）如图18所示，电源电压6V恒定不变，灯泡L标有“6V3W”字样，滑动变阻器的阻值范围是0~20Ω。求：（1）小灯泡的电阻；（2）S、S1都闭合时滑动变阻器两端的电压；（3）S闭合、S1断开时电路消耗的最小功率。二、复习目标1．会分析滑动变阻器的滑片P的位置变化引起电路中电学物理量的变化；2．会分析开关的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化；3．会判断两种基本的电路故障（断路和短路）。三、知识储备1．串联电路中，其中一个电阻的阻值变大时，它的总电阻将变（大或小）；并联电路中，其中一个电阻的阻值变大时，它的总电阻将变（大或小）。2．串联电路是分压电路，电阻越大的，分的电压越（多或少）；并联电路是分流电路，电阻越大的分的电流越（多或少）。3．由公式I=U/R得，当电压不变时，电阻越大，电流就越（大或小）；由公式U=IR得，通过电阻的电流越大，它两端的电压也越（大或小）。4．是断路；短路。5．电流表的特点是电阻很（大或小），通常相当于；电压表的特点是电阻很（大或小），通常相当于。四、典型例题（一）、滑动变阻器的滑片P的位置变化引起电路中电学物理量的变化1．串联电路中滑动变阻器的滑片P的位置变化引起的变化【例1】如图，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，请你判断电流表和电压表的示数变化。分析：P右移，R2变大，R总变大，I变小（电流表示数变小）；R1不变，IR1变小，U1变小（电压表示数变小）。判断电压表的变化还可以根据串联电路的分压原理来分析：R2变大，U2变大，U1变小（电压表示数变小）。【变式1】如图，当滑片P向左移动时，电流表和电压表示数将如何变化。【例2】如图，当闭合开关后，滑动变阻器的滑动片P向右移动时（）A．电流表示数变大，灯变暗B．电流表示数变小，灯变亮C．电压表示数不变，灯变亮D．电压表示数不变，灯变暗分析：将电流表等效为一根导线，可以看到电压表直接测量电源电压，因此当滑动变阻器的滑动片P向右移动时，电压表的示数将不会变化；而电阻R的阻值变大，小灯泡的电阻RL不变（在初中阶段，小灯泡的电阻由温度的变化引起的变化往往忽略不计），因此总电阻变大，电流变小，即电流表示数变小。从串联电路的分压角度分析，小灯泡两端的电压也将变小，小灯泡的功率P=UIL也将变小，所以小灯的发光将变暗。本题正确答案为D。【变式2】如图，当闭合开关后，滑动变阻器的滑动片P向右移动时（）A．电压表示数变大，灯变暗B．电压表示数变小，灯变亮C．电流表示数变小，灯变亮D．电流表示数不变，灯变暗C2．并联电路中滑动变阻器的滑片P的位置变化引起的变化【例3】如图，当滑片P向右移动时，A1表、A2表和V表示数将如何变化？分析：首先要确定电路的类型，此电路属于串联电路还是并联电路。我们可以将电流表简化成导线，将电压表简化成断开的开关或直接去掉。此时可以容易地看出，这是一个并联电路。并联电路各支路两端电压相等，等于电源电压，故电压表V示数不变。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示数不变。滑片P右移，R2变大，两端电压不变，故电流变小，干路中电流也随之变小，所以A2示数也会变小。【变式3】如图，当滑片P向右移动时，A1表、A2表和V表示数将如何变化？（二）、开关的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化1．串联电路中开关的断开或闭合引起的变化【例4】在如图所示的电路中，将开关S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：在开关未闭合前，两个电阻组成串联电路。电压表测量R1两端的电压，开关S闭合后，电阻R2被短路，电压表变成测量电源两端的电压了，因此电压表的示数将变大。在开关闭合前，电流表测量的是串联电路的电流值，由于此时电阻较大，故电流较小；开关S闭合后，电阻R2被短路，电路中的电阻只有R1了，因此电流表的示数将变大。【变式4】在如图所示的电路中，当开关S断开时，电阻R1与R2是的。开关S闭合时，电压表的示数将（选填“变小”、“不变”或“变大”）。串联变小2．并联电路中开关的断开或闭合引起的变化【例5】如图，灯泡L1和灯泡L2是____联连接的。当开关S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，所以开关闭合时，电流表的示数从0变到有读数，应该选填“增大”。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5】在图所示的电路中，R1的阻值为10Ω，只闭合开关S1时电流表的示数为0.3A，再闭合开关S2后，电流表的示数为0.45A，则R2的阻值为Ω20（三）、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】在图中，当开关S闭合后，两只小灯泡发光，电压表示数为4伏。过了一会，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，有三种原因：（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。由经检查除小灯泡外其余器材的连接良好，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6】在如图所示的电路中，电源电压等于6伏，闭合开关后电压表示数为6伏。经分析得出，电路中可能发生的情况是：。R断路或L短路【例7】在如图所示的电路中，电源电压不变。闭合开关S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7】在图所示的电路中，电源电压不变。闭合开关S，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C五、动态电路与电路故障分析题复习策略1．学会正确分析电路图。首先要让学生养成分析电路图的习惯，无论是静态电路还是动态电路，都要求学生能够独立分析题目给出的电路图中，各个用电器之间是串联还是并联。具体的方法是把电流表简化成导线，将电压表简化成断开的开关或直接去掉，把闭合的开关看成导线，把被短路的用电器拿掉，把开关断开的支路去掉，从而简化电路。经过电路简化后，电路中基本只出现电源、用电器，电路显得比较简单，把刚才去掉的电表复原上去，明确电压表和电流表分别测量那个用电器的电压和电流。2．熟练掌握欧姆定律的运用，尤其是要分析好电路中局部和整体的关系。欧姆定律是解决动态电路的金钥匙，也是电学的基本定律。在动态电路中一般情况下电源的电压都是不变的，滑动变阻器滑片的变化或开关的通断，必然会引起电路中电流的变化，解题思路是先局部-再整体-再局部，先由某个电阻或开关的变化分析总电阻的变化，在利用欧姆定律分析整个电路中电流的变化情况，然后具体分析每一个用电器的电流电压变化情况。3．动态电路中涉及的用电器不止一个，所以要熟练掌握串并联电路中电压、电流及电阻的规律。4．理解好断路和短路。很多学生遇到电路故障问题就头痛，原因就是没有理解好怎样才是短路，以及短路对整个电路的影响。所以要想学好电学这部分内容还得深刻理解短路这个概念。总之，无论在日常教学还是在中考复习过程中，都应该加深学生对概念的理解和知识的梳理，深化学生对物理规律的运用，加强学生解题能力的指导和良好解题习惯的培养，以提高学生的综合分析能力。