动态电路分析（解析版）

决胜中考2019物理分类命题解密专题八动态电路分析（解析卷）动态电路分析是初中物理电学中的重点内容。动态电路分析只涉及到串并联电路（电源电压保持不变）。所谓动态电路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，进而改变电路中的总电阻、电流、电压的大小。中考物理中，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电学物理量的变化；（2）开关的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化；（3）其他电学量发生变化或客观因素引起电路中电学物理量的变化。一、分析电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；所给的电表是测量干路的电流（或电压）还是支路中的电流（或电压）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：①由某个电阻或开头的变化分析总电阻的变化（局部）；②根据欧姆定律，由总电阻的变化分析总电流的变化（整体）；③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）。一、电路1.定义：用导线将电源、用电器、开关连接起来组成的电流路径叫电路。常见的电路状态有：通路、开路、短路。2.电路串联：把元件逐个顺次连接起来的电路叫串联；电路中只有一条电流路径，一处段开所有用电器都停止工作。3.电路并联：把元件并列的连接起来的电路；电路中的电流路径至少有两条，各支路中的元件独立工作，互不影响。如：家庭中所有用电器的连接都是并联。4.识别电路串、并联的常用方法⑴电流分析法：在识别电路时，电流：电源正极→各用电器→电源负极，若途中不分流用电器串联；若电流在某一处分流，每条支路只有一个用电器，这些用电器并联；若每条支路不只一个用电器，这时电路有串有并，叫混联电路。⑵断开法：去掉任意一个用电器，若另一个用电器也不工作，则这两个用电器串联；若另一个用电器不受影响仍然工作则这两个用电器为并联。⑶节点法：在识别电路时，不论导线有多长，只要其间没有用电器或电源，则导线的两端点都可看成同一点，从而找出各用电器的共同点。二、电路中电流与电压1.电流⑴串联电路中电流特点：电路中各处电流都相等；表达式为：I=I1=I2=…=In。⑵并联电路中电流特点：在并联电路中，干路中的电流等于各支路电流之和。表达式为：I=I1+I2+…+In。2.电压（1）串联电路中，各用电器两端电压相加等于干路总电压。（2）并联电路中，各用电器两端电压都相等。3.电阻（1）并联电路中的总电阻比并联的每个电阻都小。（2）在任何一个电路（无论该电路是串联还是并联或两者皆有）中，总电阻随电路中某一个电阻的增大而增大，随某一个电阻的减小而减小。一、滑动变阻器阻值变化动态分析【典例1】（2018·泰安）如图所示，电源电压保持6V不变，电流表量程为0~0.6A，电压表量程为0~3V，定值电阻R1的规格为“10Ω、0.5A”，滑动变阻器R2的规格为“20Ω、1A”。闭合开关，为了保证电路安全，在变阻器滑片移动过程中，下列说法正确的是（）。①电阻R1消耗电功率允许的变化范围为0.4W~0.9W；②电流表示数允许的变化范围为0.2A~0.5A；③滑动变阻器R2允许接入电路阻值的变化范围为10Ω~20Ω；④电路消耗总电功率允许的变化范围为1.8W~3WA．只有①和③B．只有①和④C．只有②和③D．只有②和④【解析】由图知，定值电阻和滑动变阻器串联，电流表测量电路电流，电压表测量定值电阻两端电压。①已知电流表选择的量程和定值电阻规格，可以确定电路最大电流；已知电压表选择的量程，可以确定定值电阻两端最大电压；电路电流最大时，定值电阻消耗的功率最大；电路电流最小﹣﹣总电阻最大时，消耗的功率最小。据此确定定值电阻消耗功率的变化范围及电路电流变化范围；②电路电流最大时，滑动变阻器接入电路电阻最小；电流最小时，滑动变阻器接入电路电阻最大。据此确定滑动变阻器接入电路电阻范围；③已知电源电压和电路最大、最小电流，利用公式P=UI确定电路消耗的总功率的变化范围。【解答】①、电压表示数为3V时，电路电流为I1===0.3A；而电流表选择的是0﹣0.6A量程，所以电路最大电流为I=0.3A。此时R1消耗的功率为P1最大=U1I1=3V×0.3A=0.9W；当滑动变阻器全部串联在电路中时，R=R1+R2=10Ω+20Ω=30Ω，此时电路电流为I′===0.2A，此时R1消耗的功率为P1最小=I′2R1=（0.2A）2×10Ω=0.4W。所以阻R1消耗功率允许的变化范围为0.4W～0.9W．选项①正确；②、由上知，电流表示数允许的变化范围为0.2A～0.3A．选项②错误；③、当电路电流最大为I=0.3A时，电路总电阻为R最小===20Ω，所以滑动变阻器接入电路电阻为R2最小=R﹣R1=20Ω﹣10Ω=10Ω。所以R2接入电路的阻值允许变化范围为10Ω～20Ω．选项③正确；④、整个电路消耗的最小功率为P总小=UI最小=6V×0.2A=1.2W；最大功率为P总大=UI最大=6V×0.3A=1.8W。所以电路消耗总功率允许的变化范围为1.2W～1.8W．选项④错误。故选A。二、开关闭合、断开动态分析【典例2】（2018•枣庄）如图所示，电源电压保持12V不变，小灯泡L上标有“6V、3W”字样，滑动变阻器最大电阻值R=48Ω，闭合开关，若不考虑灯丝电阻随温度的变化，下列说法正确的是（）。A．要使电压表的示数增大1V，小灯泡L两端的电压就会减小1V；B．小灯泡L的最小实际电功率为0.6W；C．当滑片P移到变阻器的中点时，小灯泡L正常发光；D．当滑片P移到最右端时，通电10s滑动变阻器消耗的电能是19.2J【解析】由电路图可知，闭合开关后，滑动变阻器R与灯泡L串联，电压表测灯泡L两端的电压。（1）电压表示数的变化和灯泡两端的电压变化相同；（2）知道灯泡的额定电压和额定功率，根据P=UI=求出灯泡的电阻，当滑片P移到最右端时，接入电路中的电阻最大，电路中的电流最小，小灯泡的实际功率最小，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的最小电流，利用P=I2R求出小灯泡L的最小实际电功率，再利用W=UIt=I2Rt求出通电10s滑动变阻器消耗的电能；（3）当滑片P移到变阻器的中点时，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流，利用P=I2R求出小灯泡L的实际功率，然后与灯泡的额定功率相比较确定是否正常发光。【解答】由电路图可知，闭合开关后，滑动变阻器R与灯泡L串联，电压表测灯泡L两端的电压。（1）由电压表测灯泡L两端的电压可知，电压表的示数增大1V，小灯泡L两端的电压就会增大1V，故A错误；（2）由P=UI=可得，灯泡的电阻：RL===12Ω，当滑片P移到最右端时，接入电路中的电阻最大，电路中的电流最小，小灯泡的实际功率最小，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电路中的最小电流：I===0.2A，则小灯泡L的最小实际电功率：PL小=I2RL=（0.2A）2×12Ω=0.48W，故B错误；通电10s滑动变阻器消耗的电能：WR=I2Rt=（0.2A）2×48Ω×10s=19.2J，故D正确；（3）当滑片P移到变阻器的中点时，电路中的电流：I′===A，此时灯泡的实际功率：PL′=（I′）2RL=（A）2×12Ω≈1.33W＜3W，所以，此时灯泡不能正常发光，故C错误。故选D。三、其他变化动态分析【典例3】（2018•玉林）如图所示，电源电压为10V，电路消耗的最大功率为10W。若只闭合S1时，电流表的示数为I1，R1消耗的功率为P1；只闭合S2时，电流表的示数为I2，电路消耗的功率为P2；且R1：R2=2：1，P1：P2=4：9，则R=Ω，I1：I2=。【解析】（1）由电路图可知，只闭合S时，电路为R的简单电路，此时电路中的总电阻最小，电路中的总功率最大，根据P=UI=求出电阻R的阻值；（2）由电路图可知，只闭合S1时，R1与R串联，电流表测电路中的电流I1；只闭合S2时，R2与R串联，电流表测电路中的电流I2，根据电压一定时电流与电阻成反比结合R1：R2=2：1表示出两种情况下电路中的电流之比，根据P=I2R表示出P1和P2的比值结合P1：P2=4：9得出等式，然后联立等式即可求出R2的阻值，进一步求出I1：I2的值。【解答】（1）由题知，电源电压为10V，电路消耗的最大功率为10W，由电路图可知，只闭合S时，电路为R的简单电路，此时电路中的总电阻最小，电路中的总功率最大，由P=UI=可得，电阻R的阻值：R===10Ω；（2）由电路图可知，只闭合S1时，R1与R串联，电流表测电路中的电流I1，只闭合S2时，R2与R串联，电流表测电路中的电流I2，因电源的电压一定时，电路中的电流与总电阻成反比，且R1：R2=2：1（即R1=2R2），所以，==，因P1：P2=4：9，所以，由P=I2R可得：==（）2×=（）2×==，整理可得：R22+10R2﹣200Ω2=0，解得：R2=10Ω，R2=﹣20Ω（舍去），则===。故答案为：10；2：3。一、滑动变阻器阻值变化动态分析1.（2018•泸州）如图所示的电路，电源电压恒为9V，电压表量程为0～6V，滑动变阻器R的规格为30Ω、1A”，灯泡L标有“6V3W“字样。闭合开关S，滑动变阻器的滑片P移动时，要求两电表示数均不超过所选量程，灯泡两端的电压不超过额定值，不考虑灯丝电阻变化，在全部满足以上条件的情况下，电流表的量程应选最恰当（选填“0～0.6A”或“0﹣3A“），滑动变阻器接人电路中的最小阻值应为Ω；电路中电流的最小值应为A。【解析】由电路图可知，灯泡L与滑动变阻器R串联，电压表测R两端的电压，电流表测电路中的电流。（1）根据P=UI求出灯泡的额定电流，然后与滑动变阻器允许通过的最大电流相比较确定电路中的最大电流，据此确定电流表的量程，此时滑动变阻器接入电路中的电阻最小，根据欧姆定律求出灯泡的电阻和电路的总电阻，利用电阻的串联求出滑动变阻器接入电路的最小阻值；（2）由串联电路的分压特点可知，当电压表的示数最大时电路中的电流最小，根据串联电路的电压特点求出灯泡两端的电压，根据串联电路的电流特点和欧姆定律求出电路中的最小电流。【解答】由电路图可知，灯泡L与滑动变阻器R串联，电压表测R两端的电压，电流表测电路中的电流。因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，此时灯泡两端的电压：UL′=U﹣UR=9V﹣6V=3V，则电路中的最小电流：I小===0.25A。故答案为：0～0.6A；6；0.25。2．（2018•广安）如图所示的电路，闭合开关后，当滑片P向右移动时，下列说法正确的是（）。A．灯泡L变暗B．电压表示数变小C．电流表A1示数变大D．整个电路消耗的总功率变小【解析】由电路图可知，灯泡L与电阻R并联，电压表测电源的电压，电流表A1测干路电流，电流表A2测L支路的电流，根据电源的电压可知滑片移动时电压表示数的变化，根据并联电路中各支路独立工作、互不影响可知滑片移动时通过L的电流和实际功率不变，根据滑片的移动可知接入电路中电阻的变化，根据欧姆定律可知通过R的电流变化，根据并联电路的电流特点可知干路电流的变化，根据P=UI可知电路总功率的变化。【解答】由电路图可知，灯泡L与滑动变阻器R并联，电压表V测电源的电压，电流表A1测干路电流，故选D。3.（2018·十堰）如图所示电路，电源电压为保持不变，电流表的量程为，电压表的量程为，灯泡L的规格为“6V、3W”，滑动变阻器的规格为“”，闭合开关后，不考虑灯丝电阻的变化，在电路安全的前提下，将滑