中考物理《變化電路問題》歸類例析.zip
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有關變化電路(因某種原因而發生變化的電路)的問題,主要涉及電路的物理量如何變化、變化了多少、變化范圍以及相關量之間的變化關系等,是中考的常考點,著重考查綜合運用所學知識分析解決實際問題的能力,一般具有一定的難度和區分度,失分率較高。解答變化電路問題,需要熟練掌握串并聯電路的規律、歐姆定律、電功、電功率等相關知識和必要的方法技巧,抓住電路中的不變因素及變化因素,從相關量之間的關系入手,分析確定物理量的變化情況。現將有關變化電路的考題予以整合歸類,以供復習備考參考。
一、最值
求變化電路中有關物理量的最大值或最小值。在一定條件(受其他因素或相關量的影響和制約)下,變化電路中的一些物理量往往會出現最值。
變化電路中的最值,要弄清電路變化的原因,從與之相關量之間的關系入手,利用限制條件,應用相關知識,分析確定最小值與最大值。一般情況下:
(1)在用電器與可變電阻串聯的電路中,電流處處相等;可變電阻最大時,總電阻最大,電流最小,可變電阻兩端電壓最大,用電器兩端電壓最小;由 可知, 與 成正比,可變電阻最大時,其功率最大,而用電器的功率最小,電路的總功率最大。
(2)在用電器與可變電阻并聯的電路中,各支路兩端電壓相等;電阻大的支路,電流小;由 可知, 與 成反比,可變電阻最大時,其功率最小,而用電器的功率不變,電路的總功率最小。
(3)抓住不變量(電源電壓、定值電阻的阻值)和相同量(串聯電路電流相等、并聯支路兩端電壓相等),利用相關知識建立等量關系式,是求解最值問題的重要而又便捷的方法。
(4)考慮電路安全時,電流、電壓、電功率的最值均受到電表量程或元件規格的制約,此時要結合實際情況綜合分析,利用限制條件確定變化電路中相關量的最大值或最小值。串聯電路中的最大電流,應為各元件允許通過最大電流中的最小值;并聯電路兩端的最大電壓,應為各元件允許加的最大電壓中的最小值。
例1 圖1甲為一個超聲波加濕器,圖1乙為其內部濕度監測裝置的簡化電路圖。已知電源電壓為12 V,定值電阻 的阻值為30 Ω,電流表的量程為0~200 mA,電壓表的量程為0~9 V。濕敏電阻 的阻值隨濕度RH變化的關系圖象如圖1丙所示,其阻值最大為120 Ω(圖中未畫出)。則在電路安全工作的前提下,計算可得出( )
A. 的電流最小值為80 mA
B. 的電功率最大值為0.9 W
C. 的電功率最小值為0.3 W
D.裝置能藍瀏濕度最大值為90%
解析:由圖乙可知, 與 串聯,電流表測電路電流,電壓表測 兩端電壓。
由電表量程可知,電路中的電流最大為200 mA, 兩端的電壓最大為9V。當 接入電路的阻值最大為120 Ω時,電路的電流最小, 的電流最小值:
此時, 兩端電壓:
可見,此時 兩端電壓超過了電壓表的量程,故電路中的最小電流不能為80 mA。
由歐姆定律可知,電路中的電流:
的電功率:
由此式可知,當 時, 最大,則 的電功率最大值:
由串聯電路的分壓原理可知,當 兩端電壓最大為9V時, 兩端電壓最小,電路中的電流最小, 的電功率最小。
電流的最小值:
的電功率最小值:
當 兩端電壓最大為9V時, 接入電路中的最大阻值:
由圖丙可知,該裝置能監測濕度最大值為80%。答案為C。
例2 如圖2所示,電源電壓不變,燈泡L上標有“4V 2W”字樣, 的阻值為16Ω。
當開關S1、S2斷開,S3閉合,滑片從b端滑到某一位置時,滑動變阻器 接入電路的電阻減小了8Ω,此過程中電壓表的示數由3.2 V變為4V。則:
(1)燈泡的電阻為 Ω;燈泡正常工作時的電流為 A。
(2)電源電壓和滑動變姐器的最大阻值各為多少?(不考慮溫度對燈絲電阻的影響)
(3)當S1、S2閉合,S3斷開時,電路的最小功率是多少?(符合電路操作規范要求)
解析:(1)由 可知,燈泡L的電阻:
。
由 可知,燈泡正常工作時的電流:
。
(2)當開關S1、S2斷開,S3閉合時,L、 和 串聯,電壓表測L兩端電壓。當滑片P從b端滑到某一位置時,電壓表的示數由3.2 V變為4V,故滑片P在b端時電壓表的示數為 。則:
即 ①
當滑片P在某一位置時電壓表的示數為4V,此時燈泡兩端的實際電壓為 ,燈泡正常發光, 減小了8Ω,則:
即 ②
聯立①②式解得: , 。
(3)當S1、S2閉合,S3斷開時, 和 并聯。變阻器接入電路中的電阻最大時,電路的總功率最小。
電路的最小功率: 。
二、變化量
求變化電路中有關物理量的變化量(變化了多少)。
變化電路中的變化量,是由其大小變化過程中的最小值與最大值決定的。要弄清電路變化的原因,從變化量與不變量、相同量之間的關系入手,求出變化過程中物理量的最值,確定其變化量。
例3 圖3所示的電路中,電源電壓不變, 為定值電阻, 為滑動變阻器(a、b為其兩端點)。閉合開關S,當滑片P在某一端點時,電流表示數為0.1 A, 消耗的電功率為1W;當滑片P移至某一位置時,電流表示數為0.3 A, 消耗的電功率為1.8 W。則當滑片P從a移到b的過程中( )
A.電流表示數變化了0.6 A
B.電壓表示數變化了4V
C. 的電功率變化了5W
D.電路的總功率變化了6W
解析:由圖3可知, 與 串聯,電流表測電路中的電流,電壓表測 兩端電壓。
由歐姆定律 和電流表的兩次示數可知,電流表示數為0.1 A時,電路中的電流最小,電阻最大,故此時滑片P在b端。
由 可得,滑動變阻器的最大阻值:
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