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电路中的动态分析

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  在电路中,电阻的变化引起电压、电流及功率的变化,这种变化称为电路的动态变化。电路的动态变化中,电阻的变化是因,电压、电流及功率的变化是果。在分析中只要抓住电阻这个因,是不难得出果的。但由于电路动态分析过程中头绪多,易混乱,如果不注意方法,既不容易分析,又容易出错。现给出几种方法供大家参考。

  一、干路电流、路端电压分析法

  由变阻器电阻的变化分析总结电阻的变化情况,结合闭合电路欧姆定律确定干路电流变化,再根据部分电路欧姆定律确定路端电压变化,最后结合具体的支路再逐步分析。

  例1.如图1所示,设电源电动势为ε,图1

  内阻为r,当滑动变阻器R3的滑动端向左移动时,图中各电表读数的变化情况是,V0,V1,V2,A1,A2,A3(填变大变小或不变)。

  分析:当滑片p向左移动时变阻器R3的有效阻值减小,引起R外变小,从而使R总=R外+r也变小,由I=ε/R总知,干路电流变大,故A1变大。由U路=ε-Ir知路端电压变小,故V0变小。对R1,由部分电路欧姆定律U1=I1R1=IR1知,U1变大,故V1变大。对于R2、R3构成的并联电路,由U2=U路-U1知,U2变小,故V2变小。对R2支路,由I2=U2/R2知,I2变小,故A2变小。对R3支路,由I3=I-I2知,I3变大,故A3变大。

  二、等效电源法

  图2

  例2.如图2所示的电路中,当可变电阻R的阻值增大时:(1)AB两点间电压U增大;(2)AB两点间电压U减小,通过R的电流I增大;(3)通过R的电流I减小;(4)通过R的电流I不变。

  分析:把电池组、R1和R2看作一个等效电源,则AB为等效电源的输出端,AB两点间的电压U为输出电压,可变电阻R的阻值增大时,等效电源的路端电压增大,通过负载R的电流减小。故应选(1),(4)。此题用第一种方法分析可得同样结果,但要繁琐得多。通过以上分析可知,引入等效电源法,可收到化繁为简,化难为易的作用。

  三、极限分析法

  图3

  例3.如图3所示,当滑动头P向右移动时,四盏灯亮暗变化正确的是()

  A.L1、L2、L3变暗

  B.L3、L4变亮,L1、L2变暗

  C.L2、L4变亮,L1、L3变暗

  D.L3变暗,L2、L4变亮,L1不变

  分析:变阻器滑动头P向右移时,可设想P移动到最右端,则RP=0,I1=0,L1变暗。对L2,可把L3、L4及电池看作一个等效电源,L1、变阻器、L2为负载,当RP变到0时,R外变小,由I=ε/(R外+r)知I2变大,由P2=I22R2,可知L2变亮。对L3,把L4与电池等效为等效电源,L1、L2、L3及变阻器为负载。当RP变为0时,R外变小,由I=ε/(R外+r)知I变大,由知U3=ε-IR知U3变小,再由P3=U32/R3可得P3变小,故L3变暗。对L4,同理知R外变小,由I=ε/(R外+r)知I变大,由P4=I2R4知P4变大,故L4变亮。由以上分析可知答案C正确。

  极限分析法就是使变化的量变到极端(最大或最小),从而使问题凸显出来,使思路更加清晰。

  四、“串反并同”法

  所谓“串反并同”就是与可变电阻是串联关系的,它的电压、电流、功率的变化与可变电阻的阻值变化情况相反。与可变电阻是并联关系的,电压、电流、功率的变化与可变电阻的阻值变化情况相同。

  在应用“串反并同”时要确定好基准电阻,以及待分析元件与基准电阻间的串、并联关系。

  综合以上几种分析方法,其中“干路电流、路端电压分析法”是几种方法中最基本的一种方法,利用这种方法对于基础知识的应用的巩固帮助非常大;而“等效电源法”则体现了对闭和电路欧姆定律的灵活应用,特别是对电源的概念的理解要求比较高;“极限分析法”是物理学中最常用的一种思维模式,对这种方法的应用对思维能力要求是比较高的;“串反并同”是一种口诀式的方法,在繁难问题中有其独特的作用,灵活的应用往往可以起到化繁为简的功效。对以上几种方法灵活使用,就能既巩固基础知识,又能较好锻炼能力。同时比较好的解决了电路分析中的疑难问题

  (作者单位:河南省巩义市第一高级中学)


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