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中考物理总复习|电学计算压轴题解题基本功:动态分析

时间:2024-01-12 19:56:37

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中考物理总复习|电学计算压轴题解题基本功:动态分析

中考越来越近,而上海的中考其实早已开始,上海的中考分为提前的自主招生和最后的统一中考。今年上海的自招安排在了三月的最后两个星期的周末。随着上周许多市重点学校自招落下帷幕,许多学生已经签下了自己心仪的学校,接下来只需要在最后的中考中总分超过市重点划的控制线即可。然后,还有许多学生没有被学校选中,接下来的时间里自然压力会比较大,大家要继续加油,好好利用最后的两个月的时间,查漏补缺,补齐短板,在最终的中考中考出优异成绩,一样可以进入自己心中的名校!

一、串联电路动态分析

动态分析的题目不仅会以选择题,填空题的形式出现,在计算中其实常常需要大家能通过动态分析解决一些问题。例如下面这道计算题:

( 杨浦二模第26题)在如图(a)所示电路中,电源电压为 18 伏,R1为定值 电阻,R2为滑动变阻器。电流表和电压表的表盘如图(b)、(c)所示。

①当电路中电流为 0.5 安时,求接入电路的总电阻值。 ②在不损坏电路元件的情况下,最大范围移动滑动变阻器的滑片,电流表的示数变化范围为 0.2 安~0.9 安;用定值电阻 R0替换 R1后,最大范围移动滑动变阻器的滑片,电流表的示数变化范围为 0.6 安~1.2 安。求该滑动变阻器R2的规格以及定值电阻 R1、R0的阻值,并写出计算过程。 滑动变阻器 R2的规格为“________欧________安”; 定值电阻的阻值 R1=________欧;R0=________欧。

这道题第一问比较简单①R=U/I=18 伏/0.5 安=36 欧 直接代公式即可

第二问需要大家需思考为什么移动滑片的时候电流表示数会有最大值和最小值,然利用动态分析去分析电流取到最大值或者最小值的时的原因是什么,

当 I=0.9 安是电阻为R1时的最大电流,为什么呢?是因为滑动变阻器的限流吗?经过分析我们发现第二次将R1更换为R0以后最大电流可以达到1.2安,所以可以判断不是被滑动变阻器限流,那么为什么电流不能继续增大(其实是滑动变阻器不能继续减小了)呢,很明显是因为滑动变阻器已经阻值等于零,滑片滑到最左端了,此时R1电压就是电源电压,R1=U/I=18 伏/0.9 安=20 欧 ;

那么,当 I=0.2 安时电路电流最小,电阻最大,滑片向右滑动,此时可以计算出总电阻的最大值 R=U/I=18 伏/0.2 安=90 欧,此时滑动变阻器最大阻值 R2=R-R1=90 欧-20 欧=70 欧;问题又来了,这个70欧是不是滑动变阻器的最大阻值呢?其实也可以计算一下此时滑动变阻器的电压,发现是小于15伏的。那么为什么不能继续增大滑动变阻器电阻,让电流更小一些呢?很明显,滑动变阻器阻值已经是最大了!

更换R0电阻后,当 I=0.6 安, R=U/I=18 伏/0.6 安=30 欧<70 欧,说明R2没有滑动到最大阻值70欧,为什么呢?因为向右滑动变阻器滑动变阻器电压增大,会超过电压表量程。可见R2的电压是15伏,所以此时R2=U2/I=15 伏/0.6 安=25 欧 ,R0=R-R2=30 欧-25 欧=5 欧 ;当 I=1.2 安时,因为此时 R=U/I=18 伏/1.2 安=15 欧,而 R2=R-R1=15 欧-5 欧=10 欧>0 可见R2并没有滑动到最左端,原因是因为此时的电流已经达到了滑动变阻器的限流,即I2 最大=1.2 安 。

其实,在这个题目中涉及到一个最基本的串联电路动态分析的基本技能,同学们一定要掌握这个基础知识点。

串联电路动态分析基本知识

如上图所示,当滑动变阻器滑片向右移动时(左图),R2阻值增大,那么其电压也相应增大,这个时候限制滑片向右滑动的因素只有两个,一个是电压表的量程,R2电压不能超过其最大量程。另外就是受滑动变阻器自身最大阻值的限制,比如已经滑动到最右端了,R2阻值仍然没有超过15伏,所以在题目中就是用这个办法判断滑动变阻器的最大阻值的。

当滑片向左移动时(右图),滑动变阻器电阻减小,总电阻减小,所以电流增大。那么此时限制滑动变阻器向左滑动的因素有三个,一个是电流表限流,不可超过量程,另外就是滑动变阻器的电流限制,不可超过滑动变阻器允许通过的最大电流,最后就是如果滑动变阻器电阻已经为零了,滑片滑动到最左端了,电流仍然未超过电流表和滑动变阻器的限流,那么此时也就是最大电流的时候了。上面题目就是这样的情况!

二、并联电路动态分析

并联电路的动态分析相对简单一些,因为一般情况会有一条支路是定值电阻,它的电阻电压和电流都是不变的。

(普陀二模第21题)在 如图(a)所示的电路中,电源电压为15伏且保持不变,电阻R1的阻值为30欧。闭合电键S,电流表的示数如图(b)所示。 ① 求通过电阻R1的电流I1。 ② 求电阻R2的阻值。 ③ 现用标有“20Ω 2Α”字样的滑动变阻器R0替换电阻R1或R2中的一个,请在不损坏电路元件的情况下,通过移动滑片P,使电路的功率变化范围最大,并求出此范围。

对于这样的并联电路大家要知道,干路电流的变流变化量是等于支路电流的变化量的。这道题想要干路电流变化最大,那么我们就让支路电流变化最大,也就是让替换后的滑动变阻器的电流变化最大。由于干流有一个电流表,限制最大限流不可超过3A,所以我们把电流较小的R1支路留下来,用滑动变阻器替换R2。

第一问和第二问简单:I1=U1/R1=U/R1 =15 伏/30 欧=0.5 安 ;R2=U2/I2=U/(I―I1) =15 伏/(2 安―0.5 安) =10 欧

第三问用 R0 替换 R2 ;Imin=I1+U/R2=0.5 安+15 伏/20 欧 =1.25 安 ;Imax=I1+I2max=0.5 安+2 安=2.5 安 ;Pmin=UImin=15伏×1.25安=18.75瓦 ;Pmax=UImax=15 伏×2.5 安=37.5 瓦 。所以功率变化范围 18.75 瓦―37.5 瓦

总结:动态电路只要掌握了基本的电路的动态分析,在考试中认真一些,分析每一个细节,就不会失分,中考冲刺,同学们,你掌握动态分析的题目了吗?

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