2020-2021学年九年级物理21欧姆定律的动态电路分析同步专题剖析含解析新版教科版

2020-2021学年九年级物理21欧姆定律的动态电路分析同步专题剖析含解析新版教科版

专题21 欧姆定律的动态电路分析 一、动态电路的定性分析 ‎1.对于任何一种电路，在分析动态变化情况时，可总结为“一个不变，两个关键，一个整体”。‎ ‎（1）一个不变：电路中总电压不变。‎ ‎（2）两个关键：一是串联电路中，串联的电阻越多，总电阻越大，并联电路中，并联的支路越多，则总电阻越小。二是对于由两部分电阻串联或并联而成的电路，若其中一部分是定值电阻，而另一部分为可变电阻，则总电阻大小的变化情况与可变电阻大小变化情况一致。‎ ‎（3）一个整体：分析电路时必须考虑整个电路中各物理量的变化情况，然后由整体到部分，由定值到变值的顺序进行分析。‎ ‎2.解题顺序：电源电压不变→局部电阻如何变化→总电阻如何变化→总电流如何变化→电阻不变部分的电流、电压如何变化→电阻变化部分的电流、电压如何变化→各电表示数如何变化。‎ 二、动态电路的定量计算思路 关键是分别抓住电路变化前后所处状态，分析电路中的变化量和不变量，运用有关电学规律和电路特点建立状态方程，联立求解。总之，只要掌握正确的解题思路和方法，常见电路的计算问题都能迎刃而解。解题思路如下结构图：‎ ‎【例1】如图所示，电源电压不变，闭合开关S后，滑动变阻器的滑片P自中点向b端移动的过程中，下列关于电表示数变化情况判断正确的是（）‎ 12‎ A.电流表A1变小，A2变小，电压表V不变 B.电流表A1变小，A2不变，电压表V不变 C.电流表A1变小，A2变小，电压表V变大 D.电流表A1不变，A2变大，电压表V变小 ‎【答案】B ‎【解析】CD.由电路图可知，R1与R2并联，电压表V测电源的电压，电流表A1测R2支路的电流，电流表A2测R1支路的电流，因电源电压保持不变，所以，滑片移动时，电压表V的示数不变，故CD错误；‎ AB.因并联电路中各支路独立工作.互不影响，所以，滑片移动时，通过R1的电流不变，即电流表A2的示数不变，当滑动变阻器滑片P向右移动的过程中，接入电路中的电阻变大，由可知，该支路的电流变小，即电流表A1的示数变小，故B正确，A错误。‎ ‎【例2】“道路千万条，安全第一条；行车不规范，亲人两行泪。”酒后不开车是每个司机必须遵守的交通法规。甲图是酒精测试仪工作电路原理图，电源电压U=6V；R1为气敏电阻，它的阻值随气体中酒精含量的变化而变化，如乙图所示。气体中酒精含量大于0且小于80mg/100mL为酒驾，达到或者超过80mg/100mL为醉驾。使用前通过调零旋钮（即滑动变阻器R2的滑片）对测试仪进行调零，此时电压表示数为U1=5V，调零后R2的滑片位置保持不变。‎ ‎（1）当电压表示数为U1=5V时，求R1消耗的电功率 ‎（2）当电压表示数为U1=5V时，求R2接入电路中的阻值 ‎（3）某次检测中，电流表示数I1′=0.2A，请通过计算，判断此驾驶员属于酒驾还是醉驾。‎ ‎【答案】（1）0.5W （2）10Ω （3）此驾驶员为酒驾.‎ 12‎ ‎【解析】（1）由图可知，当气体中酒精含量为0mg/100mL时，R1的阻值为50Ω由P=UI，得：P1===0.5W；‎ ‎（2）通过R1的电流为：I1===0.1A，因为R2与R1串联，所以通过R2的电流为：I2=I1=0.1A，由U总=U1+U2得R2两端的电压为：U2=U总−U1=6V−5V=1V，由得R2===10Ω；‎ ‎（3）由得R’总===30Ω，因为R1与R2串联，则R总=R1+R2，此时R1的阻值为R1′=R总′−R2=30Ω−10Ω=20Ω，由图可知，R1的阻值随气体中酒精含量减小而增加，当R1=10Ω时，气体中酒精含量为80mg/100mL，则当R1′=20Ω时，气体中酒精含量大于0mg/100mL且小于80mg/100mL，故此驾驶员为酒驾。‎ ‎1.小明设计了如图所示电路，电源电压不变，R为定值电阻。闭合开关S，当滑片P从a移到b的过程中，下列判断正确的是（　　）‎ A.电压表示数变小，电流表示数变大，灯变亮 B.电压表示数变大，电流表示数变大，灯变亮 C.电压表示数变小，电流表示数变小，灯变暗 D.电压表示数变大，电流表示数变小，灯变暗 ‎【答案】A ‎【解析】由电路图可知，定值电阻R与滑动变阻器、灯泡串联，电压表测变阻器两端的电压，电流表测电路中的电流。闭合开关S，当滑片P从a移到b的过程中，接入电路中的电阻变小，电路的总电阻变小，由可知，电路中的电流变大，即电流表示数变大，由U＝IR可知，灯泡和定值电阻R两端的电压变大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，滑动变阻器两端的电压变小，即电压表的示数变小，因灯泡的亮暗取决于实际功率的大小，所以，由P＝UI可知，灯泡的实际功率变大，即灯泡变亮。‎ 故选A。‎ 12‎ ‎2.如图所示，保持电源电压不变，闭合开关S，将滑动变阻器的滑片P从中点向左移动，下列说法正确的是（）‎ ‎ A.在甲图中，电压表V示数不变，电流表A1、A2示数均变大 B.在甲图中，电流表A1示数变小，电压表V、电流表A2示数均不变 C.在乙图中，电压表V1示数不变，电流表A、电压表V2示数均变小 D.在乙图中，电压表V2示数变大，电流表A示数变小，电压表V1示数不变 ‎【答案】D ‎【解析】AB.甲图中，变阻器R1与定值电阻R2并联，电压表测电源电压，A1测通过变阻器R1的电流，A2测并联电路的总电流；因电源电压不变，则滑片移动时电压表V示数不变；将滑动变阻器的滑片P从中点向左移动，变阻器连入电路的电阻变大，由I=可知通过变阻器的电流变小，即A1示数变小；因并联电路各支路互不影响，则通过定值电阻R2的电流不变，根据并联电路电流的规律可知总电流变小，即A2示数变小，故AB错误；‎ CD.乙图中，变阻器R1与定值电阻R2串联，V1测电源电压，V2测变阻器R1两端的电压，电流表A测电路中的电流；因电源电压不变，则滑片移动时电压表V1示数不变；将滑动变阻器的滑片P从中点向左移动，变阻器连入电路的电阻变大，由电阻的串联可知电路的总电阻变大，由I=可知，电路中的电流变小，即电流表A示数变小；电路中的电流变小，根据U=IR可知，定值电阻R2两端的电压变小，由串联电路电压的规律可知，变阻器R1的电压变大，即V2示数变大，故C错误，D正确。‎ ‎3.如图所示，电源电压不变，R1为定值电阻，开关闭合后滑片向右移动时，下列说法错误的是（　　）‎ A.电压表测的是R1两端电压 B.电流表示数变大 C.电压表示数变小 D.电压表与电流表示数之比不变 ‎【答案】B ‎【解析】A.由图可知，电阻R1和变阻器R2串联，电压表测R1‎ 12‎ 两端的电压，电流表测电路中的电流，故A正确，不符合题意；‎ BC.滑片向右移动时，变阻器连入电路中的电阻变大，根据电阻的串联，电路的总电阻变大，由I=可知通过电路的电流变小，即电流表示数变小，由U=IR可知R1两端的电压变小，即电压表示数变小，故B错误，符合题意，C正确，不符合题意；‎ D.由欧姆定律可知电压表与电流表示数之比等于R1的阻值，R1的阻值不变，电压表与电流表示数之比不变，故D正确，不符合题意。‎ ‎4.如图是电冰箱的简化电路图.图中M是电冰箱压缩机内的电动机，L是电冰箱内的照明灯.下列判断正确的是（）‎ A.S1闭合、S2断开时，照明灯与电动机并联 B.S1、S2都闭合时，照明灯与电动机串联 C.关上冰箱门时、S1自动断开，使得照明灯熄灭 D.冰箱内温度降低到设定温度时，S1自动断开，电动机停止工作 ‎【答案】D ‎【解析】A.开关S1闭合、S2断开时，照明灯不工作，只有电动机工作，故A错；‎ B.开关S1、S2都闭合时，照明灯L与电动机M并联，故B错；‎ C.关上冰箱门时，S2自动断开，照明灯熄灭，故C错；‎ D.冰箱内温度降低到设定温度时，S1自动断开，电动机停止工作，这是压缩机工作的一般原理；‎ ‎5.如图所示，电源电压保持不变，关于电路的工作情况，下列说法中正确的是（　　）‎ A.同时闭合两个开关，通过两只灯泡的电流一定相同 B.若电压表和电流表的位置对调，闭合S1、S2后，则两表都被烧坏 12‎ C.若先闭合S1，再闭合S2，电压表示数不变，电流表的示数变大 D.若灯L1被短路，闭合S1、S2后，灯L1不亮，灯L2亮，电流表损坏 ‎【答案】C ‎【解析】A.同时闭合两个开关，两灯并联，由并联电路电压的规律，两灯电压相同，两灯的规格不一定相同，由欧姆定律I=可知，通过两只灯泡的电流不一定相同，A错误；‎ B.若电压表和电流表的位置对调，电压表串联在电路中，电流表与L1并联，因电压表内阻很大，电路的电流很小，两表都不会被烧坏，B错误；‎ C.若先闭合S1，为L1的简单电路，电压表测电源电压，电流表测电路的电流；再闭合S2，两灯并联，电压表测电源电压，电压表示数不变；而此时电流表测干路电流，因通过L1的电流不变，根据并电路电流的规律，电流表的示数变大，C正确；‎ D.若灯L1被短路，闭合S1、S2后，则灯L2也会短路，灯L2不亮，造成电流表损坏和电源短路，D错误。‎ ‎6.在图的电路中，电源电压保持不变，R为定值电阻.闭合开关S后，将滑动变阻器的滑片P从最右端移到中间某个位置，电压表和电流表的示数分别变化了△U和△I.下列分析正确的是（）‎ A.变大 B.变小 C.不变 D.先变小后变大 ‎【答案】C ‎【解析】由电路图可以知道，定值电阻R与滑动变阻器串联，电压表测R两端的电压，电流表测电路中的电流， 设滑片移动前后电路中的电流分别为、，则， 由可得，电压表的示数分别为: 电压表示数的变化量: 即 所以，不变.‎ ‎7.如图所示，电源电压为U0，且保持不变。闭合开关S，当滑动变阻器的滑片位于中点时，电压表V2的示数为。现将滑片从中点移动到b端，则（）‎ 12‎ A.电流表A的示数变小 B.电压表V1的示数变小 C.电压表V1和V2的示数之和变小 D.电压表V1示数的变化量小于电压表V2示数的变化量 ‎【答案】ACD ‎【解析】由图可知，电阻R1、R2和变阻器R串联，电压表V1测量R和R2的总电压，电压表V2测量R2两端的电压，电流表测量电路中的电流。‎ A.将滑片从中点移动到b端，变阻器连入电路的电阻变大，电路的总电阻变大，由I=可知电路中的电流变小，即电流表的示数变小，故A符合题意；‎ B.由U=IR可知R1两端的电压变小，由串联电路电压的规律可知R和R2两端的总电压变大，即电压表V1的示数变大，故B不符合题意；‎ CD.电源电压为U0，当滑动变阻器的滑片位于中点时，电压表V2的示数为，由串联分压可知 R2=R1+‎ 由串联分压可知，电压表V1示数的变化量等于R1两端电压的变化量，电压表V2示数的变化量等于电阻R2两端电压变化量，R2的阻值大于R1的阻值，电压表V1示数的变化量小于电压表V2示数的变化量，电压表V1和V2的示数之和变小，故CD符合题意。‎ ‎8.为了练习使用滑动变阻器，同时探究串联电路中电压、电流的规律，某实验小组设计了如图8所示的电路，闭合开关S，滑动变阻器的滑片P向左滑动时，（电表均在安全范围内）则电流表A的示数____，电压表与的示数之和_____（均选填“变大”“变小”或“不变”）‎ 12‎ ‎【答案】变大不变 ‎【解析】[1]闭合开关S，R1与R2串联，电流表测整个电路的电流，滑动变阻器向左移动，R2变小，总电阻变小；根据欧姆定律可知，电源电压不变，电阻变小，则电流变大，即电流表的示数变大。‎ ‎[2]V1测R1两端电压，V2测R2两端电压，根据串联电路电压的特点，总电压等于各用电器两端电压之和，滑片移动前后，电压表与的示数之和都等于电源电压，电源电压不变故与的示数之和不变。‎ ‎9.如图甲所示电路，电源电压为3V且保持不变。闭合开关S，当滑动变阻器的滑片P从最右端滑到左端的过程中，如图乙所示，是_____（选填“R1”或“R2”）的I—U关系图像，滑动变阻器R2的最大阻值是_____Ω。‎ ‎【答案】R125‎ ‎【解析】由电路图可知，R1与R2串联，电压表V1测R1两端的电压，V2测R2两端的电压，电流表测电路中的电流；‎ ‎[1]当滑片位于左端时，电路为R1的简单电路，电压表V1两端的电压最大，电路中的电流最大，由图像乙可知，图线为电阻R1的U-I图像；‎ ‎[2]当滑片位于右端时，接入电路中的电阻最大，电路中的电流最小，R1两端的电压最小，由图像可知，电路中的最小电流I=0.1A，R1两端的电压U1=0.5V，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，R2两端的电压：‎ ‎，‎ 由可得，滑动变阻器的最大阻值：‎ ‎。‎ ‎10.如图所示，电源电压为16V，且保持不变，已知滑动变阻器R3的最大阻值为20Ω，定值电阻R2‎ 12‎ ‎=15Ω，电流表的量程为0.6A。‎ ‎(1)S、S1闭合，S2断开，将滑动变阻器的滑片P移到a端时，读出电压表的示数为8V，求电流表示数和电阻R1的阻值；‎ ‎(2)S、S2闭合，S1断开，移动滑动变阻器滑片P，此时读出电压表的示数为6V，求此时R3的阻值。‎ ‎【答案】(1)0.4A，20Ω；(2)9Ω ‎【解析】(1) S、S1闭合，S2断开，将滑动变阻器的滑片P移到a端时，R3=20Ω，R1与R3串联，电流表的示数 R1两端的电压 R1的阻值 ‎(2) S、S2闭合，S1断开，滑动变阻器与R2串联，R2两端得电压 通过R2与R3串的电流 滑动变阻器接入电路中的阻值为 ‎11.某型号汽车的油量显示电路如图甲所示，其中定值电阻R0=10Ω，R为压敏电阻（厚度不计），位于油箱底部，A表是一量程为0~0.6A的电流表，作为油量指示表。压敏电阻的电阻值随汽油产生的压强的变化而变化，其对应关系如图乙所示。已知加满汽油时油的深度为0.4m，A表示数为0.6A，汽油密度ρ油=0.7×103kg/m3，g 12‎ 取10N/kg。求：‎ ‎(1)加满汽油时汽油在油箱底部产生的压强；‎ ‎(2)电源的电压；‎ ‎(3)汽油耗尽时电流表的示数。‎ ‎【答案】(1)；(2)12V； (3)0.1A ‎【解析】(1)加满汽油时油的深度为0.4m，所以加满汽油时汽油在油箱底部产生的压强为 ‎(2)加满汽油时油的深度为0.4m，A表示数为0.6A，汽油产生的压强为，由乙图可知，此时压敏电阻的电阻值，R0=10Ω，根据串联电路的特点和可得，电源电压为 ‎(3)汽油耗尽时，压敏电阻受压强为0，由图象知此时压敏电阻连入电路的阻值，由串联电路特点和欧姆定律可得此时电路中电流为 答：(1)加满汽油时汽油在油箱底部产生的压强为；‎ ‎(2)电源的电压为12V；‎ ‎(3)汽油耗尽时电流表的示数为0.1A。‎ ‎12.小明观察到高速公路进出口处设有测量货车重力的检测装置，他利用学过的物理知识设计了一套测量货车重力的模拟装置，其工作原理如图甲所示。OAB为水平杠杆，OB长1m，O为支点，OA∶AB=1∶4，平板上物体所受重力大小通过电流表读数显示。已知定值电阻R0的阻值为10Ω，压力传感器R固定放置，R 12‎ 的阻值随所受压力F变化的关系如图乙所示。平板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。‎ ‎(1)当电池组电压U0＝12V，平板上物体所受重力分别是80N和100N时，闭合开关S，分别求出电流表的读数；‎ ‎(2)电池组用久后电压变小为U1，这时平板上物体重100N时，电流表读数为0.3A，求U1的大小；‎ ‎(3)在第(2)问情况中，电池组电压大小为U1，要求平板上重为100N的物体对应的电流表读数和电池组电压U0＝12V的情况下相同，小明采取了两种解决办法：‎ ‎①其它条件不变，只更换电阻R0，试求出更换后的R0′的大小。‎ ‎②其它条件不变，只水平调节杠杆上触点A的位置，试判断并计算触点A应向哪个方向移动？移动多少厘米？‎ ‎【答案】(1)0.3A和0.4A；(2)9V；(3)①2.5Ω；②触点A应向左移动，移动3厘米 ‎【解析】(1)由杠杆平衡条件可知，当 FA1＝80N，FA2＝100N 时 FA1·OA＝FB1·OB ‎80N·OA＝FB1·OB FA2·OA＝FB2·OB ‎100N·OA＝FB2·OB 由题意可知 OA∶AB=1∶4‎ OA∶OB=1∶5‎ 解得 FB1＝16N，FB2＝20N 由R的阻值随所受压力F变化关系图象得 R1＝30Ω、R2＝20Ω 12‎ 由欧姆定律得 I1==0.3A I2==0.4A ‎(2)U1的大小 U1=IR总2=I0(R2＋R0)＝0.3A×(20Ω+10Ω)=9V ‎(3)①其它条件不变，只更换电阻R0为R0′，由题意得 U1=I2R总2′=I2(R2＋R0′)‎ ‎9V=0.4A×(20Ω+R0′)‎ 解得 R0′＝2.5Ω ‎②其它条件不变，只向左调节A触点Lcm，压力传感器阻值为R3‎ U1=I2R总3=I2(R3＋R0)‎ ‎9V=0.4A×(R3＋10Ω)‎ 解得 R3＝12.5Ω 从图象可知FB3＝23N，由杠杆平衡条件 FB3·OB＝FA2·(OA＋L)‎ ‎23N×1m＝100N×(×1m＋L)‎ 解得 L＝3cm 答：(1)平板上物体所受重力分别是80N和100N时，闭合开关S，电流表的示数分别为0.3A和0.4A；‎ ‎(2)U1的大小是9V；‎ ‎(3)①其它条件不变，只更换电阻R0，更换后的R0′的大小是2.5Ω；‎ ‎②其它条件不变，只水平调节杠杆上触点A的位置，触点A应向左移动，移动3厘米。‎ 12‎