資源簡介

核心專題二 滑動變阻器和敏值電阻的動態電路
素養目標
1.通過對串、并聯電路中滑動變阻器及敏值電阻的變化引起的動態電路分析,進一步熟悉動態電路的等效電路的畫法。
2.通過對因為滑動變阻器或者敏值電阻的變化引起的動態電路中電流、電壓和電阻的計算,進一步熟悉針對不同電路中的電流、電壓和電阻計算過程中正確選擇公式的技巧。
◎重點:含有滑動變阻器或者敏值電阻的動態電路分析;分析、計算電流、電壓和電阻問題時公式的選擇。
【專題突破】
　　1.滑動變阻器的變化引起的動態電路
例1　電路如圖所示,下列說法正確的是 ( )
A.若燈絲斷路,閉合開關后電壓表和電流表都沒有示數
B.若將電壓表與電流表交換位置,閉合開關后燈泡能發光
C.閉合開關,滑片向右移,燈泡變暗
D.閉合開關,改變滑片位置,電壓表與電流表示數比不變
思路導引　由電路圖可知,燈泡與滑動變阻器R串聯,電壓表測燈泡兩端的電壓,電流表測電路中的電流。
(1)若燈絲斷路,根據電路中的連接狀態即可判斷電壓表示數等于電源電壓、電流表示數為0;
(2)若將電流表和電壓表的位置接反(即兩表位置交換),根據電表的正確使用判斷燈泡被短路、不能發光;
(3)根據滑片右移可知接入電路中電阻變大,根據歐姆定律可知電路中電流變小,據此可知燈泡變暗;
(4)根據歐姆定律可知電壓表與電流表示數之比為燈泡的電阻。
對點自測
1.在如圖所示的電路中,閉合開關S,當滑動變阻器的滑片P向右移動時 ( )
A.燈L1變亮,燈L2變暗
B.燈L1亮度不變,燈L2變亮
C.燈L1和L2均變暗
D.燈L1變亮,燈L2亮度不變
2.某同學連接了如圖所示的電路,電源電壓保持不變,R0為定值電阻,不考慮小燈泡燈絲電阻的變化。閉合開關,若將滑動變阻器的滑片P向A端移動,則下列判斷正確的是 ( )
A.電壓表V1的示數保持不變
B.電流表的示數變大
C.電壓表V2的示數變小
D.小燈泡變亮
【答案】例1　C
對點自測
1.B　2.C
2.敏值電阻的變化引起的動態電路
例2燃氣安全無小事,安全用氣要記牢。下圖是一個廚房天然氣安全報警裝置內部的部分電路原理圖。電源電壓不變,R0為定值電阻,R是用半導體材料制成的氣敏電阻,其電阻值會隨天然氣濃度的升高而變小。閉合開關S,若廚房天然氣濃度升高,則下列判斷正確的是 ( )
A.通過電阻的電流變小
B.氣敏電阻R的阻值變大
C.電壓表的示數變大
D.氣敏電阻R兩端電壓變大
思路導引　由電路圖可知,定值電阻R0和氣敏電阻R串聯,電壓表測R0兩端的電壓。根據氣敏電阻R的阻值會隨天然氣濃度的升高而變小判斷廚房天然氣濃度升高時其阻值變小,根據歐姆定律可知電路中電流變大、R0兩端電壓變大,根據串聯電路的電壓特點判斷氣敏電阻R兩端電壓變小。
對點自測
3.在如圖所示的電路中,電源電壓保持不變,R為光敏電阻,其阻值大小隨光照強度的增強而減小,閉合開關S后,當光照強度減弱時 ( )
A.電壓表的示數變大,燈L變亮
B.電壓表與電流表示數的比值不變
C.電壓表示數變大
D.電流表的示數變大
4.如圖所示,這是某潛水器深度測試儀的簡化電路圖,電源電壓保持不變,R為壓敏電阻,其阻值隨壓力增大而減小。R0為定值電阻,其作用是 。閉合開關后,當潛水器下潛深度增大時,電流表示數將 (選填“變大”、“不變”或“變小”)。與在淡水中相比,潛水器在海水中同一深度時,電流表的示數要更 (選填“大些”或“小些”)。(ρ海水>ρ淡水)
【答案】例2　C
對點自測
3.C
4.保護電路　變大　大些
3.滑動變阻器的最值問題
例3　如圖所示的電路中,電源電壓保持不變,電阻R1的阻值為10 Ω,R2為滑動變阻器,閉合開關,當滑片P處于a端時,電流表示數為0.6 A,問:
(1)電源電壓為多少
(2)當滑片P處于b端時,電壓表示數為5 V,則滑動變阻器R2最大電阻為多少
(3)若電壓表量程為0~3 V,為了保證電路安全,通過電路的最小電流為多少
思路導引　(1)當滑片P在a端時,電路為R1的簡單電路,電流表測電路中的電流,根據歐姆定律求出電源電壓;
(2)當滑片P在b端時,R1與R2的最大阻值串聯,電壓表測R2兩端的電壓,根據串聯電路的電壓特點求出R1兩端的電壓,根據串聯電路的電流特點和歐姆定律得出等式即可求出滑動變阻器R2的最大阻值;
(3)根據串聯電路分壓原理可知,當電壓表的示數最大時,滑動變阻器接入電路的電阻最大,根據串聯電路特點和歐姆定律可計算通過電路的最小電流為多少。
對點自測
5.如圖,電流表量程0~0.6 A,電壓表量程0~15 V,電阻R0=30 Ω,電路兩端電壓恒為24 V。
(1)閉合開關,當電流表示數為0.4 A時,R0兩端電壓是多少V 此時滑動變阻器連入電路的阻值是多少Ω
(2)當滑動變阻器連入電路的電阻太小時,電路中的電流會超過電流表量程,當滑動變阻器連入電路的電阻太大時,變阻器兩端電壓會超過電壓表量程,求在不超過電表量程的情況下,滑動變阻器連入電路的阻值范圍。
【答案】例3　解:(1)當滑片P在a端時,電路為R1的簡單電路,電流表測電路中的電流,
由歐姆定律可得電源電壓:
U=IR1=0.6 A×10 Ω=6 V
(2)當滑片P在b端時,R1與R2的最大阻值串聯,電壓表測R2兩端的電壓,因串聯電路中總電壓等于各分電壓之和,
所以,R1兩端的電壓:
U1=U-U2=6 V-5 V=1 V
因串聯電路中各處的電流相等,所以,電路中的電流:
I'==,即=,
解得滑動變阻器R2的最大阻值:R2=50 Ω
(3)根據串聯電路分壓原理可知,當電壓表的示數最大時,滑動變阻器接入電路的電阻最大,
串聯電路總電阻等于各分電阻之和,此時電路總電阻最大,由歐姆定律可得此時通過電路的電流最小,
電壓表量程為0~3 V,當電壓表的示數為3 V時,R1兩端的電壓:
U1'=U-U2'=6 V-3 V=3 V
通過電路的電流最小:I''===0.3 A
對點自測
5.解:電路中電阻R0和滑動變阻器串聯。電壓表測量滑動變阻器兩端電壓,電流表測量電路中的電流。
(1)由歐姆定律得,當電流表示數為0.4 A時,
電阻R0的電壓:U0=IR0=0.4 A×30 Ω=12 V
滑動變阻器兩端電壓:
U滑=U總-U0=24 V-12 V=12 V
滑動變阻器的電阻:R滑===30 Ω
(2)由歐姆定律得,電流表滿偏時R0兩端電壓:U0'=I'R0=0.6 A×30 Ω=18 V
滑動變阻器兩端電壓:
U滑'=U-U0'=24 V-18 V=6 V
滑動變阻器最小阻值:Rmin===10 Ω
電壓表滿偏時滑動變阻器兩端電壓:U滑″=15 V
R0兩端電壓:U0″=U-U滑″=24 V-15 V=9 V
電流:I″===0.3 A
滑動變阻器最大阻值:Rmax===50 Ω
故滑動變阻器阻值范圍為10 ~50 Ω。
【方法突破】
動態電路分析方法
1.滑動變阻器引起的動態電路分析
①分析初始電路的連接方式(串聯或并聯);
②分析確定各電表所測的對象;
③移動滑動變阻器的滑片后,判斷變阻器接入電路中的電阻大小的變化;
④結合電源電壓不變,固定電阻不變和用電器電阻不變,并根據串、并聯電路中的電流、電壓特點及歐姆定律確定電表示數的變化情況,進行相關的物理量大小的分析 。
·學習小助手·
沒有判斷清楚滑動變阻器連入電路的是哪一部分,是解決電表示數變化問題常出現的錯誤。
2.“特殊”滑動變阻器引起的動態電路分析
“特殊”滑動變阻器引起的動態電路變化是指如彈簧、杠桿、熱敏電阻、光敏電阻、或磁敏電阻等引起的電阻變化、電流變化等。此類題目只需將其阻值隨外界因素的變化情況等效為滑動變阻器引起的動態電路,即可用上述滑動變阻器的滑片引起的電路動態分析來解決。

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