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高考物理:手把手教你如何画等效电路图?

2019-03-09 10:33:58来源:

原标题:高考物理:手把手教你如何画等效电路图?

在电学计算题的电路中,出现多个开关的闭合、断开的不同状态,有时还涉及滑动变阻器的滑片放在不同位置,学生求解时就显得比较困难,很容易造成误判和错解。运用“等效电路图”的方法,把复杂的问题简单化,解题的正确率会有很大提高。

一、电流路径的优先走法

把电流比作一个“人”,它所走过的路径有一定的规律可循。下面分几种情形讨论。

1.如图1,电流从点a走到点b,有二条路可走,由于连接电路的导线电阻很小,采用近似的分析方法,可以认为导线的电阻为,而灯泡是有电阻的,所以电流优先走与灯泡并联的导线这条路径,而不经过灯泡,因而在画等效电路图,可把灯泡删掉。

图1

2.如图2,电流从点a走到点b,走哪条路呢?由于电流表的特点是电流很小,相对与它并联的R而言可以忽略,所以电流优先走电流表这条路径,而不经过R,同样,在画等效电路图时,应删掉R。

图2

3.如图3,由于电压表的电阻很大,可以把电压表看成开路,所以电流优先走R这条路径。当然此时有微弱的电流经过电压表,电压表有示数。

图3

4.如图4、图5,电流优先走与电压表并联的导线或电流表,这时电压表无示数。

图4

图5

5.如图6,这种情况电流将如何走法呢?由于电流表、导线的电阻都很小,相对而言,导线的电阻会更小,近似地分析认为,电流只优先走导线,所以电流表示数为0A,画等效图时,应删掉电流表。

图6

二、等效电路图的画法与解题的一般步骤

1.认真审题,在草稿纸上画出原图,并把开关的状态、滑动变阻器的滑片所处的位置依题意画下;

2.根据电流路径的优先走法,把没有电流经过的元件用橡皮擦擦掉,同时将断开的开关及与其串联的元件与擦掉,闭合的开关用导线代替;

3.正确分析电路的连接方式,明确电流表测哪部分电路的电流,电压表测谁的电压,再将电路图整理,即画出了等效电路图;

4.把已知条件尽可能标注在等效电路图上;

5.找出所求的物理量与哪个等效图对应,然后根据串、并联电路的特点,特别注意电源电压不变,定值电阻的阻值不变,正确运用电学公式来分析解答。

例1、如图7所示,电源电压保持不变,滑动变阻器最大值为,小灯泡的电阻为且保持不变。当、均闭合且滑片P滑到b端时,电流表、的示数之比为3:2,当、均断开且滑片P置于滑动变阻器中点时,小灯泡L的功率为10W。求:

(1)电阻的阻值;

(2)当、均闭合且滑片P在b端时,电压表V的示数;

(3)整个电路消耗的最小功率。

分析:

(1)当、均闭合,且滑片滑到b端,根据图7,则灯泡L中无电流通过,所以可画出等效电路图(如图8)。

图7图8

(2)当、均断开,且滑片置于中点,根据图4,可画出等效电路图(如图9)。

解析:

(1)图8中,设的示数,则的示数

因为、并联

所以

又因为,所以,

所以

(2)如图9,因为

图9

所以

因为

所以电源电压

所以图8中电压表的示数为30V。

(3)根据,电源电压U一定,当R最大时,P最小。所以此时、应断开,滑片置于b点,这时最大,等效电路图(图9)

所以

例2、如图10所示电路中,、为定值电阻,灯L上标有“16V4W”的字样,电源电压保持不变。

图10

(1)闭合开关S、、,电流表的示数为0.35A,此时灯L恰能正常发光,求电阻的大小;

(2)闭合开关S,断开开关、,电压表的示数较(1)中变化了3.2V,求此时电阻消耗的电功率(灯丝电阻不变)

分析:

(1)当S、、都闭合,根据图1,图4,画出等效电路图(如图11)

图11

当S闭合,、断开,等效电路图(如图12)

图12

解析:

(1)图11中,因为电压表并联在a、b间,所以电压表示数为0V,又因L在正常发光。

所以电源电压

因为

所以

所以

(2)因为图11中,电压表示数为0V

所以图12中电压表的示数

所以

所以

所以

例3、如图13所示,电源电压保持不变,灯泡、分别标有“6V3W”和“6V6W”字样,额定电压不详,额定功率为9W,且、、的电阻保持不变,求:

图13

(1)、正常工作时的电阻、分别是多少?

(2)当开关断开,闭合时,恰有一盏灯能长时间正常发光,此时电压表、电流表的示数分别是多少?

(3)当开关断开、闭合时,电路实际功率是,那么此时电流表的示数是多少?的额定电压是多少?

分析:

(1)当断开、闭合,等效电路图如图14。

图14

(2)当闭合,断开,等效电路图如图15。

图15

解析:

(1)因为

所以,

(2)图14中,因为有一盏灯能长时间正常发光,而另一灯不会烧坏,所以另一灯工作电流比它的额定电流小。

因为,所以,

而串联电路中各处的电流相等,所以,即在正常发光,发光较暗。

这时,所以电压表示数为3V,电流表示数为0.5A,电源电压

(3)图15中,因为只有工作,而

所以

即电流表的示数为0.25A

又,

所以

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