电路的分析及应用

在学习电学的时候，很多同学会存在相同的困难：分析电路时不知从何下手、有什么固定的步骤、有什么技巧、应用到什么公式、定理和定律。其实，要学会分析电路并不是特别难，只要掌握了串、并联电路的特点、电阻的变化规律、等效图的画法和电路的分析方法、步骤，并进行一定量的练习，是完全可以迅速、准确、全面地分析电路的，在此，谈谈动态电路和故障电路，探讨电路的分析、解决方法。一、  动态电路的分析和应用1、电阻的变化规律在任何电路中，只要有一个电阻的阻值变大，整个闭合回路的总阻值就变大，反之则变小。开关闭合使电阻值变小（无穷大变为0），电阻断路使电阻值变大，并联上一条支路使回路总阻值变小，串联上一条支路使回路总阻值变大，电源的内阻不变且一般不能忽略。2、电路的分析步骤①分析电路各支路的相互关系，若有必要则画出等效图；2分析变化之处，判断该支路的电阻值如何变化，推出回路总阻值如何变化；3根据欧姆定律公式“I=E/（Rr）”推出总电流I的变化，再根据推论的公式“U=E-Ir”推出路端电压U的变化；4从总电路开始，逐渐缩小范围，根据“串联分压、并联分流”的特点，逐步推出干路、支路、电阻的电压U、电流I和电功率P的变化。例1．电动势为E，内阻为r的电池与固定电阻R0、可滑动变电阻R串联，如图1所示，设R0＝r，Rab＝2r，当滑动变阻器的滑动片自a端向b端滑动时，下列物理量中随之减小的是（）A．电池的输出功率B．滑动变阻器消耗的功率C．固定电阻R0上的消耗功率D．电池内电阻上的消耗功率解析：本 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 属于滑动变阻器引起的动态问题当滑动变阻器的滑动片在a端时，内电阻等于外电阻，电池的输出功率最大，滑动变阻器消耗的功率为0。当滑动变阻器的滑动片自a端向b端滑动时，滑动变阻器的有效阻值变大，则回路总阻值变大，根据欧姆定律“I=E/（Rr）”推出总电流I变小，根据推论“U=E-Ir”推出路端电压U变大，电池的输出功率减小，滑动变阻器消耗的功率增大，I2•R0和I2•r都减小，因此，A、C、D正确。例2、如图2所示，由于某一电阻发生断路，导致电压 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 和电流表示数均比该电阻未断开时要大，则这个断路的电阻可能是：（）A．R1B．R2C．R3D．R4解析：电阻的断路引起电路结构和总电阻的变化，总电阻变大，总电流变小，路端电压变大。若R1断路，R2的两端电压U2就是路端电压，即U2变大，由“I2=U2/R2”可知电流表的示数变大，同时，通过R3和R4的电流也变大，R4两端的电压（电压表的示数）变大，故选项A正确；若R2断路，电流表的示数变为零，故选项B错误；若R3断路，电压表的示数也变为零，故选项C错误；若R4断路，R2的两端电压U2仍就是路端电压，即U2变大，电流表的示数同时变大，此时，电压表的示数为U2，故选项D正确；本题正确选项为AD。例3、如图3所示，电源电动势为E，内电阻为r，电键k断开，现将k闭合，电路中的电流表及电压表的示数将如何变化？解析：本题为开关的闭合引起的电路结构变化的问题。1当k闭合时，该支路的电阻值由无穷大变小为R1，推出回路总阻值也变小；2根据欧姆定律“I=E/（Rr）”推出总电流I1变大，再根据推论“U=E-Ir”推出路端电压U1变小；3外电路为两条支路串联，一条为R3支路，另一条为R1与R2并联后的支路，有：U1=U2U3和U3=I1×R3，I1变大推出U3变大，再推出U2变小，由于R2不变，I2=U2/R2，可推得I2变小，所以，电压表V3和电流表I1的示数将变大；电压表V1、V2和电流表I2的示数将变小。二、  故障电路的分析和应用（设有且只有一处故障）1、故障特点：断路时表现为断点处两端电压不为0，而电流为0，若电路中两点电压不为0，等于电源电压，则此两点间有断点，若电路中两点电压为0，则此两点间无断点，此两点与电源连接部分有断点；短路时表现为有电流无电压。2、故障分析：断路时总电阻变大，总电流变小，路端电压变大；短路时总电阻变小，总电流变大，路端电压变小；电路发生故障时，引起电路一系列（U、I、P）变化，电路仍属于动态电路；应先分析引起故障的的各种可能性，然后用动态电路的分析方法和步骤去分析、判断引起该故障的各种可能性，从而得到结果。例4．如图4所示，闭合电键S，灯L1、L2正常发光，由于电路出现故障，突然发现灯L1变暗，电流表读数变小，则故障可能是---（）A．R1断路B．R2断路C．R3短路。D．R4短路解析：画出电路的等效图，若R1断路，总电阻变大，总电流变小I，路端电压U变大，BC间电路两端电压变小，电流表读数变小，AB间电路电压变大，灯L1变亮，故选项A错误；若R2断路，总电阻变大，总电流I变小，路端电压U变大，AB间电路两端电压变小，灯L1变暗，BC间电路电压变大，L2支路电流I2变大，则电流表读数（I-I2）变小，故选项B正确；若R3或R4短路，总电阻变小，总电流I变大，路端电压U变小，AB间电路两端电压变大，灯L1变亮，故选项C和D错误；因此，正确答案为B。例5、如图5所示，电路中仅有一处电路故障。已知电源电动势E为4V，电键S闭合后，灯L不亮，用电压表检查，Uab=0，Ubc=Uac=4V，由此可以判定故障可能是（）A．灯L短路B.灯L断路C．变阻器R短路D.变阻器R断路解析：本题电路简单，不需要用动态电路的分析方法，可依次假设四个选项中的故障存在，再推导电路中各段电路电压，看所得结果与题目所给条件是否吻合，从而找出正确答案。先假设灯L短路，则外电路只有电阻R，由于内电阻的分压作用，R两端电压将小于电源电动势4V，所以Ubc<4V，与题目条件冲突，从而排除选项A.接着假设灯L断路，此时电路中无电流，所以R两端电压为0，即Ubc=0，与题目条件冲突，从而排除选项B.再假设变阻器R短路，此时外电路中灯L直接接在电源两端，只要灯未被烧坏，应能发光，这也与题目条件冲突，从而排除选项C.最后假设变阻器R断路，R相当于一个阻值无穷大的电阻，电源电动势将全部分配在其上，故Ubc=4V，灯L中一定没有电流通过，所以Uab=0，Uac=UabUbc=4V，与题目条件相符，所以选项D正确。也可以根据短路和断路的特点，由已知条件Ubc=E=4V，直接推出变阻器R断路（唯一可能性）。说明：在实际问题中，变阻器R断路有可能是变阻器R内部断路或两端未连接好。例6．如图6所示，原来灯L1、L2和L3均发光，出现故障后，灯L1发光，L2、L3均不发光，A1有读数，A2没有读数，则电路中唯一的故障可能是：（）A.L1断路B.L3断路C.L2短路D.L3短路解析：先根据断路和和短路的特点分析，由L1发光可知选项A错误，然后由A2没有读数可知选项D错误；再用动态电路的分析方法分析，若L3断路，总电阻变大，总电流I变小，L1两端电压U1变小，但L1仍可能发光，由U=U1U2可知，L2两端的电压U2变大，A1有读数而且变大，L2比原来更亮，故选项B错误，若L2短路，总电阻变小，总电流I变大，L1两端的电压U1=U，U1变大，L1比原来更亮，此时，L2和L3两端的电压U2为0，L2和L3都不亮，通过L3的电流I2=U2÷R3=0，因此，A2没有读数，A1有读数（I1=I）而且变大，故选项C正确。由以上几例可知，只要掌握了闭合电路的特点、规律和等效图的画法以及正确的方法和步骤，就可以完整、准确地分析电路的动态变化情况、故障发生情况，从而解决动态电路和故障电路的问题，在此基础上，电路的定态分析、定值计算问题就会变得更加容易得多，当然，实际的故障问题会复杂得多，可能有很多种故障，因此，实际的故障问题的解决会更复杂、困难，在此不作评述。