9年级上册物理 欧姆定律的应用(6)——“变阻器型”动态电路 逐字稿-3,958字
师:同学们,今天我们学习第14章欧姆定律的第四节——欧姆定律的应用第六课时,变阻器型动态电路。上一讲研究的是开关类动态电路,主要改变电路结构,这一讲我们研究变阻器类动态问题,主要将滑动变阻器接入电路。
先看第一种情况,串联电路中的变阻器类动态问题。来看例题一:如图,电源电压不变,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器,闭合开关S。当滑片P向a端移动时,电流表和电压表的示数会如何变化?
首先,电压表并联在R1两端,滑动变阻器接入电路的有效电阻是AP段。当滑片P向a端移动,滑动变阻器R2接入电路的电阻变小,电路总电阻变小。因为电源电压不变,根据欧姆定律可判断电路中的电流变大,所以电流表示数变大。
再根据欧姆定律,R1两端的电压等于通过R1的电流与R1电阻的乘积。R1为定值电阻,阻值不变,通过它的电流变大,R1两端电压也变大,即电压表示数变大。
除了这种方法,还有其他方法判断电压表示数变化吗?对,还可以利用串联分压规律。R1两端电压与R2两端电压之比等于它们的电阻之比,R2电阻变小,R2两端分得电压变少。由于电源电压不变,R1两端分的电压就变多,即电压表示数变大。
此时,电压表与电流表示数之比又如何变化呢?同学们会发现,这两个示数之比实际上等于R1的阻值大小,所以应该是不变的。
要是电压表并联在滑动变阻器两端,其他条件不变,当滑片P向a端移动时,电流表和电压表示数又会怎样变化呢?
判断电流表示数变化的分析过程和刚才一样。判断电压表示数变化,可以用总电压,即电源电压减去R1两端的电压。因为电路中的电流变大,R1两端电压变大,而电源电压不变,所以滑动变阻器R2两端电压变小。
同样,有没有其他方法判断呢?同学们自然会想到利用串联分压规律再来判断一下。因为R2接入电路的阻值变小,所以R2两端分得的电压变少。
此时,电压表与电流表示数之比又如何变化呢?因为电压表示数变小,电流表示数变大,所以比值变小。
同学们,看看这两个变化对应的结果,你们有什么新发现吗?给点小提示,发现了吗?在如图所示的串联电路中,当滑片移动,滑动变阻器接入电路的电阻改变时,如果电压表并联在定值电阻两端,电压表与电流表示数同向变化,同时变大或同时变小;而当电压表并联在滑动变阻器两端时,电压表与电流表示数反向变化。了解这个小特点,后续分析问题可能会更方便。请看练习一。
乍一看,很难区分R1和R2的连接方式,怎么办呢?解决变阻器类动态问题有怎样的步骤呢?其实,我们可以用开关类问题的解题步骤来思考。
第一步,去电表识电路。在这个电路中,电流表相当于一根导线,电压表相当于断开的电路。然后标出电流路径,当开关S闭合时,电流路径如图所示,此时可清楚发现R1和R2是串联关系。但这个图看上去太复杂,所以第二步,画出等效电路。画出等效电路后,能发现R1和R2是串联关系。电压表V1测量的是R2两端电压,V2测量的是R1和R2两端的总电压,也就是电源电压,电流表测量的是串联电路中的电流。
第三步,分析电路变化。当滑片P向左端移动时,滑动变阻器R2接入电路的有效电阻变小。此时,电压表V1与滑动变阻器R2是并联关系,根据串联分压原理,电压表V1示数变小。又因为电源电压不变,所以可明显发现电压表V2示数不变。
同样道理,由于R2接入电路的有效电阻变小,串联电路总电阻变小。R1是不变的电阻,所以可判断串联电路中的总电阻变小,电流表A的示数变大。那么电压表V1与电流表A的示数之比,此比值为滑动变阻器接入电路的阻值,应该是变小。
当滑动变阻器串联在电路中,因为改变了接入电路中的有效电阻,所以可以改变它两端的电压以及通过它的电流。但电源电压保持不变,也就是说在串联的变阻器型动态电路中,滑动变阻器起到的效果可以影响整个电路的电学物理量。那么在并联电路中又会怎样呢?来看第二点,并联电路中的变阻器类动态问题,请看例题2。
如图所示,电源电压不变,R1、R均为定值电阻,闭合开关S、S1,滑动变阻器的滑片P向左移动,电压表、电流表示数分别怎样变化?解题方法和前面一致。
第一步,去电表识电路。当开关S、S1同时闭合时,标出电流路径,这是一个并联电路。
第二步,画出等效电路,明确电表测量对象。电压表测量对象是R1,也是R;电流表A1测量对象是R1,电流表A测量R1和R并联之后的干路电流。
第三步,分析电路变化。由于滑片P向左移动,滑动变阻器R1接入电路的有效电阻变小。因为电压表V与滑动变阻器R1是并联关系,电源电压始终不变,所以电压表V示数保持不变。
电流表A1的示数为什么变大呢?怎么判断呢?因为滑动变阻器R1向左端移动时,接入电路的有效电阻变小,影响的只是自身所在的电路。根据欧姆定律可判断出电流表A1的示数变大。