电路串并联情况的分析是解决初中电学问题的关键步骤,开关的断开闭合和滑动变阻器的滑片移动会导致电路的串并联情况发生变化,本文就例题详细解析电路串并联情况的分析过程及经典解题思路,希望能给初三学生的复习备考提供帮助。
例题
如图所示,电源两端的电压保持不变,滑动变阻器的最大电阻Rab=12Ω,当开关S1闭合,S2断开,滑片P滑到b端时,电压表的示数为U1,灯L消耗的功率是其额定功率的1/9;当开关S1、S2同时闭合,滑片P滑到a端时,电流表的示数为2A,此时电阻R0的电功率为12W,电压表的示数为U2,且U2∶U1=2∶1,求:
(1)当开关S1、S2同时闭合,滑片P滑到a端时,电压表的示数;
(2)灯L的额定功率。
1、当开关S1闭合,S2断开,滑片P滑到b端时
分析电路过程:
电流从电源正极出发,到达第一个节点进行分支,一路遇到电压表,此路不通,另一路流过滑动变阻器,到达第二个节点进行分支,一路流经导线,另一路遇到电阻R0,所以R0被导线短路,电流到达第三个节点进行分支,一路遇到开关S2,此路不通,另一路流经灯L、电流表,到达电源负极。
具体电路图:
电路中滑动变阻器电阻R和灯泡L串联,电阻R0被短路,此时,滑动变阻器接入电路的电阻为Rab,电压表测的是滑动变阻器R两端的电压,电流表测的是干路电流。
根据欧姆定律和题目中的条件:Iab=U1/Rab,Rab=12Ω,则滑动变阻器的电流Iab=U1/12;
根据串联电路的特点和结论:串联电路中的电流处处相等,I1=I灯=Iab,Iab=U1/12,
则干路电流I1=U1/12,灯L电流I灯=U1/12;
根据欧姆定律和结论:U=I1(Rab+R灯),I1=U1/12,Rab=12Ω,则U=U1(12+R灯)/12;
根据电功率的计算公式和结论:P灯=I灯^2*R灯,I灯=U1/12,
则灯L消耗的电功率P灯=U1^2*R灯/144。
2、当开关S1、S2同时闭合,滑片P滑到a端时
分析电路过程:
电流从电源正极出发,到达第一个节点进行分支,一路遇到电压表,此路不通,另一路继续前行到达第二个节点进行分支,一路流经电阻R0,另一路流经滑动变阻器,两路电流再次汇总继续前进,到达第三个节点进行分支,一路流过导线,另一路遇到灯L,所以灯L被短路,电流继续前行,流过电流表,到达电源负极。
具体电路图:
电路中滑动变阻器电阻R和电阻R0并联,灯L被短路,滑动变阻器接入电路的电阻为Rab,电压表测的是电源电压,电流表测的是干路电流。
根据题目中的条件和结论:电源电压U=U2,U=U1(12+R灯)/12,则U2=U1(12+R灯)/12,;
根据结论:U2=U1(12+R灯)/12,U2∶U1=2∶1,则R灯=12Ω;
根据并联电路的特点和结论:并联电路各支路两端的电压相等,则R0两端的电压U0=U,滑动变阻器两端的电压Uab=U;
根据欧姆定律和结论:Iab=Uab/Rab,Rab=12Ω,I0=U0/R0,U0=U,Uab=U,则滑动变阻器中的电流Iab=U/12,电阻R0的电流I0=U/R0;
根据并联电路的特点和结论:干路电流等于各支路电流之和,I2=Iab+I0,Iab=U/12,I0=U/R0,I2=2A,则干路电流I2=U/12+U/R0=2;
根据电功率的计算公式和题目中的条件:P0=U^2/R0,P0=12W,则R0=U^2/12;
根据结论:U/12+U/R0=2,R0=U^2/12,则电源电压U=12V,R0=12Ω;
根据结论:U=U2,U2∶U1=2∶1,U=12V,则U1=6V;
根据结论:P灯=U1^2*R灯/144,R灯=12Ω,U1=6V,则灯L的实际功率P灯=3W;
根据题目中的条件:P灯=1/9P额,P灯=3W,则灯L的额定功率P额=27W;
所以,当开关S1、S2同时闭合,滑片P滑到a端时,电压表的示数为12V,灯L的额定功率为27W。
结语
电路串并联情况的分析以电流的流向作为参考依据,从电源正极出发,遇到节点进行分支,支路如果是导线、电流表或闭合的开关,则其他支路的电器元件会被短路;支路如果是电压表或断开的开关,则此路不通;如果是其他电器元件,则顺利通过,最后多条支路电流汇总,共同流向电源负极。