【例9】(2000年上海高考试题)某同学按如图所示电路进行实验,实验时该同学将变阻器的触片P移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示:
序号 A1示数(A) A2示数(A) V1示数(V) V2示数(V)
1 0.60 0.30 2.40 1.20
2 0.44 0.32 2.56 0.48
将电压表内阻看作无限大,电流表内阻看作零。
①电路中E, 分别为电源的电动势和内阻, , , 为定值电阻,在这五个物理量中,可根据上表中的数据求得的物理量是(不要求具体计算) 。
②由于电路发生故障,发现两电压表示数相同了(但不为零),若这种情况的发生是由用电器引起的,则可能的故障原因是 。
解析:①先将电路简化,R1与r看成一个等效内阻r,=R1+r,则由V1和A1的两组数据可求得电源的电动势E;由A2和V1的数据可求出电阻R3;由V2和A1、A2的数据可求出R2。
②当发现两电压表的示数相同时,但又不为零,说明V2的示数也是路端电压,即外电路的电压全降在电阻R2上,由此可推断Rp两端电压为零,这样故障的原因可能有两个,若假设R2是完好的,则Rp一定短路;若假设RP是完好的,则R2一定断路。
(3)根据观察现象,分析推断故障
【例10】(2001年上海高考试题)如图所示的电路中,闭合电键,灯L1、L2正常发光,由于电路出现故障,突然发现灯L1变亮,灯L2变暗,电流表的读数变小,根据分析,发生的故障可能是:
(A)R1断路 (B)R2断路
(C)R3短路 (D)R4短路
解析:首先应对电路进行标准化,如图所示为其标准化后的电路。当R1断路时,总电阻增大,所以通过电源的总电流减小,灯L2变暗,电流表的读数变小,而路端电压增大,所以L1两端电压增大,灯L1变亮,所以A选项正确。
当R2断路时,总电阻增大,所以通过电源的总电流减小,灯L1变暗,而路端电压增大,所以L2两端电压增大,灯L2变亮,所以B选项不正确。
当R3短路时,总电阻减小,所以通过电源的总电流增大,灯L1变亮,而路端电压减小,所以L2两端电压减小,灯L2变暗,因为总电流增加,而通过L2的电流减小,电流表的读数变大,所以C选项不正确。
当R4短路时,总电阻减小,所以通过电源的总电流增大,灯L1变亮,而路端电压减小,所以L2两端电压减小,灯L2变暗,因为总电流增加,而通过L2的电流减小,电流表的读数变大,所以D选项不正确。
【例11】某居民家中的电路如图6所示,开始时各部分工作正常,将电饭煲的插头插入三孔插座后,正在烧水的电热壶突然不能工作,但电灯仍正常发光.拔出电饭煲的插头,把试电笔分别插入插座的左、右插孔,氖管均能发光,则:
A.仅电热壶所在的C、D两点间发生了断路故障
B.仅电热壶所在的C、D两点间发生了短路故障
C.仅导线AB间断路
D.因为插座用导线接地,所以发生了上述故障
解析:由于电灯仍正常发光,说明电源是好的,电热壶所在的C、D两点间没有发生短路故障。把试电笔分别插入插座的左、右插孔,氖管均能发光,说明插座的左、右插孔都与火线相通,说明电热壶所在的C、D两点间没有发生断路故障。综合分析可知,故障为导线AB间断路,即C选项正确。
(4)根据故障,分析推断可能观察到的现象
【例12】如图所示,灯泡A和B都正常发光,R2忽然断路,已知U不变,试分析A、B两灯的亮度如何变化?
解析:当R2忽然断路时,电路的总电阻变大,A灯两端的电压增大,B灯两端的电压降低,所以将看到灯B比原来变暗了些,而灯泡A比原来亮了些。
三、综合例析
【例13】如图所示的电路中,定值电阻R=3 Ω,当开关S断开时,电源内、外电路消耗的功率之比为1∶3;当开关S闭合时,内、外电路消耗的功率之比为1∶1.求开关S闭合前和闭合后,灯泡L上消耗的功率之比(不计灯泡电阻的变化).
解:设电源电动势为E,内阻为r.开关S断开时,
所以RL=3r UL= E
所以PL=
开关S闭合时, R并=r, U并= E
所以UL′= E
所以PL′=
故得
(或先求出r=2Ω,RL=6Ω,再求灯泡功率)
【例14】在如图所示的电路中,R1=2 Ω,R2=R3=4 Ω,当电键K接a时,R2上消耗的电功率为4 W,当电键K接b时,电压表示数为4.5 V,试求:
(1)电键K接a时,通过电源的电流和电源两端的电压;
(2)电源的电动势和内电阻;
(3)当电键K接c时,通过R2的电流.
解:(1)K接a时,R1被短路,外电阻为R2,根据电功率公式可得通过电源电流
A
电源两端电压 V
(2)K接a时,有E=U1+I1r=4+r
K接b时,R1和R2串联, R′外=R1+R2=6Ω
通过电源电流I2= A
这时有:E=U2+I2r=4.5+0.75 r
解①②式得:E=6 V r=2 Ω
(3)当K接c时,R总=R1+r+R23=6 Ω
总电流I3=E/R总=1 A
通过R2电流I'= I3=0.5 A
【例15】在如图所示的电路中,电源的电动势E=3.0 V,内阻r=1.0 Ω;电阻R1=10 Ω,R2=10 Ω,R3=30 Ω,R4=35 Ω;电容器的电容C=100 μF.电容器原来不带电.求接通电键K后流过R4的总电量.
解:由电阻的串并联公式,得闭合电路的总电阻为R= +r
由欧姆定律得,通过电源的电流 I=
电源的端电压U=E-Ir
电阻R3两端的电压U′=
通过R4的总电量就是电容器的电量 Q=CU′
由以上各式并带入数据解得 Q=2.0×10-4 C
三、针对训练
1. 关于闭合电路,下列说法中正确的是
A.闭合电路中,电流总是从电势高的地方流向电势低的地方
B.闭合电路中,电源的路端电压越大,电源的输出功率就越大
C.闭合电路中,电流越大,电源的路端电压就越大
D.闭合电路中,外电阻越大,电源的路端电压就越大
2. 用电动势为E、内阻为r的电源对外电路供电,下列判断中正确的是
①电源短路时,路端电压为零,电路电流达最大值 ②外电路断开时,电路电压为零,路端电压也为零 ③路端电压增大时,流过电源的电流一定减小 ④路端电压增大时,电源的效率一定增大
A.① B.①③ C.②④ D.①③④
3.一太阳能电池板,测得它的开路电压为800 mV,短路电流为40 mA,若将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻器连成一闭合电路,则它的路端电压是
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