核心专题二 滑动变阻器和敏值电阻的动态电路 学案（含答案）2023-2024学年物理沪科版九年级全一册

核心专题二 滑动变阻器和敏值电阻的动态电路
素养目标
1.通过对串、并联电路中滑动变阻器及敏值电阻的变化引起的动态电路分析,进一步熟悉动态电路的等效电路的画法。
2.通过对因为滑动变阻器或者敏值电阻的变化引起的动态电路中电流、电压和电阻的计算,进一步熟悉针对不同电路中的电流、电压和电阻计算过程中正确选择公式的技巧。
◎重点:含有滑动变阻器或者敏值电阻的动态电路分析;分析、计算电流、电压和电阻问题时公式的选择。
【专题突破】
　　1.滑动变阻器的变化引起的动态电路
例1　电路如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.若灯丝断路,闭合开关后电压表和电流表都没有示数
B.若将电压表与电流表交换位置,闭合开关后灯泡能发光
C.闭合开关,滑片向右移,灯泡变暗
D.闭合开关,改变滑片位置,电压表与电流表示数比不变
思路导引　由电路图可知,灯泡与滑动变阻器R串联,电压表测灯泡两端的电压,电流表测电路中的电流。
(1)若灯丝断路,根据电路中的连接状态即可判断电压表示数等于电源电压、电流表示数为0;
(2)若将电流表和电压表的位置接反(即两表位置交换),根据电表的正确使用判断灯泡被短路、不能发光;
(3)根据滑片右移可知接入电路中电阻变大,根据欧姆定律可知电路中电流变小,据此可知灯泡变暗;
(4)根据欧姆定律可知电压表与电流表示数之比为灯泡的电阻。
对点自测
1.在如图所示的电路中,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向右移动时 ( )
A.灯L1变亮,灯L2变暗
B.灯L1亮度不变,灯L2变亮
C.灯L1和L2均变暗
D.灯L1变亮,灯L2亮度不变
2.某同学连接了如图所示的电路,电源电压保持不变,R0为定值电阻,不考虑小灯泡灯丝电阻的变化。闭合开关,若将滑动变阻器的滑片P向A端移动,则下列判断正确的是 ( )
A.电压表V1的示数保持不变
B.电流表的示数变大
C.电压表V2的示数变小
D.小灯泡变亮
【答案】例1　C
对点自测
1.B　2.C
2.敏值电阻的变化引起的动态电路
例2燃气安全无小事,安全用气要记牢。下图是一个厨房天然气安全报警装置内部的部分电路原理图。电源电压不变,R0为定值电阻,R是用半导体材料制成的气敏电阻,其电阻值会随天然气浓度的升高而变小。闭合开关S,若厨房天然气浓度升高,则下列判断正确的是 ( )
A.通过电阻的电流变小
B.气敏电阻R的阻值变大
C.电压表的示数变大
D.气敏电阻R两端电压变大
思路导引　由电路图可知,定值电阻R0和气敏电阻R串联,电压表测R0两端的电压。根据气敏电阻R的阻值会随天然气浓度的升高而变小判断厨房天然气浓度升高时其阻值变小,根据欧姆定律可知电路中电流变大、R0两端电压变大,根据串联电路的电压特点判断气敏电阻R两端电压变小。
对点自测
3.在如图所示的电路中,电源电压保持不变,R为光敏电阻,其阻值大小随光照强度的增强而减小,闭合开关S后,当光照强度减弱时 ( )
A.电压表的示数变大,灯L变亮
B.电压表与电流表示数的比值不变
C.电压表示数变大
D.电流表的示数变大
4.如图所示,这是某潜水器深度测试仪的简化电路图,电源电压保持不变,R为压敏电阻,其阻值随压力增大而减小。R0为定值电阻,其作用是 。闭合开关后,当潜水器下潜深度增大时,电流表示数将 (选填“变大”、“不变”或“变小”)。与在淡水中相比,潜水器在海水中同一深度时,电流表的示数要更 (选填“大些”或“小些”)。(ρ海水>ρ淡水)
【答案】例2　C
对点自测
3.C
4.保护电路　变大　大些
3.滑动变阻器的最值问题
例3　如图所示的电路中,电源电压保持不变,电阻R1的阻值为10 Ω,R2为滑动变阻器,闭合开关,当滑片P处于a端时,电流表示数为0.6 A,问:
(1)电源电压为多少
(2)当滑片P处于b端时,电压表示数为5 V,则滑动变阻器R2最大电阻为多少
(3)若电压表量程为0~3 V,为了保证电路安全,通过电路的最小电流为多少
思路导引　(1)当滑片P在a端时,电路为R1的简单电路,电流表测电路中的电流,根据欧姆定律求出电源电压;
(2)当滑片P在b端时,R1与R2的最大阻值串联,电压表测R2两端的电压,根据串联电路的电压特点求出R1两端的电压,根据串联电路的电流特点和欧姆定律得出等式即可求出滑动变阻器R2的最大阻值;
(3)根据串联电路分压原理可知,当电压表的示数最大时,滑动变阻器接入电路的电阻最大,根据串联电路特点和欧姆定律可计算通过电路的最小电流为多少。
对点自测
5.如图,电流表量程0~0.6 A,电压表量程0~15 V,电阻R0=30 Ω,电路两端电压恒为24 V。
(1)闭合开关,当电流表示数为0.4 A时,R0两端电压是多少V 此时滑动变阻器连入电路的阻值是多少Ω
(2)当滑动变阻器连入电路的电阻太小时,电路中的电流会超过电流表量程,当滑动变阻器连入电路的电阻太大时,变阻器两端电压会超过电压表量程,求在不超过电表量程的情况下,滑动变阻器连入电路的阻值范围。
【答案】例3　解:(1)当滑片P在a端时,电路为R1的简单电路,电流表测电路中的电流,
由欧姆定律可得电源电压:
U=IR1=0.6 A×10 Ω=6 V
(2)当滑片P在b端时,R1与R2的最大阻值串联,电压表测R2两端的电压,因串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以,R1两端的电压:
U1=U-U2=6 V-5 V=1 V
因串联电路中各处的电流相等,所以,电路中的电流:
I'==,即=,
解得滑动变阻器R2的最大阻值:R2=50 Ω
(3)根据串联电路分压原理可知,当电压表的示数最大时,滑动变阻器接入电路的电阻最大,
串联电路总电阻等于各分电阻之和,此时电路总电阻最大,由欧姆定律可得此时通过电路的电流最小,
电压表量程为0~3 V,当电压表的示数为3 V时,R1两端的电压:
U1'=U-U2'=6 V-3 V=3 V
通过电路的电流最小:I''===0.3 A
对点自测
5.解:电路中电阻R0和滑动变阻器串联。电压表测量滑动变阻器两端电压,电流表测量电路中的电流。
(1)由欧姆定律得,当电流表示数为0.4 A时,
电阻R0的电压:U0=IR0=0.4 A×30 Ω=12 V
滑动变阻器两端电压:
U滑=U总-U0=24 V-12 V=12 V
滑动变阻器的电阻:R滑===30 Ω
(2)由欧姆定律得,电流表满偏时R0两端电压:U0'=I'R0=0.6 A×30 Ω=18 V
滑动变阻器两端电压:
U滑'=U-U0'=24 V-18 V=6 V
滑动变阻器最小阻值:Rmin===10 Ω
电压表满偏时滑动变阻器两端电压:U滑″=15 V
R0两端电压:U0″=U-U滑″=24 V-15 V=9 V
电流:I″===0.3 A
滑动变阻器最大阻值:Rmax===50 Ω
故滑动变阻器阻值范围为10 ~50 Ω。
【方法突破】
动态电路分析方法
1.滑动变阻器引起的动态电路分析
①分析初始电路的连接方式(串联或并联);
②分析确定各电表所测的对象;
③移动滑动变阻器的滑片后,判断变阻器接入电路中的电阻大小的变化;
④结合电源电压不变,固定电阻不变和用电器电阻不变,并根据串、并联电路中的电流、电压特点及欧姆定律确定电表示数的变化情况,进行相关的物理量大小的分析 。
·学习小助手·
没有判断清楚滑动变阻器连入电路的是哪一部分,是解决电表示数变化问题常出现的错误。
2.“特殊”滑动变阻器引起的动态电路分析
“特殊”滑动变阻器引起的动态电路变化是指如弹簧、杠杆、热敏电阻、光敏电阻、或磁敏电阻等引起的电阻变化、电流变化等。此类题目只需将其阻值随外界因素的变化情况等效为滑动变阻器引起的动态电路,即可用上述滑动变阻器的滑片引起的电路动态分析来解决。