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初中应用物理竞赛专题-电路分析

发布时间:2014-01-18 09:49:35  

专题五

电路分析

竞赛要求
1.分析判断电路的连接情况及串、并联电路 的特点。 2.掌握分析电路连接方法。 3.了解通路、断路、短路的危害。 4.知道日常生活中造成短路和断路的原因及 其故障分析。 5.“黑匣子”问题的电路分析及电路设计。

竞赛诠释
1.把电路器件首尾顺次连接起来的电路叫串联电路,把电路器件并列连 接起来的电路叫并联电路;即有串联连接又有并联连接的电路叫混联 电路。 2.分析电路的连接方法:电流分析法、断路分析法、合点分析法和利用 电路的重复性、对称性等方法。 3.串联连接的用电器工作时互相影响,并联的用电器工作时互不影响, 串联电路中电流只有一条路径、没有分支,并联电路中电流有分支。 4.通路是指处处连通的电路,断路是指某处(或几处)断开的电路,短 路是指电路电流不经过所有用电器(或部分用电器)的电路。短路 时,电流过大,容易烧坏电能表、熔丝、导线和电源。

竞赛诠释
5.日常生活中造成电路短路的原因: ①连接用电器的两根导线直接相连 ②用电器内部接线相碰 ③误将电流表与用电器并联 造成电路开路原因有: ①导线在接线柱处接触不良 ②用电器内部电路烧断 ③误将电压表串联在电路中 6.常见的串联电路有:开关与它所控制电路应串联,滑动变阻器与 它所控制的电路应串联,电流表与它所测电路应串联;常见并联 电路有:家用电器间应并联,家用电器与插座间应并联,电压表 与所测电路应并联。

赛题点拔
[赛题1] 下图中四个灯泡的连接方式是 [

D

]

B
A
L1 L2

B A
L3 L4

C

在图中,灯L1、L2、L3的两端都分别与A、B 两点相连,故图又可等效地画成为右下图.

分析:在电路中,同一条导线 (不论其长 短,只要其电阻可忽略不计 )的两端可认 为是同一点 (相当于把这条导线缩短到两 端合为一点一样,因为这条导线的电阻不 计,则其长短对电路中电流的大小并无影 响 ) ,由此我们把图中同一条导线的两端 用同一个字母表示如左图.
L1

A.四灯串联。 B.四灯并联。 C.L2、L3、L4并联,再与L1串联。 D.L1、L2、L3并联,再与L4串联。

A

L2

B

L4

C

L3

赛题点拔
[赛题2]在下图所示的电路中: ⑴当开关S1、S3断开,S2、S4闭合时,能工作的用电器是 ⑵当开关S1、S4断开,S2、S3闭合时,能工作的用电器是

电灯
电铃

⑶如果同时闭合 S1 、S2 或 S3、 S4 ,会使用电器发生短路。
⑷要使电灯和电铃并联,应同时闭合 S1 、S4 ,断开 S2 、S3 。 ⑸要使电灯和电铃串联,应同时闭合
S1 S1 S2 S2 S3

S2

,断开 S1、S3、 S4 。
S1
S2

S4

S3

S4

S3

S4

赛题点拔
[赛题3]如下图所示是某电路的一部分,已知流过

灯泡的电流 2A,流过R1的电流是1A,方向如图中箭头方向所示,则流过 变阻器R2的电流多大?方向如何?
分析:抓住在任一时刻,流入任一节点 电流的总和恒等于流出该节点电 流的总和。
I+I2=I1 2A+I2=1A I2=-1A I=I1+I2 2A=1A+I2 I2=1A I1 R1

I

×

∴电流方向由a流向b

← ← ↓
R2 I2 a




b



赛题点拔
[赛题4]一只黑盒子里有两只灯泡,用导线 将它们接好,如下图 所示,A、B、C是三根引出的接线柱,当开关S接在A点时, 只有一盏灯亮;当开关接在B点时,两灯都亮。试在图中盒 子的方框里画出这两盏灯的连接图。

A
C S

B

赛题点拔
[赛题5]有四盏灯(额定电压为1.5V),一个电源(电压3V),一个开关及 一些导线,请按下列要求分别画出电路图。 ⑴开关闭合,当L1灯丝烧断时,L2、L3和L4不受影响; ⑵开关闭合,当L2灯丝断了, L1不亮,而L3、L4不受影响。
分析: ⑴L1不亮, L2、L3和L4无影 响,说明L1一定和L2、L3和L4组成的 电路并联。而L2、L3和L4的连接可以 是串联,也可以是混联,但不能是并联, 原因是四个灯泡并联电压为3V,会烧 坏灯泡。 ⑵L2灯丝断了,L1不亮,说明L1与L2 串联;而L3、L4不受影响,说明L1、 L2与L3、L4并联。L3与L4只能串联, 不可能并联,原因是并联会导致电压 过高而烧坏灯泡。
L2 L3 L4 L1 L4 L3 L2 L1 L4 L2 L3 L1


L3 L1 L4 L2

×
L4 L3 L1 L2





×

赛题点拔
[赛题6]在图所示的电路中,A、B、C分别表示电流表或电压表,它们的示 数以安或伏为单位.当电键S闭合后,A、B、C三表示数分别为1,2, 3时,灯L1、L2正好均正常发光.已知灯L1、L2的额定功率之比 为3∶1,则可判断( D ) A L2 A.A、B、C均为电流表 B B.A、B、C均为电压表 C C.B为电流表,A、C为电压表 L1 S D.B为电压表,A、C为电流表
分析:若三表均为电流表,则电路短路,两灯均不会正常发光,可见选项A不对. 若三表均为电压表,则由于电压表电阻很大,全电路相当于断路,两灯也 不会发光,可见选项B不对. 若B为电流表,A、C为电压表,则两灯串联,此时两灯功率之比.应为 PL1/PL2 =UA/UC =1/3 可见选项C不对. 若B为电压表,A、C为电流表,则两灯并联,此时两灯功率之比应为 PL1/PL2 =IC/IA =3/1 这与题述比值相符,即选项D是对的.

赛题点拔
[赛题7]在下图所示的电路中,当滑动变阻器R的滑片P从B向A滑 动的过程中,电压表V1、V2示数的变化量的值分别为ΔU1、 ΔU2,则它们的大小相比较应该是( B ) R3
A.ΔU1<ΔU2 B.ΔU1>ΔU2 C.ΔU1=ΔU2 D.因为无具体数据,故无法比较
P

B

R A
V1

R2

V2

R1

分析:在上图电路

中,变阻器R的滑片P左端部分的电阻被短路,滑片P右端部分 的电阻与电阻R1并联形成电流的通路,这部分并联部分再和电阻R2和R3依次串联, 以U1、U2、U3分别表示这三部分的电压,以U0表示电源的总电压,则应有 U0=U1+U2+U3 当滑片P由B向A滑动时,并联部分的电阻减小,全电路的总电阻随之减小,电 路中的总电流增大,由于R2、R3不变,则U2、 U3随之增大,由于电源总电压不变, 则并联部分的电压U1必然减小,且其减少量△U1的大小应等于U2和U3的增加量△U2、 △U3之和.可见△U1的大小应比△U2的大小大一些.

赛题点拔
[赛题8]在一次实验中需要测量小灯泡两端的电压和流过它的电流 ,聪明而 粗心的小刚连接了下图所示的电路,同组的小林发现有错,主张拆了以后重 新连接,可是时间来不及了 ,小刚眼珠一转 ,在图示电路中只增加了一根导 线,电路就正常工作了,问: ⑴如果闭合图示电路中的开关,电压表的读数约为多少?电流表的读数约为 多少?小灯泡发光情况? ⑵在图中画出小刚连接的那根导线。 分析:电压表串联在电路中,电压表的 示数几乎等于电源的电压,而电压表串 联接在电路中,整个电路相当于断路, 电源6伏+ 电路中几乎没有电流。

定值电阻10欧

∴电压表的读数约为6伏,电流表的读 数约为0安,小灯光不发光。

开关

滑动变阻器0~10欧

赛题测试
[测试]电工师傅要在院子里装一盏灯,灯泡与室内的灯泡相同,并且共用一 个开关,他打算在闭合开关时两灯同时正常发光,断开开关时两灯同时熄 灭,他要求一位学徒电工进行操作,学徒电工把连接院子里电灯的两根导 线直接接到室内电灯开关的两个接线螺丝上,结果没有达到目的,请在下 图甲中画出学徒电工安装的电路图,并说明当开关断开和闭合时两灯是否 发光及亮度情况,然后在图乙中画出正确的电路图。 院子灯 开关断开时,院子 灯和室内灯都亮, 但两灯的亮度较暗。 开关闭合时,院子 室内灯 灯不亮,室内灯正 常发光。 院子灯

220V

220V

室内灯

甲 学徒电工的电路

乙 正确的电路

实战演练
[实战]从长江北岸到长江南岸的过江电缆中,有四根导线在电缆外壳 内相互绞合,分不清与第一根导线对应的是哪两个端点,如下图所 示,请你找出每一根导线对应的两个端点,即把这四根导线区别开 来(所有导线的电阻忽略不计,每根导线的端点已经剥掉一小段绝 缘皮) 可以使用的器材有:⑴一个额定电压为3V的小灯泡;⑵能点亮小灯泡 的电源;⑶几根短导线(每根长约1m)。要求:人只能在南、北两 岸之间往返一次,在每一根导线物两端编上同一编号,请写出主要 制作步骤。

虚线为电

缆壳
北岸 此处埋入水底 南岸

④ ③ ② ①

虚线为电缆壳 此处埋入水底

② ① ③ ④

北岸

南岸

主要操作步骤: ⑴在南岸任选两根导线将它们用短导线与电源相连,到北岸随机选出 两根线接在灯泡的两端,直到灯泡发光。说明使灯泡发光的两根导 线与南岸电源相连的两根导线构成通路。 ⑵将北岸的四根导线按1、2、3、4号编好号码,从使灯泡发光的两根 导线中任选一根与另外两根导线中也任选一根,把它们用短导线连 在一起,并记下彼此的编号。 ⑶拆下灯泡,返回南岸。在南岸从电源相连的两根导线中任选一根与 另外两根导线中任选一根用短导线分别与电源和灯泡相连,直到灯 泡发光。 ⑷由此可判定:在北岸使灯泡发光的那根导线和南岸只与电源相连的 那根导线是同一导线的两端。以此为基础就可全部判断剩余三根导 线中每一根导线的两端了。


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