分压电路的动态分析
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分压电路的动态分析
分压电路是高中阶段学生必须掌握的一种电路,对分压电路的动态分析也就显得很重要了,因此有必要进行详细地讨论。
图1所示的是分压电路的电路图,其中滑动变阻器的总阻值为R,设滑片左边的部分电阻为x,则滑片右边的部分电阻为,负载电阻为。
首先,我们讨论外电阻随x的变化而变化的规律。由串并联电路知识知:
上式中括号内是数学中提到的“对勾函数”,令
则有:
当且仅当时,等号成立,此时有:。因此:
当时,为增函数;
当时,为减函数。
函数图象如图2所示。
在我们要讨论的物理问题中,。因此,y为增函数,为减函数。我们把这作
为一个非常重要的结论。
结论一:当x增大时,分压电路的外电阻将减小。
由闭合电路欧姆定律可知,干路中的电流将增大。在电路中和x是并联关系,因此它们的电流是按电阻的反比来分配的。负载上的电流
x增大的结果是使上式中的分子I增大,同时使上式中的分母减小,我们将得到
结论二:当x增大时,流过负载的电流增大。
由于负载是定值电阻,由、可知:
结论三:当x增大时,负载两端的电压增大。
结论四:当x增大时,负载消耗的电功率增大。
另外:由P=EI、可知:
结论五:当x增大时,电源提供的电功率和电源内阻上消耗的电功率都将增大。
由和结论一可知:
结论六:当x增大时,电源的效率降低。
总之,我们可以说,当x增大时,负载上的电流、电压、电功率都是增大的,电源提供的总功率也增大,但电源的效率下降了。下面的一道习题作为练习:
练习题:电路如图所示,定值电阻、,电源电动势为E=6V,内阻为,滑动变阻器总阻值为,当滑动触头P从最左端向右滑动过程中,则下更判断错误的是()
A.电源消耗的功率一直减小
B.消耗的功率一直减小
C.消耗的功率一直减小
D.电源内阻r消耗的功率先减小后增大
参考答案:D
[参考文献]
杜占英河北安国中学《2011-2012学年第一学期期中考试高二物理试题》二零一一年十月底到十一月初