高中物理电路图的简化电路动态分析故障分析专题

教案纸三、含电容器、电流表、电压表的复杂电路：画等效电路时，①电流表视为导线，电容器、电压表视为断路（若考虑内阻，则将其视为一个大电阻），与电容器、电压表串联的用电器视为短路即可。

②画等效电路图的同时，根据图中电流方向将电流表接入电路；根据图中所标节点数字，将电压表和电容器接入电路。

③无电流的支路删去即可专题二：直流电路的动态分析根据欧姆定律及串、并联电路的性质，来分析电路中由于某一电阻的变化而引起的整个电路中各部分电学量（如I 、U 、R 总、P 等）的变化情况，常见方法如下：一．程序法。

基本思路是“局部→整体→局部”。

即从阻值变化的的入手，由串并联规律判知R 总的变化情况再由欧姆定律判知I 总和U 端的变化情况最后由部分电路欧姆定律及串联分压、并联分流等规律判知各部分的变化情况其一般思路为：（1）确定电路的外电阻R 外总如何变化；① 当外电路的任何一个电阻增大（或减小）时，电路的总电阻一定增大（或减小）② 若电键的通断使串联的用电器增多，总电阻增大；若电键的通断使并联的支路增多，总电阻减小。

③ 如图所示分压电路中，滑动变阻器可以视为由两段电阻构成，其中一段与电器并联（以下简称并联段），另一段与并联部分相路障（以下简称串联段）；设滑动变阻器的总电阻为R ，灯泡的电阻为R 灯，与灯泡并联的那一段电阻为R 并，则会压器的总电阻为：由上式可以看出，当R 并减小时，R 总增大；当R 并增大时，R 总减小。

由此可以得出结论：分压器总电阻的变化情况，R 总变化与并联段电阻的变化情况相反，与串联段电阻的变化相同。

④在图2中所示并联电路中，滑动变阻器可以看作由两段电阻构成，其中一段与R 1串联（简称R 上），另一段与R 2串联（简称R 下），则并联总电阻由上式可以看出，当并联的两支路电阻相等时，总电阻最大；当并联的两支路电阻相差越大时，总电阻越小。

（2）根据闭合电路欧姆定律rR E I +=外总总确定电路的总电流如何变化；（3）由U 内=I 总r 确定电源内电压如何变化；（4）由U 外=E －U 内(或U 外=E-Ir)确定电源的外电压如何（路端电压如何变化）⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==↓↑→↑→↓→=∞→↑↓→↓→↑→-=00U R U Ir I R EU R U Ir I R Ir E U 短路当断路当外； （5）由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两的电压如何变化；（6）确定支路两端电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化（可利用节点电流关系）。

动态分析问题的思路程序可表示为： 简单表示为：例1、在右图所示电路中，电源的电功势为E 、内阻为r R R R ，、、123为定值电阻，R 是一滑动变阻器，电路中的电压表和电流表均视为理想的。

试讨论：当R 的滑键向上滑动时，电源总功率及各电表示数如何变化？ 解析：本题等效电路如右下图所示。

R 的滑键上滑时，其阻值增大，导致电路中总电阻增大。

由I ER r=+外可知，电路中的总电流减小，即表示数减小。

因电源端电压U EI r=-，故端电压增大，即示数增大。

电源的总功率P E I =减小。

R 1上的电压因总电流的减小而变小，U 2变大，（U U U 21=-端）所以示数变大。

R 2上的电流强度I 2变大，所以的示数变大。

因总电流变小，I 2变大，所以I 3变小（I I I 总=+23），的示数变小，的示数变小。

点评：（1）、根据全电路欧姆定律，分析总电流的变化情况和路端电压的变化情况。

因此电源的电动势E 和内电阻r 是定值，所以，当外电阻R 增大（或减小）时，由I ER r=+可知电流减小（或增大），由U EI r =-可知路端电压随之增大（或减小）。

（2） 根据串、并联电路的特点和局部电路与整个电路的关系，分析各部分电路中的电流强度I 、电压U 和电功率P 的变化情况。

一般来说，应该先分析定值电阻上I 、U 、P 的变化情况，后分析变化电阻上的I 、U 、P 的变化情况。

例2、 如图所示，电键闭合时，当滑动变阻器滑片P 向右移动时，试分析L 1、L 2的亮度变化情况。

分析与解：当P 向右移动时，滑动变阻器的有效电阻变大，因此，整个电路的电阻增大，路端电压增大，总电流减小，流过L 1的电流将减小，L 1将变暗；同时L 1分得的电⇒⇒⇒⇒↑↓↓↑↑↓↑↓端总总局U I R R I 分U 分1L 2L P3L 局部 R 的变化全局I 总、U 端的变化局部I 分、U 分的变化B ．U 1变大，U 2变大C ．U 1变小，U 2变小D ．U 1变小，U 2变大2.在如图所示的电路中，E 为电源电动势，r 为电源内阻，R 1和R 3 均为定值电阻，R 2为滑动变阻器。

当R 2的滑动触点在a 端时合上开关S ，此时三个电表A 1、A 2和V 的示数分别为I 1、I 2和U 。

现将R 2的滑动触点向b 端移动，则三个 电表示数的变化情况是（ ）A ．I 1增大，I 2不变，U 增大B ．I 1减小，I 2增大，U 减小C ．I 1增大，I 2减小，U 增大D ．I 1减小，I 2不变，U 减小3.如图所示是一实验电路图，在滑动触头由a 端滑向b 端的过程中，下列表述正确的是（ ）A ．路端电压变小B ．电流表的示数变大C ．电源内阻消耗的功率变小D ．电路的总电阻变大4.电动势为E 、内阻为r 的电源与定值电阻R 1、R 2及滑动变阻器R 连接成如图所示的电路，当滑动变阻器的触头由中点滑向b 端时，下列说法正确的是 （ ） A.电压表和电流表读数都增大 B.电压表和电流表读数都减小 C.电压表读数增大，电流表读数减小 D.电压表读数减小，电流表读数增大5、在右图所示电路中R R 23、是定值电阻，R 1是滑动变阻器，当R 1的滑键由左端向右端滑动时，各个电表的示数怎样变化？ 答案：1、A 2、B3、A 解析：当滑片向b 端滑动时，接入电路中的电阻减少，使得总电阻减小D 错；根据总R EI，可知总电流在增加，根据闭合电路中的欧姆定律A A V SRR Ra bE r有外U Ir E +=,可知路端电压在减小，A 对；流过电流表的示数为3R U I 外=，可知电流在减小，B 错；根据r I P 2=，可知内阻消耗的功率在增大，C 错。

4、A 解析：设滑动变阻器的触头上部分电阻为x ，则电路的总电阻为212x R R r R x R •+++总＝,滑动变阻器的触头由中点滑向b 端时，并联支路电阻x 增大，故路端电压变大，同时并联部分的电压变大，故通过电流表的电流增大， 故选项A 正确。

5、解析：当R 1的滑键向右滑动时，由R 1和R 2组成的分压器的串联段电阻减小，所以电路的总电阻减小：根据I ER r=+可知干路中的电流强度增大，电流表○A 的示数增大，再根据U EI r =-，可知路端电压减小，电压表○V 的示数减小。

因为R 3为定值电阻，当干路中电流强度增大时，其两端电压随之增大，所以电压表的示数增大。

根据U U U 13=-，因U 减小，U 3增大，所以U 1减小，电压表的示数减小。

当滑动变阻器的滑键向右滑动时，R 1的左段电阻R 左与R 2并联部分的电阻增大，且干路中的电流强度增大，根据部分电路欧姆定律可知电压表的示数增大，由于R 2为定值电阻，且U 2增大，根据部分电路欧姆定律可知电流表示数增大。

根据并联分流原理，通过电流表的电流强度为：在上式中，分子为恒量，分母为关于R 左的二次函数，且二次项的系数小于零，分母有极大值，由此可见，电流表的示数先减小后增大。

五、规律小结专题三：电路的故障分析一、电路故障的特点1、断路的特点：电路中发生断路，表现为电源电压不为零而电流强度为零，若外电路中任意两点之间的电压不为零，则这两点间有断点，而这两点与电源联结部分无断点。

2、短路的特点：电路中发生短路，表现为有电流通过电路而电压为零。

二、电路故障的分析方法 1、仪器检测法（1）断路故障的判断：用伏特表与电源并联，若有电压时，再逐段与电路并联，若伏特表指针偏转，则该段电路中有断点。

（2）短路故障的判断：用伏特表与电源并联，若有电压时，再逐段与电路并联；若伏特表示数为零时，该电路被短路；当伏特表示数不为零，则该电路不被短路或不完全被短路。

2、假设法：已知电路发生某种故障，寻求故障发生在何处时，可将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分电路发生故障，运用电流定律进行正向推理，推理结果若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路；若推理结果与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路，直到找出发生故障的全部可能为止。

【例题】如图所示，电路中灯泡L1和L2都不亮，用电压表测得各部分电压为：Uab=0，Ubc=U ，Udc=0，Uda=U 。

则电路的故障为（ B ）A ．变阻器R 短路B ．变阻器R 断路C ．灯泡L1断路D ．灯泡L1和L2都断路【例题】如图所示，、、是三个完全相同的小灯泡，串联后接在电压为6V 的电路中，原来三个小灯泡都正常发光，现在三个小灯泡都不亮了．用电压表接在a 、c 两端时，示数是6V ；接在a 、b 两端时，示数是0．接在b 、d 两端时，示数也是0，那么灯丝断了的小灯泡是（ B ）A 、1L 、2L 、3L 这三个小灯泡中的某一个B 、1L 和2LC 、1L 和3LD 、2L 和3L【例题】如图所示的电路中，闭合电键，灯L 1、L 2正常发光．由于电路出现故障，突然发现灯L 1变亮，灯L 2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是（A ）A ．R 1断路B ．R 2断路C ．R 3短路D ．R 4短路★解析：把原电路改画为如图所示的电路，才便于分析．由于电流表示数减小、灯L 2变暗，可推知电路中的总电流减小，路端电压增大，表明外电阻增大，可排除R 3、R 4短路的可能．又灯L 1变亮、灯L 2变暗，表明灯L 1两端电压增大、灯L 2两端电压减小，由欧姆定律可判断：只能是R 1发生断路．答1L 2L SAV图案：A同步练习1．在图所示的电路中，电源电压保持不变。

闭合电键S ，电路正常工作。

过了一会儿，灯L 熄灭，两个电表中只有一个电表的示数变大，则下列判断中正确的是 A 、一定是灯L 断路，电流表的示数变小。

B 、可能是灯L 短路，电压表的示数变大。

C 、一定是电阻R 断路，电流表的示数变小。

D 、可能是电阻R 短路，电压表的示数变大。

4．在图所示的电路中，闭合电键S ，灯L 不亮，电压表V 无示数。

若电路中各处均接触良好，除灯L 和电阻R 中的某一个外，其余元件均完好，则下列判断中正确的是（ ）A 一定是电阻R 短路，电流表的示数变大。

B 可能是电阻R 断路，电流表的示数变小。