動(dòng)態(tài)電路與圖象結(jié)合題剖析

劉麗

一、原題呈現(xiàn)

例（2020·遼寧中考卷·第9題）如圖1甲所示，小燈泡的額定電壓為6 V。R2的滑片P2移至最左端，閉合開關(guān)S，先將R1的滑片P1由最右端移至最左端，圖1乙是這一過程中電流表與電壓表示數(shù)的關(guān)系圖象。然后保持滑片P1位置不動(dòng)，將滑片P2向右移動(dòng)，直至小燈泡正常發(fā)光，圖1丙是這一過程中電壓表示數(shù)與R2連入阻值的關(guān)系圖象。下列判斷正確的是（ ）。

A. 小燈泡正常發(fā)光時(shí)，R2兩端電壓為7 V

B. 圖丙中M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的阻值為2 Ω

C. 整個(gè)過程中小燈泡消耗的最小功率為0.9 W

D. 整個(gè)過程中電路在10 s內(nèi)能夠消耗的最大電能為60 J

考點(diǎn)分析：本題考查了對(duì)電路的識(shí)別、動(dòng)態(tài)電路的判斷、在圖象中提取信息、串聯(lián)電路電流和電壓的關(guān)系、歐姆定律、電功、電功率的計(jì)算。

解析：分析電路圖和圖1乙，可得出電源電壓為12 V（如圖2）;R1（全部連入）與小燈泡、R2串聯(lián)時(shí)，R2（全部連入）與小燈泡的總電壓為9 V，則R1的電壓為3 V，電路中電流為0.3 A，可求得R1 = 10 Ω。

如圖3，分析電路圖和圖1丙，可得出R2最大電阻為20 Ω，燈泡正常發(fā)光時(shí)，R2與小燈泡的總電壓為7 V，因此此時(shí)U1 = 5 V，電流I = 5 V/10 Ω = 0.5 A，此時(shí)小燈泡的電壓等于額定電壓6 V，可求得小燈泡正常發(fā)光時(shí)，R2兩端電壓為7 V - 6 V = 1 V，A錯(cuò)誤;此時(shí)R2 = 1 V/0.5 A = 2 Ω，B正確;整個(gè)過程中電路在10 s內(nèi)能夠消耗的最大電能W = UIt =12 V × 0.5 A × 10 s = 60 J，D正確;R1（全部連入）與小燈泡、R2串聯(lián)時(shí)燈的功率最小，此時(shí)R2最大電阻為20 Ω，電路中電流為0.3 A，求得此時(shí)R2兩端電壓U2 = 6 V，燈的電壓為9 V - 6 V = 3 V，功率P = 3 V × 0.3 A = 0.9 W，C正確。故選BCD。

方法歸納：本題是一個(gè)動(dòng)態(tài)電路與圖象結(jié)合的問題，考查相關(guān)電學(xué)物理量的運(yùn)算，解決這類問題應(yīng)經(jīng)歷下面的過程：

（1）畫出電路簡(jiǎn)圖：根據(jù)條件R2的滑片P2移至最左端，閉合開關(guān)S，先將R1的滑片P1由最右端移至最左端，首先識(shí)別出由于滑動(dòng)變阻器滑片R1連電壓表，實(shí)際上相當(dāng)于R1全部連入電路，調(diào)節(jié)滑片只能改變電壓表示數(shù)，作出簡(jiǎn)圖如圖4。

（2）將圖象中的條件與電路圖結(jié)合：觀察圖1乙，提取信息，即滑片在最右端時(shí)電壓表示數(shù)為電源電壓12 V，滑片在最左端時(shí)R2（全部連入）與小燈泡的總電壓為9 V，并將這些信息畫在電路圖上，如圖2。

（3）拆分電路 + 電路圖與圖象信息結(jié)合：此類題中往往電路會(huì)有新的動(dòng)態(tài)變化，本題中保持滑片P1位置不動(dòng)，將滑片P2向右移動(dòng)，直至小燈泡正常發(fā)光就是一個(gè)新的動(dòng)態(tài)電路，應(yīng)畫出新的電路簡(jiǎn)圖，并將圖象中的信息提取出來(lái)與電路圖結(jié)合得到圖3。

二、原創(chuàng)拓展訓(xùn)練

1. 如圖5甲，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，從最右端滑至最左端時(shí)，小燈泡恰好正常發(fā)光。電流表示數(shù)與兩電壓表示數(shù)的關(guān)系圖象如圖5乙所示。則：電源電壓為_________V;滑動(dòng)變阻器的最大阻值為_________Ω;小燈泡額定功率為_________W。

2. 對(duì)溫度敏感的半導(dǎo)體材料被稱為熱敏電阻，熱敏電阻是電子溫度計(jì)內(nèi)部的重要元件。圖6甲和圖6乙是利用熱敏電阻來(lái)測(cè)量溫度的原理圖。電源電壓均為20 V且保持不變，定值電阻R0的阻值為30 Ω。求：

（1）圖6甲中電流表的示數(shù)為0.3 A時(shí)，熱敏電阻兩端的電壓和其消耗的功率分別是多少？

（2）圖6乙中電壓表的量程為0～15 V，熱敏電阻R的阻值隨溫度變化的關(guān)系如圖6丙所示，圖6乙電路能測(cè)量的最高溫度是多少？

參考答案：1. 12 14 6

2. （1）由圖6甲可知，R0與R串聯(lián)，∴I = I0 = I1= 0.3 A，定值電阻R0兩端的電壓為：U0 = I0R0 = 0.3 A × 30 Ω = 9 V;由于串聯(lián)電路兩端的電壓等于各部分電壓之和，所以熱敏電阻兩端的電壓：U1 = U - U0 = 20 V - 9 V =11 V;熱敏電阻消耗的功率為：P1 = I1U1= 0.3 A × 11 V = 3.3 W。

（2）從圖象中可以看出，熱敏電阻的測(cè)量溫度越高其阻值越小，由串聯(lián)電路分壓特點(diǎn)可知，當(dāng)電壓表示數(shù)為15 V時(shí)，熱敏電阻的阻值最小，測(cè)量的溫度最高，則此時(shí)熱敏電阻的電流為I2 = [U2R0] = [15 V30 Ω] = 0.5 A，阻值為R熱 = [U熱I2] ?= [20 V-15 V0.5 A] = 10 Ω;由圖6丙可知此時(shí)的溫度為92 ℃。