🎚️闭合电路动态分析 - 串反并同、电源输出功率、电路故障判断

如何使用闭合电路动态分析

1. 1选择电路结构和可变元件（滑动变阻器、光敏电阻或热敏电阻），设置电动势、内阻和各电阻
2. 2拖动滑片或光照、温度滑块，观察图上各电表示数和 ↑↓ 变化，对照“串反并同”表格
3. 3勾选并联电容，看电容带电量 Q = CU 及调节后 ΔQ
4. 4在“输出功率”页拖动 Rv 观察三条功率曲线与最大值条件
5. 5在“电路故障”和“练习”页根据读数判断故障、判断电表变化或计算，即时判分

常见问题

“串反并同”是什么意思？

在有内阻的闭合电路中，某个电阻（如滑动变阻器）阻值增大时：与它串联的元件（电流要流过它的那些），电流、电压、功率都减小，叫“串反”；与它并联的元件（包括路端电压），电流、电压、功率都增大，叫“并同”。变阻器自身电流减小、两端电压增大。工具会对每块电表同时给出规律预测和精确计算结果，方便验证。

“串反并同”什么时候会失效？

它的前提是电源有内阻（或变阻器之外还有串联电阻承担电压变化）。如果内阻 r = 0，路端电压恒等于电动势，与电源直接并联的部分电压不变，“并同”就不成立。遇到复杂混联时，最稳妥的仍是“局部 → 整体 → 局部”：R 变 → R外变 → I = E/(R外 + r) 变 → U = E − Ir 变 → 再分析各支路。

电源输出功率什么时候最大？

输出功率 P = E²R/(R + r)²，当外电阻 R = r 时最大，Pmax = E²/(4r)，此时效率只有 50%。若要求的是可变电阻 Rv 自身的最大功率，可以把与它串联的定值电阻 R₀ 看成内阻的一部分，Rv = R₀ + r 时最大；而定值电阻 R₀ 的功率随电流增大而增大，Rv = 0 时最大。

含电容的支路怎么处理？

电路稳定后电容所在支路没有电流，与电容串联的电阻上没有电压降，电容两端电压等于与它并联的那部分电路两端的电压，带电量 Q = CU。调节变阻器使这部分电压变化时，电容充电或放电，流过的电荷量 ΔQ = C·ΔU；断开电源后，电容通过与它并联的电阻放电。

怎样根据电表读数判断电路故障？

串联电路中电流表示数为 0，说明有断路；此时哪个电压表示数接近电源电压，断点就在它所测的那段。电流表示数变大而某个电压表示数变为 0，说明它所测的部分短路。工具的故障页随机设置一个元件断路或短路，给出正常与故障后的读数对比，让你选出故障。