初中物理：電路變化問題定性分析.docx

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初中物理：電路變化問題定性分析 在初中物理的電學(xué)習(xí)題中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣一類問題：電源電壓不變，由于可變電阻阻值變化，或者說某個(gè)開關(guān)閉合或斷開引起阻值變化，然后讓你判斷電路的電流、各電阻兩端的電壓以及電功率怎樣變化。學(xué)生對(duì)這樣的問題感到非常棘手，其實(shí)這是有規(guī)律可循的。首先弄清電路的串并聯(lián)關(guān)系，然后根據(jù)電壓、電阻、電流間的變化關(guān)系，在尋找變量的同時(shí)，要注意哪些是不變的物理量，便可以順利解決問題。因?yàn)殡娮?、電流和電壓是彼此關(guān)聯(lián)的，要想處理好這類問題，主要解決好以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：局部電阻的變化→整個(gè)電路的電阻的變化→總電流的變化→局部定值電阻電壓的變化→局部電流的變化。下面我們就幾個(gè)案例進(jìn)行分析。 一、滑動(dòng)變阻器阻值的變化問題 　　 　　例1　在如圖1所示的電路中，R1是定值電阻，電源電壓U保持不變，當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片向右移動(dòng)時(shí)，電壓表、電流表的示數(shù)如何變化? 　　分析　滑片向右移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻R2變大，由于R1是定值電阻，所以串聯(lián)電路的總電阻R串=R1+R2變大，串聯(lián)電路的電流I=U/R串，因U恒定不變，R串變大，所以I變小，電流表示數(shù)就變小。定值電阻兩端的電壓U1=IR1，因?yàn)镮變小，而R1不變，所以U1變小，電壓表示數(shù)變小。即分析思路流程如下(↑表示增大，↓表示減小)： 　　 　　思考：若要判斷滑動(dòng)變阻器兩端電壓U2，能否根據(jù)U2=IR2來(lái)判斷U2的變化?回答顯然是否定的，因?yàn)镮和R2都是變化的，而此時(shí)的問題切入點(diǎn)應(yīng)是R2的阻值不變，再根據(jù)U2=U-U1，因U恒定不變，U1減小，則U2增大分析思路流程如下： 　　 　　例2　如圖2所示。當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片向右移動(dòng)時(shí)，各電壓表、電流表的示數(shù)如何變化? 　　解析　根據(jù)電路特點(diǎn)可以確定R1和R2并聯(lián)。電壓表測(cè)量的是R2或R1兩端的電壓，也就是電源的電壓，電流表A，A1和A2分別測(cè)量的是通過干路、R1和R2支路的電流。其實(shí)，這個(gè)問題的關(guān)鍵在于并聯(lián)電路的電流、電壓和電阻的關(guān)系。滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值雖是增大的，但直接接在電源的兩端，引起了總電阻的變化，但并沒引起總電壓的變化，所以它只改變滑動(dòng)變阻器這一支路電流，并不能改變R1支路電流。分析思路流程如下： 　　 　　　　　 　　例3　如圖3所示電路，當(dāng)滑片向左滑動(dòng)時(shí)，各電表的示數(shù)如何變化? 　　分析　此問題關(guān)鍵是分析電路，R1和R2組成了一個(gè)串聯(lián)電路，但R1滑片的一端接在電壓表上，也就是說滑動(dòng)變阻器的滑片并不能改變整個(gè)電路的總電阻，所以電路的電流并不改變，電壓表測(cè)量的是加在滑動(dòng)變阻器R1右面部分的電阻與R2兩端的電壓之和。分析思路流程如下： 　　 　　例4　如圖4所示電路，當(dāng)滑片向右滑動(dòng)時(shí)，各表的示數(shù)如何變化? 　　 　　分析　此電路是混聯(lián)電路，R1和R2并聯(lián)再與R3串聯(lián)，電流表A1，A2，A3分別測(cè)通過R1、R2和干路的電流，電壓表測(cè)量的是滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，滑動(dòng)變阻器的阻值增大，并聯(lián)電路的等效電阻沒有變化，當(dāng)滑片向右滑時(shí)，R3變小，則R總變小，總電流變大，這時(shí)的切入點(diǎn)是R并不變，U并變大，因而I1和I2變大，又由于U不變，U3變小。分析思路的流程如下： 　　 　　例5　如圖5所示，當(dāng)滑片向右滑動(dòng)時(shí)(不包括最右端)。各表示數(shù)變化情況? 　　 　　分析　這是一個(gè)混聯(lián)電路，但滑動(dòng)變阻器在一支路上，當(dāng)滑片向右滑動(dòng)時(shí)，接入電路的阻值減小，則并聯(lián)部分的阻值減小?？傋柚禍p小，總電流增大，此時(shí)切入點(diǎn)是干路上的電阻R3，由于R3的阻值不變，所以U3變大，U并變小，流過R1的電流變小，總電流變大，流過R2的電流變大。分析思路的流程如下： 　　 　　例6　電路如圖6所示，電源電壓U=6V恒定不變，定值電阻R=10Ω，滑動(dòng)變阻器最大值Rm=20Ω。關(guān)于滑動(dòng)變阻器消耗的功率，下列說法正確的是( ) 　　 　　A.當(dāng)滑片P在a端時(shí)。滑動(dòng)變阻器消耗的功率為零 　　B.當(dāng)滑片P在ab中點(diǎn)時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率為0.9W 　　C.當(dāng)滑片P從a端移動(dòng)到b的過程中，滑動(dòng)變阻器消耗的功率逐漸變大 　　D.滑片P從a移動(dòng)到b的過程中，滑動(dòng)變阻器消耗的功率先變大后變小 　　分析　這個(gè)問題難點(diǎn)在于不是求滑動(dòng)過程中定值電阻的電功率的變化關(guān)系，而是求滑動(dòng)變阻器消耗的電功率的變化關(guān)系。如果高中階段用極值的方法解得當(dāng)R=Rpa，滑動(dòng)變阻器消耗的電功率最大，但在初中階段學(xué)生的數(shù)學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備不足，而且又是一道選擇題。所以此時(shí)只能用特殊值法和排除法，分別算出滑片在點(diǎn)a，b和中點(diǎn)時(shí)的電功率的大小并進(jìn)行比較，也可以得出三者的關(guān)系。 　　 則 　　則 　　則 　　所以，此題正確答案為選項(xiàng)ABD。 　　 　　例7　如圖7所示，當(dāng)變阻器的滑片P置于某位置時(shí)，R1、R2兩端的電壓分別為U1和U2，當(dāng)滑片P置于另一位置時(shí)，R1，R2兩端的電壓分別為U1′和U2′，若 ， ，則( ) 　　A. 　　B. 　　C. 　　D.無(wú)法判斷哪個(gè)大 　　 　　分析　如果將圖7變換為圖8就能非常方便地解決問題。當(dāng)R1增大時(shí)，總電阻增大，電壓不變，電流I變小，R0和R2是定值電阻，可以把R0和R2看做是一個(gè)電阻R，所以電阻R上的電壓減小值是U1的增大值，即 。則 分析思路的流程如下： 二、開關(guān)的閉合與斷開問題 　　這類問題也可以使電路中的電流、電阻和電壓及電功率發(fā)生變化，分析此類問題同樣應(yīng)注意哪些是不變的物理量，然后根據(jù)串并聯(lián)關(guān)系，依據(jù)不變量推導(dǎo)變量的變化規(guī)律。 　　 　　例8　在如圖9所示的電路中，R1、R2是定值電阻，電源電壓U保持不變。當(dāng)開關(guān)S1由斷開變?yōu)殚]合時(shí)，電壓表、電流表的示數(shù)如何變化? 　　分析　開關(guān)S1斷開時(shí)，R1與R2組成串聯(lián)電路，電壓表測(cè)量的是R1兩端的電壓，它只是總電壓的一部分，電流表測(cè)量的是串聯(lián)電路中的電流 ;而當(dāng)開關(guān)S1閉合后，R2被短路，電路中只有R1，電壓表測(cè)量的仍是R1兩端的電壓即總電壓，故電壓表的讀數(shù)變大，電流表此時(shí)測(cè)量的是通過電阻R1的電流，故電流表的讀數(shù)變大，分析思路如下： 　　綜上所述，我們分析此類問題時(shí)，應(yīng)從“局部→整體→局部”這一“不變”的原則來(lái)應(yīng)對(duì)“萬(wàn)變”的電路變化，我們應(yīng)緊緊把握哪些物理量不變，并以此為切入點(diǎn)，然后在分析問題的過程中運(yùn)用邏輯推理的方法，使這一問題像做“多米諾骨牌”游戲一樣，前一個(gè)扣倒后一個(gè)，后一個(gè)再扣倒后一個(gè)，如此下去，其中體現(xiàn)了邏輯的美感，但這種美感是建立在縝密的思考過程與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩ㄐ杂?jì)算的基礎(chǔ)上，因此要求學(xué)生有寬闊的視野和扎實(shí)的基本功。