在變化的電路中尋找電學規律是電學中相對較難的部分。在具體的解題過程中,如能根據具體情況抓住某一不變的條件來分析題意、列方程,思路就會比較清晰,而且理解起來也沒有障礙。本欄目在前兩期中已經介紹了電路中電流不變和電壓不變的情況,本期著重介紹在電阻不變的情況下,如何求解所需的物理量。
例 (江蘇南通考題) 甲、乙兩小組同學用圖甲所示的電路進行了一些實驗探究。
(1)甲小組選取的定值電阻為15?贅 ,電阻箱的阻值如圖乙所示,其值為?贅,此時電壓表的示數為3.5V,則該小組所用電源的電壓為 V;實驗中若增大電阻箱阻值,電路中的電流將,電壓表示數將(填變化情況)。
(2)乙小組選用其他規格的電源和定值電阻進行實驗,他們通過調節電阻箱,得到幾組電阻箱的阻值和對應的電壓值,并作出U-R圖像(如圖丙)。由圖像可知,電阻箱阻值為20?贅 時,電壓表的示數為 V,該組所選用定值電阻的阻值為 ?贅.
解析:在兩個小組的操作中,定值電阻大小始終不變,同時我們都可以獲得電阻箱的電阻大小或者電阻箱電阻的變化情況,所以應從電阻入手進行相關的解答。
(1)此時電阻箱電阻為R箱=35Ω,根據串聯電路電壓分配規律有:=,
則U定=R定 =15Ω×=1.5V,
則U= U定+ U箱=1.5V+3.5V=5V。
當電阻箱阻值變大時,電路中電流I=,這里的R定、U一定,而R箱在增大,所以電路中的電流I變小;電壓表測量的是電阻箱的電壓,而此時電阻箱的電壓U箱=U- U定=U-I R定,因為此時I減小,所以I R定減小,而U不變,即U箱增大,電壓表讀數變大。
(2)由圖像可知,電阻箱阻值為20Ω 時,電壓表的示數為3V;電阻箱阻值為40Ω時,電壓表的示數為4V。根據這兩組數據我們可以列出以下方程組:
聯合①②解得:R定=20Ω,U=6V。
點評:電阻的變與不變,以及變化后與其他相關狀態量之間的關系,是解答本題的關鍵。
綜上所述,解答電學問題的關鍵是,透徹分析各個狀態量之間的關系,正確列出相關的方程。