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巧解動(dòng)態(tài)電路

2014-04-29 00:00:00鮑長(zhǎng)江
新課程學(xué)習(xí)·中 2014年5期

摘 要:初中物理電學(xué)中的動(dòng)態(tài)電路,通俗地說(shuō),就是電路中某個(gè)電器元件狀態(tài)或位置的改變,引起電路中接入的電阻值的變化,從而使電壓、電流、電功率等相關(guān)電學(xué)量發(fā)生相應(yīng)的改變的電路。考查動(dòng)態(tài)電路,對(duì)學(xué)生的要求比較高,除了能熟練掌握公式,弄清各個(gè)電學(xué)量之間的基本關(guān)系外,還應(yīng)該有一定的邏輯思維能力和表達(dá)能力,因?yàn)樵趧?dòng)態(tài)電路中,除了涉及的相關(guān)量較多外,還會(huì)用到很多電學(xué)原理和計(jì)算公式,解題時(shí)一般會(huì)讓學(xué)生對(duì)原理作適當(dāng)?shù)谋硎觯瑢?xiě)出公式推導(dǎo)過(guò)程,這時(shí)學(xué)生在解題過(guò)程寫(xiě)的是缺少順序的,計(jì)算結(jié)果盡管正確,但是考試過(guò)程極易失分,而且這是一個(gè)容易被忽略的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:動(dòng)態(tài)電路;滑動(dòng)變阻器控制;開(kāi)關(guān)控制

動(dòng)態(tài)電路,在初中階段主要有兩種形式,一種是滑動(dòng)變阻器控制的,一種是開(kāi)關(guān)控制的,既有滑動(dòng)變阻器又有開(kāi)關(guān)控制的電路初中階段不常見(jiàn)。下面就這兩種電路結(jié)合自己多年來(lái)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)談?wù)勛约旱恼J(rèn)識(shí)。

一、滑動(dòng)變阻器控制的動(dòng)態(tài)電路

這種電路的特點(diǎn)是,通過(guò)滑片位置的改變,來(lái)改變接入電路中的電阻(可以改變接入電路電阻的個(gè)數(shù),也可以改變某個(gè)電阻接入電路的阻值),從而實(shí)現(xiàn)電壓、電流、電功率等相關(guān)電學(xué)量的改變。這類(lèi)電路的特點(diǎn)是滑片位置的改變,電路的性質(zhì)不發(fā)生改變,電源電壓不變,多出現(xiàn)在串聯(lián)電路中。常見(jiàn)的以選擇、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算為主:

選擇題和實(shí)驗(yàn)題中對(duì)于動(dòng)態(tài)電路的考查通常是對(duì)故障電路進(jìn)行。

例1.在如圖所示電路中,當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)后,滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片P向右移動(dòng)時(shí)()

A.電流表示數(shù)變大,燈變暗

B.電流表示數(shù)變小,燈變亮

C.電壓表示數(shù)不變,燈變亮

D.電壓表示數(shù)不變,燈變暗

分析:根據(jù)識(shí)別電路基本的方法:將電流表看成導(dǎo)線(xiàn),通過(guò)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以看到電壓表直接測(cè)量電源電壓,所以滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片P向右移動(dòng)的時(shí)候,電壓表的示數(shù)不會(huì)有變化;而電阻R的阻值隨滑片的右移逐漸變大,小燈的電阻RL大小不變(注意:在初中階段,燈的電阻由于溫度的變化引起的變化往忽略不計(jì)),因此電路中的總電阻變大,電流變小,所以電流表示數(shù)變小。從串聯(lián)電路的分壓角度分析,小燈兩端的電壓也將變小,小燈的實(shí)際功率P=UI也將變小,所以小燈的發(fā)光將變暗。本題正確答案為D。

滑動(dòng)變阻器控制的動(dòng)態(tài)電路在計(jì)算題中也經(jīng)常出現(xiàn),解答這一類(lèi)題要注意兩個(gè)隱含條件:滑片位置的改變不改變電路的性質(zhì)和電源總電壓。

例2.(2005年甘肅)(6分)如圖所示,當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后,滑動(dòng)變阻器滑片P在B端時(shí),電壓表示數(shù)為9 V,電流表示數(shù)為0.15 A;滑片P在中點(diǎn)C時(shí)電壓表的示數(shù)為6 V.

求:(1)滑動(dòng)變阻器R1的最大阻值;(2)電源電壓和R2的阻值。

這是一個(gè)典型的滑動(dòng)變阻器控制的動(dòng)態(tài)電路,只是通過(guò)滑片位置的改變,改變了接入電路的電阻,改變了電路中相關(guān)的電學(xué)量。理解這一點(diǎn)之后,就可以分析滑片在不同位置時(shí)的接入電路中的電阻,再根據(jù)串聯(lián)電路的基本特點(diǎn),就能順利作解答。(1)S閉合,P在B端,電路中兩個(gè)電阻器R1,R2且是串聯(lián),電壓表測(cè)R1兩端電壓。根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn),I1=I2=I得出I1=0.15 A,再根據(jù)歐姆定律R=U/I=U1/I1=9 V/0.15 A=60 Ω;(2)P在中點(diǎn)(BC段被短路)這時(shí)電路中只剩CA段這段電阻我們稱(chēng)它為R3,則此時(shí)電路中的電流為I=U3/R3=6 V/30 Ω=0.2 A,再根據(jù)兩次電源電壓不變,可列出方程:P在B端時(shí)U=0.15 A×(R1+60 Ω),P在中點(diǎn)時(shí)U=0.2 A×(R1+30 Ω),得出0.15 A×(R1+60 Ω)=0.2 A×(R1+30 Ω)即可解出:R1=60 Ω,U=18 V.不論哪種動(dòng)態(tài)電路中,電源電壓都是設(shè)定不變的,不要忘記挖掘隱含的這一條件。

二、開(kāi)關(guān)控制的動(dòng)態(tài)電路

這種動(dòng)態(tài)電路的特點(diǎn)是通過(guò)開(kāi)關(guān)的閉合,既可以改變電路中接入電路的電阻個(gè)數(shù),又可以改變電路的性質(zhì),讓電路在串并聯(lián)之間轉(zhuǎn)換,這類(lèi)電路與滑動(dòng)變阻器控制的電路相同,也具有電源電壓不變的特點(diǎn)。要想正確解答這種動(dòng)態(tài)電路,就要熟練掌握歐姆規(guī)律和串并聯(lián)電路的特點(diǎn)。

如,所示電路,已知電源電壓為6 V,R1的阻值為2 Ω,R2的阻值為3 Ω,R3的阻值為6 Ω。求(1)S1、S2都閉合時(shí)電流表的示數(shù);(2)S1、S2都斷開(kāi)時(shí)電路的總功率。

這個(gè)題目可以說(shuō)是開(kāi)關(guān)控制的動(dòng)態(tài)電路典型題,幾乎可以說(shuō)任何一本資料都以它為范本。這個(gè)題是典型的計(jì)算題,條件和電路圖清晰明了,留給大家思考的只是對(duì)電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,下面我們按照動(dòng)態(tài)電路的特點(diǎn)進(jìn)行分析:S1,S2都閉合,電路中R1被短路,根據(jù)電路識(shí)別方法被短路的電阻看成導(dǎo)線(xiàn),(斷路的可以拆除)來(lái)繪制簡(jiǎn)化后的等效電路,簡(jiǎn)化后的電路中,很容易看出R1被短路后,剩兩個(gè)電阻R2和R3并聯(lián),根據(jù)并聯(lián)電路的特點(diǎn),干路電流等于各支路電流之和,各支路電壓與電源電壓相等的特點(diǎn),就可以列出如下算式:

(1)U=U2=U3=6V,I=I2+I3=U2/R2+U3/R3=6 V/3 Ω+6 V/6 Ω=3 A

(2)S1、S2都斷開(kāi)時(shí)電路,R3斷路拆除后可以得出,R1,R2串聯(lián),再根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)可以列出算式:I=U/I=6V/(2 Ω+3 Ω)=1.2A,P=UI=6 V×1.2 A=7.2 W。

動(dòng)態(tài)電路,是一種應(yīng)用性很強(qiáng)的電路,生活中應(yīng)用很廣泛,常常會(huì)聯(lián)系生活中的常用電器來(lái)考查我們,如兩擋電器,像電飯煲,電熱毯、電熱水器等。但是不管實(shí)物電路怎么復(fù)雜,簡(jiǎn)化后都會(huì)轉(zhuǎn)化成我們熟悉的基本動(dòng)態(tài)電路,解題思路和解題方法基本相同。

動(dòng)態(tài)電路由于其綜合型較強(qiáng),考查內(nèi)容全面,題型也比較靈活的特點(diǎn),填空、選擇、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算各類(lèi)題型中都有它的蹤跡,而且所占比重較大。因此,熟練把握動(dòng)態(tài)電路的解題思路和方法,對(duì)于每個(gè)同學(xué)來(lái)說(shuō),有著至關(guān)重要的意義。

(作者單位 江蘇省新沂市時(shí)集中學(xué))

編輯 趙飛飛

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