閉合電路動(dòng)態(tài)分析

黃輝錳

直流電路中的某一電阻發(fā)生了變化，導(dǎo)致電路中其他部分電路的電流、電壓和消耗的功率也發(fā)生了變化，這種習(xí)題叫直流電路的動(dòng)態(tài)分析題。動(dòng)態(tài)電路分析問題是電學(xué)中經(jīng)常遇到的一種典型題目，在我們高中各類考試中也經(jīng)常出現(xiàn)這類考題。對(duì)于這類動(dòng)態(tài)電路，我們往往采用閉合電路歐姆定律進(jìn)行分析，求解采用部分到整體再到部分，即從部分電路的電阻變化入手，由串、并聯(lián)規(guī)律判斷電路整體的電阻的變化，再由閉合電路歐姆定律判斷總電流和路端電壓的變化，最后再由部分電路歐姆定律確定各部分的電流、電壓或者功率的變化。這種解法需要做題者首先要對(duì)電路結(jié)構(gòu)了如指掌，其次要對(duì)閉合電路歐姆定律運(yùn)用嫻熟，此外還要有清醒的大腦。解題時(shí)，注意力要高度集中，稍有疏忽，就會(huì)前功盡棄，滿盤皆輸。那么對(duì)于此類問題有沒有簡便易行、快捷、穩(wěn)妥的解題方法呢？本人經(jīng)分析總結(jié)，找到了如下規(guī)律，即“串反并同”法。利用“串反并同”規(guī)律解題則可以很輕松地得到答案，收到事半功倍的效果。

一、“串反并同”規(guī)律的定義

所謂“串反”就是與變化電阻直接或間接串聯(lián)的電表和用電器的電流、電壓及電功率各物理量與變化電阻變化相反，也就是變化電阻阻值變大時(shí)，電流、電壓、電功率均變小；反之變化電阻阻值變小時(shí)，各量均變大。

所謂“并同”，就是與變化電阻直接或間接并聯(lián)的電表和用電器的電流、電壓及電功率各物理量與變化電阻變化相同，也就是變化電阻阻值變大時(shí)，電流、電壓、電功率各量均變大；反之變化電阻阻值變小時(shí)，各量均變小。

二、“串反并同”規(guī)律的適用范圍和條件

1.如果電源沒有內(nèi)阻或不計(jì)內(nèi)阻，則和電源并聯(lián)的電壓表示數(shù)將不變化，顯然不能用“串反并同”。除此之外的其他電表和用電器的電流、電壓、電功率等物理量的變化還可以應(yīng)用“串反并同”的規(guī)律解題。

2.如果電路中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電阻阻值同時(shí)變化，就不能用“串反并同”規(guī)律了。

3.電路必須是閉合的。若在直流電路中有電容器，而此時(shí)電容器所在電路相當(dāng)于斷路，在電路里不會(huì)有恒定的電流，這時(shí)就不能用“串反并同”規(guī)律。

三、“串反并同”規(guī)律的應(yīng)用

對(duì)于涉及電阻變化的問題，運(yùn)用上述“串反并同”規(guī)律都能夠迅速而準(zhǔn)確地進(jìn)行解答。下面以幾道習(xí)題為例，說明“串反并同”規(guī)律的應(yīng)用。

例1 （2002年上海高考題） 在如圖1所示電路中，當(dāng)變阻器R2的滑動(dòng)頭P向b端移動(dòng)時(shí)，（ ）。

A.電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變小；

B.電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變大；

C.電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變大；

D.電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變小。

解析：可變電阻R2、電源、R1與電流表A構(gòu)成串聯(lián)電路，可變電阻R2、R3與電壓表V構(gòu)成并聯(lián)電路。當(dāng)滑片向b點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，電阻R2減小。根據(jù)電流隨電阻變化的“串反并同”規(guī)律可知，電流表的示數(shù)變大，電壓表的示數(shù)變小。故選項(xiàng)B正確。

例2（2007年寧夏理綜）在如圖所示的電路中，E為電源電動(dòng)勢，r為電源內(nèi)阻，R1和R3均為定值電阻，R2為滑動(dòng)變阻器。當(dāng)R2的滑動(dòng)觸點(diǎn)在a端時(shí)合上開關(guān)S，此時(shí)三個(gè)電表A1、A2和V的示數(shù)分別為I1、I2和U。現(xiàn)將R2的滑動(dòng)觸點(diǎn)向b端移動(dòng)，則三個(gè)電表示數(shù)的變化情況是（ ）。

A.I1增大，I2不變，U增大；

B.I1減小，I2增大，U減小；

C.I1增大，I2減小，U增大；

D.I1減小，I2不變，U減小。

解析：R2的滑動(dòng)觸點(diǎn)向b端移動(dòng)，R2接入電路的電阻減少，總電阻減少；A2與R2串聯(lián)，其示數(shù)的變化規(guī)律與R2的變化規(guī)律相反，示數(shù)增大。A1、V與R2間接并聯(lián)，其示數(shù)的變化規(guī)律與R2的變化規(guī)律相同，示數(shù)減少。故選項(xiàng)B正確。

利用“串反并同”規(guī)律處理具體問題，關(guān)鍵在于深刻理解“串反并同”的規(guī)律和判斷電路中的元件與可變電阻的串、并聯(lián)關(guān)系。只有這樣，才能熟能生巧，提高分析、解決問題的能力。

（作者單位：福建省南安市藍(lán)園高級(jí)中學(xué)）