電路相關(guān)問題探究

廖樂之 湖南師范大學(xué)附屬中學(xué)

電路相關(guān)問題探究

廖樂之 湖南師范大學(xué)附屬中學(xué)

在高中物理知識(shí)學(xué)習(xí)中，與電路相關(guān)的問題主要有電流、電阻定律歐姆定律以及電路的動(dòng)態(tài)變化等內(nèi)容。本文通過列舉例題的形式，分別對(duì)閉合電路的歐姆定律、等效電路以及混聯(lián)電路等電路知識(shí)進(jìn)行詳細(xì)闡述，以便讓自己更好的學(xué)習(xí)電路知識(shí)。

電路 高中物理 歐姆定律

電路是高中物理電學(xué)部分的重要內(nèi)容，電路包含的內(nèi)容較多，知識(shí)點(diǎn)相對(duì)繁瑣，學(xué)習(xí)過程中的難度較大。為了讓自己更好的學(xué)習(xí)與電路相關(guān)的知識(shí)，需要圍繞電路對(duì)閉合電路的歐姆定律、等效電路以及混聯(lián)電路等電路問題進(jìn)行深化探索，找出各電路中的關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)而全面掌握高中物理學(xué)中的電路知識(shí)。

1 閉合電路的歐姆定律

閉合電路在電路知識(shí)板塊的學(xué)習(xí)中比較常見，在學(xué)習(xí)閉合電路的歐姆定律知識(shí)時(shí)，需要遵循的學(xué)習(xí)規(guī)律是先弄清楚總電路中的歐姆定律，然后結(jié)合具體條件以及電路的變化情況進(jìn)行逐個(gè)分析。在進(jìn)行閉合電路相關(guān)題目的解答時(shí)，也要遵循上述思維模式，以便簡化解題過程。

例題1、在圖1中，滑動(dòng)變阻器滑片P向左移動(dòng)時(shí)，求各表的示數(shù)變化情況，并說明原因。

圖1

解析：在圖1所示的電路圖中，局部的變化情況會(huì)對(duì)整個(gè)電路產(chǎn)生動(dòng)態(tài)影響。要想解決此問題，需要弄清楚外電路的串聯(lián)和并聯(lián)關(guān)系，并分析出外電路總電阻的變化情況，然后結(jié)合相關(guān)公式分析計(jì)算閉合電路的電流強(qiáng)度變化情況。之后再根據(jù)分析結(jié)果確定路端電壓是如何變化的，最后借助歐姆定律計(jì)算公式與分流分壓原理對(duì)各部分電阻的電流和電壓變化情況進(jìn)行分別討論。具體討論過程如下:

解：當(dāng)滑片P向左滑動(dòng)時(shí)，R3的電阻會(huì)減小，R總的電阻也會(huì)減小，進(jìn)而得出總電流會(huì)增大，A1表的示數(shù)會(huì)增大。由于路端電壓在判斷時(shí)是自內(nèi)向外的，當(dāng)路端電壓減小時(shí)，V的示數(shù)也會(huì)減小。對(duì)于R1而言，由于總電流增大了，所以U1也會(huì)增大,與此相對(duì)應(yīng)，V1也會(huì)增大。對(duì)于并聯(lián)支路而言，U1增大了，而總數(shù)沒變，U2就必然會(huì)減小，V2也會(huì)減小。對(duì)于R2而言，U2減小了，I2也會(huì)減小，A2的示數(shù)同樣會(huì)減小。

2 等效電路

等效電路是一種常見的電路現(xiàn)象，在這種電路中，電源的內(nèi)阻與電路的固定外阻是一樣的。等效電路的分析過程相對(duì)較簡單，掌握起來的難度較小，基本上所有的同學(xué)都能夠靈活掌握靈活運(yùn)用。等效電路主要包括功率和電源的效率等內(nèi)容，其計(jì)算公式是P=UI，并且，當(dāng)R的值不斷增加時(shí)，P的值也會(huì)不斷增加。當(dāng)P=R時(shí)，P達(dá)到最大值，在過了此臨界值之后，P會(huì)隨著R的增大而減小。

例題2、在圖2中，有一節(jié)干電池，試用伏安法測(cè)其電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，求干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，求圖中a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的外電路電阻，以及此時(shí)電源內(nèi)部的熱功率。比較點(diǎn)a與b的外電路電阻的大小，并求其比值和輸出功率比值，并說明在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，電源的最大輸出功率是多少。

圖2

解析：結(jié)合圖可知，在電路打開時(shí)，其路端的電壓便是電源電動(dòng)勢(shì)，所以，E=1．5V，內(nèi)電阻 r=1．5/7．5=0．2 ? 。此時(shí)，圖中的斜率的絕對(duì)值便是內(nèi)阻值，也是0．2?。a點(diǎn)的對(duì)應(yīng)外電阻是1/2．5=0．4 ? ，電源內(nèi)部的熱耗功率是 2．5x2．5x0．2W=1．25W。電阻之比是4:1，輸出功率之比是1:1，最大輸出功率是2．81W。上述這些數(shù)據(jù)的獲取都是通過等效電路中的基本公式進(jìn)行求取的，在學(xué)習(xí)等效電路知識(shí)時(shí)，要特別注意公式的應(yīng)用和轉(zhuǎn)化。并且，在解題過程中，還要特別注意計(jì)算的準(zhǔn)確性，以保證題目解答的正確性。

3 混聯(lián)電路

混聯(lián)電路主要包括三大內(nèi)容，一是對(duì)電流的計(jì)算，通常情況下，在混聯(lián)電路中，對(duì)電流的計(jì)算公式是I=U/R,并且，混聯(lián)電路還有總電流和分電流的區(qū)分，所以I=i1+i2。二是對(duì)電壓的計(jì)算，其計(jì)算公式是U=IR，其也存在總電壓與分電壓的區(qū)別，所以U=U1+U2。三是對(duì)電功率的計(jì)算，在混聯(lián)電路中，電功率等于所有電功率的和，即P=P1+P2。混聯(lián)電路與閉合電路和等效電路在電阻、電流、電壓的計(jì)算上既有相同點(diǎn)，又有不同點(diǎn)，在進(jìn)行混聯(lián)電路學(xué)習(xí)時(shí)要特別注意。

例題3、在如圖所示中，分別有兩只燈泡L1和L2，并且這兩只燈泡分別有110V，60W和110V，100W。在電路中有一只滑動(dòng)變阻器R，讓所有的電器元件都連入220V的電路中，要求L1和L2正常發(fā)光，并且要保證整個(gè)電路的功率消耗保持在最小狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)選擇下面哪個(gè)電路？

圖3

解析：由題設(shè)條件可知，要想讓燈泡都處于發(fā)光狀態(tài)，必須要讓兩只燈泡都達(dá)到額定電壓。因?yàn)椋瑹襞軱1的電阻比L2的電阻要大，所以可以排除A和C兩個(gè)選項(xiàng)。這主要是因?yàn)樵贏和C中，其并不能夠保證兩個(gè)燈泡都能夠正常發(fā)光。又因?yàn)閮蓚€(gè)燈泡都要正常發(fā)光，所以就需要保證流過兩個(gè)小燈泡中的電流是額定電流。再加上整個(gè)電路的總電壓是220V，而B選項(xiàng)中的電流是12,D選項(xiàng)中的電流是14。所以，可以通過計(jì)算功率得出選項(xiàng)B的功率是小于選項(xiàng)D的功率的，所以，正確答案是B，應(yīng)當(dāng)選擇B電路。

4 結(jié)束語

在高中物理電路知識(shí)學(xué)習(xí)過程中，不僅要弄清楚電流、電壓、電阻等基本知識(shí)及其計(jì)算公式，還要重點(diǎn)關(guān)注閉合電路的歐姆定律、等效電路以及混聯(lián)電路等具體知識(shí)。對(duì)電路問題進(jìn)行系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)、掌握，全面提升自己對(duì)電路知識(shí)的理解程度和掌握程度，進(jìn)而提高自己的物理學(xué)習(xí)水平。

[1]劉思愷.單粒子軟錯(cuò)誤在電路中的傳播過程研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué),2014.

[2]黃冬霞.中學(xué)生電路概念理解的概念生態(tài)研究[D].廣西師范大學(xué),2013.