閉合電路歐姆定律在電路動(dòng)態(tài)分析中的應(yīng)用

苑四彪 許芳芳

摘 要：閉合電路歐姆定律在電路動(dòng)態(tài)分析中的應(yīng)用屬于電學(xué)中的典型問題，這種類型的題目在各種考試中均有可能出現(xiàn)。電路中包含有電流、電阻、電壓、電功率等物理量，這些物理量之間的關(guān)系同電路特征密切相關(guān)，所以綜合性水平較強(qiáng)，可對(duì)學(xué)生的思維能力進(jìn)行考察?；诖耍疚闹攸c(diǎn)分析閉合電路歐姆定律在電路動(dòng)態(tài)分析中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：歐姆定律；電路動(dòng)態(tài)分析；程序法；串反并同

一、程序法

程序法的基本分析思路是從局部——整體——局部，也就是先對(duì)直流電路中某部分電阻值變化情況入手，將串聯(lián)和并聯(lián)電路中的規(guī)律進(jìn)行結(jié)合進(jìn)而判斷電路中總電阻電阻值的變化，接著引入閉合電路歐姆定律，對(duì)總電流和路端電壓的變化狀況進(jìn)行判斷，最后則是對(duì)部分電路使用歐姆定律和串聯(lián)、并聯(lián)電路中的性質(zhì)對(duì)各部分電路中的物理量變化情況進(jìn)行分析判斷。程序法詳細(xì)的分析步驟如下：

為了確定閉合電路中的外電路電阻阻值的變化狀況，需對(duì)電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面分析。

（1）若外電路中的任意一個(gè)電阻值出現(xiàn)不同程度的增大或者減小，外電路的總電阻阻值也會(huì)出現(xiàn)增大或減小，這種情況只適用于電路中僅有一個(gè)電阻阻值變化的情況。

（2）若電路開關(guān)出現(xiàn)閉合或斷開，造成與之并聯(lián)或者串聯(lián)的用電器數(shù)量增多，此時(shí)的總電阻阻值將會(huì)出現(xiàn)減小或增大；若電路開關(guān)出現(xiàn)閉合或斷開，導(dǎo)致與之并聯(lián)或串聯(lián)的用電器數(shù)量減少，則總電阻的阻值將會(huì)增大或減小。

（3）隨著串聯(lián)部分電阻阻值的增加或減小，分壓式電路中的總電阻阻值也隨之增大或減小。

（4）如圖1中的并聯(lián)電路所示，在兩側(cè)電阻阻值對(duì)稱相等的情況下，A和B之間的電路總電阻阻值此時(shí)是最大的；若電路中兩側(cè)電阻阻值不相等，不管如何移動(dòng)滑片，此電路中的總電阻阻值將會(huì)出現(xiàn)單調(diào)變化。

結(jié)合閉合電路中的歐姆定律對(duì)電路中的總電流變化規(guī)律進(jìn)行確定；在對(duì)路端電壓變化進(jìn)行確定的過程中需根據(jù)閉合電路歐姆定律；結(jié)合部分電路中的歐姆定律對(duì)干路上某定值電阻兩端的電壓變化數(shù)據(jù)進(jìn)行確定；將串聯(lián)與并聯(lián)電路的規(guī)定結(jié)合進(jìn)而對(duì)各個(gè)支路兩端的電壓數(shù)值進(jìn)行確定，并確定各個(gè)支路的電流情況。

結(jié)合程序法的分析步驟，其基本思路是從局部——整體——局部，并對(duì)選擇的公式進(jìn)行靈活運(yùn)用，針對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)都有確定的推導(dǎo)步驟。相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，應(yīng)將電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)作為分析動(dòng)態(tài)電路的主要依據(jù)，對(duì)于串聯(lián)電路的分析直接選用電壓關(guān)系列式；對(duì)于并聯(lián)電路的分析則選用電流關(guān)系列式。部分電路中往往與歐姆定律進(jìn)行配合使用。

例1，如圖2所示的電路中，其中 R1、R2、R3、R4均代表定值電阻，R5表示可變電阻，E為電源的電動(dòng)勢(shì)，R表示內(nèi)阻。假設(shè)電流表A的示數(shù)為I，電壓表V的示數(shù)為U，滑動(dòng)觸頭在向上移動(dòng)的過程中，I與U如何變化。

（A）I變小，U變大

（B）I變大，U變大

（C）I變大，U變小

（D）I變小，U變小

解析：圖2中電路的連接形式是將R2與R4進(jìn)行串聯(lián)，并與R5進(jìn)行并聯(lián)，然后與R1、R3進(jìn)行串聯(lián)后連接到電源上，電壓表測(cè)量出的直接是路端電壓，而電流表則是對(duì)R2與R4的電流值進(jìn)行測(cè)量，在滑動(dòng)觸頭向上滑動(dòng)的過程中，接入R5電路的這部分電阻值降低，而R2與R4串聯(lián)后與R5并聯(lián)的這部分電阻值則減小，而這部分電路與R1、R3串聯(lián)之后的總電阻值也隨之減小，說明外電路的總電阻值下降。結(jié)合閉合電路歐姆定律公式，在干路中的總電流增加，路端電壓減小的情況下，電壓表的示數(shù)隨之減小，而R2與R4兩端的電壓值減小，電流表測(cè)量的電流值也減小，因此，該項(xiàng)題的正確答案為D。

2、串反并同法

“串反”就是指某電阻阻值在增大或減小的同時(shí)，與之串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻兩端電壓和通過電阻的電流及電功率均會(huì)隨之減小或增加；“并同”就是指某電阻阻值在增大或減小的過程中，與之并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻兩端電壓和通過電阻的電流及電功率數(shù)值均會(huì)隨之增大或減小。在對(duì)動(dòng)態(tài)電路進(jìn)行分析時(shí)選用“串反并同”的規(guī)律，可進(jìn)一步簡(jiǎn)化分析過程中，但是在使用該規(guī)律時(shí)需注意以下幾方面：

①對(duì)電路圖的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)真分析，準(zhǔn)確判斷電路中的哪部分電阻值發(fā)生了變化；

②認(rèn)真判斷電路部分與發(fā)生變化的電路部分之間時(shí)串聯(lián)還是并聯(lián)；分析的過程中需靈活應(yīng)對(duì)，可將一部分電路看作是整體與某電阻之間進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)。

判斷串聯(lián)或并聯(lián)只能以“變化部分的電阻值R變”作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，凡是通過R變的電流有可能通過導(dǎo)體Rx，則此時(shí)Rx與R變之間是串聯(lián)關(guān)系；凡是通過R變的電流一定不通過Rx，則此時(shí)的Rx與R變之間是并聯(lián)關(guān)系。

（1）串反并同規(guī)律的應(yīng)用

若題目中涉及電阻變化，借助于“串反并同”法可以第一時(shí)間找出準(zhǔn)確答案。

（2）“串反并同”規(guī)律的適用范圍和條件

在電源沒有內(nèi)阻或內(nèi)阻忽略不計(jì)的情況下，則與電源并聯(lián)的電壓表讀數(shù)將沒有變化，此時(shí)“串反并同”規(guī)律不適用。除此之外的其他電表和用電器的物理量變化，如電流、電功率、電壓等均能使用該規(guī)律；若電路中有超過兩個(gè)的電阻阻值同時(shí)發(fā)生變化，該規(guī)律同樣不適用；需在閉合電路中使用。若電容器出現(xiàn)在直流電路中，而此時(shí)的電容器所在的電路如同斷路，電路中不會(huì)出現(xiàn)恒定電流，該規(guī)律也不適用。

3、極值法

針對(duì)因滑動(dòng)變阻器的滑片滑動(dòng)而造成電路發(fā)生變化的問題，可以將滑動(dòng)變阻器的滑片分別滑動(dòng)到極端位置進(jìn)行討論，此時(shí)應(yīng)判斷其是否有極值出現(xiàn)，也就是變化過程是否為單調(diào)變化。這種動(dòng)態(tài)電路分析在分析只有一處電阻阻值時(shí)較為簡(jiǎn)單；若電路中出現(xiàn)兩處以上的電阻阻值變化，需要借助于數(shù)學(xué)方法，將所有的可能列舉出來，進(jìn)而計(jì)算。

參考文獻(xiàn)

關(guān)茜.動(dòng)態(tài)電路技巧分析[J].考試周刊，2012（4）.

石雪山.動(dòng)態(tài)電路問題分類解析[J].物理通報(bào)，2012（2）.

作者簡(jiǎn)介：苑四彪（1976-），男，漢族，山東省乳山市人，本科學(xué)歷，從事高中物理教學(xué)工作。

（作者單位：1乳山市銀灘高級(jí)中學(xué)；2乳山市第一中學(xué)）