初中動(dòng)態(tài)電路分析及解題思路

唐佩佩

【摘要】初中物理電學(xué)知識(shí)點(diǎn)多，涉及的知識(shí)面廣，難度大，動(dòng)態(tài)電路是初中物理電學(xué)中重難點(diǎn)知識(shí)，在中考中出現(xiàn)的概率很高，動(dòng)態(tài)電路考察學(xué)生對(duì)電路圖的識(shí)辨能力、串并聯(lián)電路特點(diǎn)、歐姆定律、電能、電功率的把握以及運(yùn)用電學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

【關(guān)鍵詞】初中物理電學(xué)? ?電路分析? ?等效法? ?化動(dòng)為靜

動(dòng)態(tài)電路是指滑動(dòng)變阻器滑片的移動(dòng)或開關(guān)的閉合與斷開、半導(dǎo)體變阻器改變而引起電路中電阻、電流、電壓、功率等物理量的變化。動(dòng)態(tài)電路題的前提是電源、電路中的定值電阻、燈泡的電阻不變，而電路中的電流、電壓的分配、功率等物理量隨著電路電阻的改變而改變，可謂“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。學(xué)生對(duì)動(dòng)態(tài)電路的題目很難理解是因?yàn)椴欢煤?jiǎn)化電路。因此將本文將此類題型進(jìn)行分類，并在教學(xué)過程中教會(huì)學(xué)生用等效法、化動(dòng)為靜法、極限假設(shè)法等解決問題。

一、滑動(dòng)變阻器的滑片P的位置變化引起電路中物理量的變化

1.串聯(lián)電路中滑動(dòng)變阻器P移動(dòng)引起的變化

例1：如圖所示是伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)電路圖，閉合開關(guān)S，當(dāng)滑片向右移動(dòng)時(shí)，請(qǐng)判斷電流表和電壓表的示數(shù)變化： 電流表的示數(shù)? ? ? ;電壓表的示數(shù)? ? ?.（均選填“變大”、“不變”或“變小”）

電路分析：在圖1中，由于電壓表的內(nèi)阻很大，并聯(lián)在電路中，可認(rèn)為是斷路，采用去電壓表的方式處理，由于電流表的內(nèi)阻很小，串聯(lián)在電路中，幾乎不影響電路中的電流，故可以把電流表所在的位置當(dāng)成一根導(dǎo)線，利用等效法畫出簡(jiǎn)化電路圖2，判斷該電路的連接方式為串聯(lián)電路。再觀察圖1再判斷電流表是測(cè)量串聯(lián)電路的電流、電壓表是測(cè)量R1兩端的電壓。

第一種方法：極限假設(shè)法。滑動(dòng)變阻器片P的滑動(dòng)有兩個(gè)極限狀態(tài)，利用極限假設(shè)思維，化動(dòng)為靜分析滑動(dòng)變阻器接入電路中的最大和最小的變化情況，當(dāng)滑動(dòng)變阻器P滑到最左端時(shí)，此時(shí)接入電路的總電阻最小，等效電路圖如圖3所示，在電壓不變的情況下，電路中電流最大，U1=U總（電壓表示數(shù)最大）;當(dāng)滑片P滑到最右端，此時(shí)接入電路的總電阻最大，等效電路圖如圖4所示，在電源電壓不變的情況下，電路中電流最小（即電流表示數(shù)變小），根據(jù)串聯(lián)分壓的特點(diǎn)U1+U2=U總，綜合分析可知：當(dāng)滑片P向右移動(dòng)時(shí)，電流表示數(shù)變小，電壓表示數(shù)變小。

第二種方法：公式計(jì)算法。當(dāng)滑片P向右滑動(dòng)的過程中，滑動(dòng)變阻器R2接入電路的電阻變大→總電阻變大（R總=R1+R2）→電流變小I=U/R總→A表示數(shù)變小，如果根據(jù)U1=IR1計(jì)算，由于I變小而R1不變，所以R1兩端電壓U1變小→V表示數(shù)變小。

并聯(lián)電路中滑動(dòng)變阻器P移動(dòng)引起的變化

例2：如圖所示電路，電源電壓保持不變。閉合開關(guān)S，

滑動(dòng)變阻器的滑片P向左移動(dòng)，在這一過程中? （ ）

A.電流變A1的示數(shù)變小

B.電壓表V的示數(shù)逐漸變小

C.電流表A的示數(shù)逐漸變小

D.電流表A與A1的示數(shù)差逐漸不變

電路分析：利用去電壓表、把電流表當(dāng)成一根導(dǎo)線畫出圖5的等效電路圖如圖6所示，可知R1和R2是并聯(lián)的，再觀察圖5 可知A1測(cè)量R1的電流，A測(cè)量干路的電流，V 測(cè)量電源電壓。

第一種方法：極限假設(shè)法。當(dāng)滑片P 移動(dòng)到R1最右端，R1電阻最大，A1示數(shù)最小，假設(shè)滑片P移動(dòng)到R1的中點(diǎn)時(shí)（注意不能滑到最左端，這樣會(huì)造成電源短路），R1電阻變小，電流變大，故A1的示數(shù)變大，A選項(xiàng)錯(cuò)誤;V測(cè)量電源電壓，即V示數(shù)不變，B選項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)并聯(lián)電路中各個(gè)支路的用電器之間互不影響可知，R2的電流不發(fā)生改變，即I2（不變）=I總-I1，D選項(xiàng)正確;根據(jù)并聯(lián)電路的電流規(guī)律：I總=I1（變大）+I2（不變），即A的示數(shù)變大，C選項(xiàng)錯(cuò)誤。

第二種方法：公式計(jì)算法。當(dāng)滑片P向左移動(dòng)時(shí)，R1電阻變小，根據(jù)I1=U/R1可知當(dāng)電壓不變時(shí)，I1變大，故A1的示數(shù)變大，A選項(xiàng)錯(cuò)誤;V測(cè)量電源電壓，即V示數(shù)不變，B選項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)并聯(lián)電路中各個(gè)支路的用電器之間互不影響可知，R2的電流不發(fā)生改變，即I2不變，由并聯(lián)電流規(guī)律可知：I總=I1（變大）+I2（不變），I變大，即A的示數(shù)變大，C選項(xiàng)錯(cuò)誤;I2= I總（變大）-I1（變大），故I2不變，D選項(xiàng)正確。

開關(guān)通斷引起的電路中物理量的變化

例3：如圖所示的電路中，開關(guān)S2由斷開到閉合的過程? 中，下列說法正確的是（ ）

A.電壓表示數(shù)大，電流表示數(shù)變小

B.電壓表示不變，電流表示數(shù)變大

C.電壓表和電流表的示數(shù)的比值不變

D.電路消耗的總功率變小

電路分析：

當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，等效電路圖如圖8，即R1與R2串聯(lián)，即R總（最大）=R1+R2，根據(jù)I=U（不變）/R總（最大）可知I最小，U1=I（最小）R1（不變），可知U1最小，P總=U（不變）I（最小），可知P總最小。

當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，等效電路圖如圖9，即該電路為只有R1的簡(jiǎn)單電路，故R總（最小）=R1，根據(jù)I=U（不變）/R總（最小）可知I最大，U1=I（最大）R1（不變），可知U1最大，P總=U（不變）I（最大），可知P總最大，因此ABD選項(xiàng)錯(cuò)誤。

不論開關(guān)斷開還是閉合，V始終測(cè)量R1兩端的電壓，A始終測(cè)量流過R1的電流，因此電壓表示數(shù)和電流表示數(shù)之比等于R1的電阻，因?yàn)殡娮鑂1阻值不變，故C選項(xiàng)正確。

由以上題型可見，處理此類動(dòng)態(tài)電路的策略為：

1.化繁為簡(jiǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的等效與整體的思維。學(xué)會(huì)分析電路，電流表內(nèi)阻很小可視為導(dǎo)線，電壓表內(nèi)阻很大可視為斷路，電壓表可連同它兩端的導(dǎo)線取走，從而簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，畫出等效電路圖，判斷電路的連接方式。

2.再回歸整體電路，判斷電流表、電壓表測(cè)量的是哪個(gè)物理量。

3.明確電路的核心變因是電阻R，根據(jù)滑片的移動(dòng)引起部分電阻的變化來判斷總電阻的變化（先部分再整體），不論是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，其中一個(gè)電阻的變大（變小）都會(huì)使總電阻變大（變小），而在串聯(lián)電路中先根據(jù)I總=U/R總判斷電流的變化，再根據(jù)判斷U=IR來判斷電壓的變化，在并聯(lián)電路中先判斷電壓（不變），再根據(jù)I=U/R來判斷支路電流和干路電流的變化。

參考文獻(xiàn) ：

孫浩杰.初 中物理電路動(dòng) 態(tài)分類分析方法.中學(xué)物理教學(xué)參考 ， 2008（8）.