初中動態電路分析及解題思路

唐佩佩

【摘要】初中物理電學知識點多，涉及的知識面廣，難度大，動態電路是初中物理電學中重難點知識，在中考中出現的概率很高，動態電路考察學生對電路圖的識辨能力、串并聯電路特點、歐姆定律、電能、電功率的把握以及運用電學知識解決實際問題的能力。

【關鍵詞】初中物理電學? ?電路分析? ?等效法? ?化動為靜

動態電路是指滑動變阻器滑片的移動或開關的閉合與斷開、半導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。動態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“牽一發而動全身”。學生對動態電路的題目很難理解是因為不懂得簡化電路。因此將本文將此類題型進行分類，并在教學過程中教會學生用等效法、化動為靜法、極限假設法等解決問題。

一、滑動變阻器的滑片P的位置變化引起電路中物理量的變化

1.串聯電路中滑動變阻器P移動引起的變化

例1：如圖所示是伏安法測電阻的實驗電路圖，閉合開關S，當滑片向右移動時，請判斷電流表和電壓表的示數變化： 電流表的示數? ? ? ;電壓表的示數? ? ?.（均選填“變大”、“不變”或“變小”）

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

第一種方法：極限假設法。滑動變阻器片P的滑動有兩個極限狀態，利用極限假設思維，化動為靜分析滑動變阻器接入電路中的最大和最小的變化情況，當滑動變阻器P滑到最左端時，此時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（電壓表示數最大）;當滑片P滑到最右端，此時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（即電流表示數變小），根據串聯分壓的特點U1+U2=U總，綜合分析可知：當滑片P向右移動時，電流表示數變小，電壓表示數變小。

第二種方法：公式計算法。當滑片P向右滑動的過程中，滑動變阻器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表示數變小，如果根據U1=IR1計算，由于I變小而R1不變，所以R1兩端電壓U1變小→V表示數變小。

并聯電路中滑動變阻器P移動引起的變化

例2：如圖所示電路，電源電壓保持不變。閉合開關S，

滑動變阻器的滑片P向左移動，在這一過程中? （ ）

A.電流變A1的示數變小

B.電壓表V的示數逐漸變小

C.電流表A的示數逐漸變小

D.電流表A與A1的示數差逐漸不變

電路分析：利用去電壓表、把電流表當成一根導線畫出圖5的等效電路圖如圖6所示，可知R1和R2是并聯的，再觀察圖5 可知A1測量R1的電流，A測量干路的電流，V 測量電源電壓。

第一種方法：極限假設法。當滑片P 移動到R1最右端，R1電阻最大，A1示數最小，假設滑片P移動到R1的中點時（注意不能滑到最左端，這樣會造成電源短路），R1電阻變小，電流變大，故A1的示數變大，A選項錯誤;V測量電源電壓，即V示數不變，B選項錯誤;根據并聯電路中各個支路的用電器之間互不影響可知，R2的電流不發生改變，即I2（不變）=I總-I1，D選項正確;根據并聯電路的電流規律：I總=I1（變大）+I2（不變），即A的示數變大，C選項錯誤。

第二種方法：公式計算法。當滑片P向左移動時，R1電阻變小，根據I1=U/R1可知當電壓不變時，I1變大，故A1的示數變大，A選項錯誤;V測量電源電壓，即V示數不變，B選項錯誤;根據并聯電路中各個支路的用電器之間互不影響可知，R2的電流不發生改變，即I2不變，由并聯電流規律可知：I總=I1（變大）+I2（不變），I變大，即A的示數變大，C選項錯誤;I2= I總（變大）-I1（變大），故I2不變，D選項正確。

開關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.電壓表示數大，電流表示數變小

B.電壓表示不變，電流表示數變大

C.電壓表和電流表的示數的比值不變

D.電路消耗的總功率變小

電路分析：

當開關斷開時，等效電路圖如圖8，即R1與R2串聯，即R總（最大）=R1+R2，根據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。

當開關閉合時，等效電路圖如圖9，即該電路為只有R1的簡單電路，故R總（最小）=R1，根據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選項錯誤。

不論開關斷開還是閉合，V始終測量R1兩端的電壓，A始終測量流過R1的電流，因此電壓表示數和電流表示數之比等于R1的電阻，因為電阻R1阻值不變，故C選項正確。

由以上題型可見，處理此類動態電路的策略為：

1.化繁為簡，培養學生的等效與整體的思維。學會分析電路，電流表內阻很小可視為導線，電壓表內阻很大可視為斷路，電壓表可連同它兩端的導線取走，從而簡化電路結構，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、電壓表測量的是哪個物理量。

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

參考文獻 ：

孫浩杰.初 中物理電路動 態分類分析方法.中學物理教學參考 ， 2008（8）.