初中物理電學(xué)解題思維能力“進階”訓(xùn)練

李劍

【摘要】本文通過靜態(tài)電路、動態(tài)電路、應(yīng)用電路定性分析和計算的例題，進階鞏固學(xué)生基礎(chǔ)解題能力，再通過電路圖表信息與電學(xué)綜合計算的綜合能力訓(xùn)練題，進階提升學(xué)生的解題思維.通過合理的梯度設(shè)計和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S邏輯設(shè)計，進階培養(yǎng)學(xué)生的解題思維，提高學(xué)生的認(rèn)知水平.

【關(guān)鍵詞】初中物理;電學(xué)解題;“進階”訓(xùn)練

1 靜態(tài)電路分析

靜態(tài)電路分析的關(guān)鍵是簡化電路：電壓表當(dāng)斷路，電流表當(dāng)導(dǎo)線，開關(guān)閉合當(dāng)導(dǎo)線，開關(guān)斷開當(dāng)斷路，得出電路基本結(jié)構(gòu);根據(jù)電壓表掐誰兩端測誰電壓，流過電流表的電流流過誰測誰電流，完成電流的分析;根據(jù)電路規(guī)律得出電壓、電流和電阻的關(guān)系.

例1 小明同學(xué)設(shè)計了如圖1所示的電路，閉合開關(guān)后，電壓表V1的示數(shù)為1.5V，電壓表V2的示數(shù)為0.6V，則該電路中（）.

（A）兩燈并聯(lián). （B）表V1測電源電壓.

（C）表V2測電源電壓. （D）電源電壓為2.1V.

首先，因為電壓表相當(dāng)于斷路，所以在電路圖中抹去電壓表，得出等效電路圖，電流從電源正極去到負(fù)極的過程中依次經(jīng)過L1與L2，只有一條電流路徑則L1與L2串聯(lián).

其次將電壓表依次接入，表V1接在甲乙兩端，如圖1所示電路甲乙兩點間是L1（或甲乙兩點間電流通過L1），所以表V1與L1并聯(lián)，即表V1測L1兩端的電壓，表V2接在丙丁兩端，如圖2所示電路丙丁兩點間是L2（或丙丁兩點間電流通過L2），所以表V2與L2并聯(lián)，則表V2測L2兩端的電壓.

最后，根據(jù)串聯(lián)電壓規(guī)律（串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和）得電源的電壓U=U1+U2=1.5V+0.6V=2.1V.故答案選D.

例2 如圖3甲所示電路，閉合開關(guān)S后，兩個燈泡都能發(fā)光，乙圖為電流表A1指針的位置，電流表A2讀數(shù)是0.6A.則（）.

（A）電流表A1測燈泡L1中的電流.

（B）燈泡L1和L2串聯(lián).

（C）通過燈泡L1中的電流為0.9A.

（D）開關(guān)S只控制燈泡L2.

首先，簡化電路如圖4所示，兩燈并聯(lián)，A1測量干路電流I總=1.5A，A2測量通過L2的電流I2=0.6A;由于并聯(lián)電路中，干路中的電流等于各支路電流之和，則通過燈L1的電流為：I1=I總-I2=1.5A-0.6A=0.9A.故C正確.

2 動態(tài)電路定性分析

動態(tài)電路主要類型有兩種，一種由滑動變阻器實現(xiàn)，一種由開關(guān)實現(xiàn).在分析由滑動變阻器實現(xiàn)的動態(tài)電路時，可以先簡化電路，然后在簡化電路圖中調(diào)節(jié)變阻器，分析變阻器接入電路中的阻值發(fā)生變化時，根據(jù)歐姆定律分析電路各處電流、電壓、電功率的變化.

例3 如圖5所示的電路中，電源電壓保持不變，燈泡L的電阻保持不變，閉合開關(guān)S后，將滑動變阻器R的滑片P向左移動的過程中，下列說法正確的是（）

（A）電壓表V1示數(shù)變大，電壓表V2示數(shù)變小.

（B）電流表A示數(shù)變大，燈泡L亮度變亮.

（C）V1表示數(shù)的變化量等于V2表示數(shù)的變化量.

（D）V2表示數(shù)與A表示數(shù)的比值變小.

首先，簡化電路得出燈泡L與滑動變阻器R串聯(lián).

其次，分析電表測量對象，V1測L兩端的電壓V2測R左邊部分兩端的電壓，A測電路中的電流.

然后，動態(tài)分析時先分析電流再分析電壓，將滑片P向左移動的過程中，滑動變阻器接入電路中的電阻不變，電路中的總電阻不變，由歐姆定律可知，電路中的電流不變，即A的示數(shù)不變;由U=IR可知，L的電壓不變，即電壓表V1的示數(shù)不變;L的電壓、電流不變，則燈泡的亮度不變，變阻器與電壓表并聯(lián)部分的電阻變小，根據(jù)U=IR可知，電壓表的示數(shù)變小，即電壓表V2的示數(shù)變小.

最后，分析綜合關(guān)系，V1表示數(shù)的變化量為零小于V2表示數(shù)的變化量;V2表示數(shù)與A表示數(shù)的比值是與電壓表并聯(lián)部分的電阻，所以變小.故D正確.

例4 如圖6所示的電路，閉合開關(guān)S、S1后，以下說法正確的是（）

（A）燈L1、L2串聯(lián).

（B）L1、L2兩端的電壓可能不相同.

（C）斷開S1后，電流表A1示數(shù)變小.

（D）斷開S1后，電流表A2示數(shù)變小.

首先，閉合開關(guān)S、S1后，由簡化電路圖可知L1與L2并聯(lián)，根據(jù)電流路徑分析可知，A1測L1支路的電流，A2測干路電流.

其次，根據(jù)并聯(lián)電路規(guī)律得出，L1、L2兩端的電壓一定相同;然后，進行動態(tài)分析得斷開S1，L2被斷路，電路為L1的簡單電路，兩電流表均測通過L1的電流.

最后，進行綜合分析，因并聯(lián)電路各支路互不影響，所以通過L1的電流不變，即電流表A1的示數(shù)不變，少了一條支路的電流，則電流表A2示數(shù)變小.故D正確.

3 靜態(tài)電路的計算

在串聯(lián)或并聯(lián)電路中，利用歐姆完成解題的主要思路是：首先畫出簡化電路圖;其次將題目的已知條件和所求標(biāo)識在圖中;然后根據(jù)電路的規(guī)律和公式“知二求一”的原則完成解題即利用電路的等量、在同一位置有兩個物理量就可以利用公式“知二求一”解出其它物理量或同一物理量在不同位置則可以求出其它位置的這一物理量;最后，根據(jù)已知依次完成解題.

例5 如圖7所示將一個標(biāo)有“9V 0.6A”字樣的小燈泡，接入電源電壓是15V的電路中，要想讓燈泡正常發(fā)光，應(yīng)該（）

（A）串聯(lián)一個10Ω的電阻.

（B）串聯(lián)一個25Ω的電阻.

（C）并聯(lián)一個10Ω的電阻.

（D）并聯(lián)一個25Ω的電阻.

因為燈泡的額定電壓為9V<電源電壓為15V，所以要使燈正常發(fā)光應(yīng)該串聯(lián)一個電阻來分壓.根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律（根據(jù)電壓規(guī)律，知兩處電壓求第三處電壓）得串聯(lián)接入的電阻電壓UR=U-UL=15V-9V=6V.又因為串聯(lián)電路中各處的電流相等（串聯(lián)電路的等量），所以電路中的電流I=IL=0.6A.根據(jù)電阻的電壓和電流（同一處利用公式知二求一）得出電阻的阻值R=URI=6V0.6A=10Ω.故A正確.

4 動態(tài)電路的計算

動態(tài)電路的解題原則是“化動為靜”.首先分析電路，即了解電路的聯(lián)接方式和電表測量什么量;其次，調(diào)節(jié)滑動變阻器觀察電路中各元件電壓與電流變化的情況;然后，根據(jù)題目的安全限制條件或具體要求將題目歸類為兩個靜態(tài);最后，在兩個靜態(tài)電路中電路的規(guī)律和公式“知二求一”的原則完成解題或者建立電源電壓的求解方程聯(lián)立求解.

例6 某物理興趣小組設(shè)計的電子身高測量儀電路圖如圖8所示，其中電源電壓恒為4.5V，定值電阻R1=6Ω，滑動變阻器R2的規(guī)格為“15Ω 0.3A”，電壓表的量程為0～3V，電流表的量程為0～0.6A.為了保證電路中各元件安全工作，變阻器R2接入電路的阻值范圍是（）.

（A）3Ω～12Ω. （B）3Ω～15Ω.

（C）9Ω～12Ω.（D）12Ω～15Ω.

首先，簡化電路可知R2與R1串聯(lián)，電壓表測R2的電壓，電流表測電流;其次將滑片向下滑動時，R2接入電路中的阻值減少，電路中的電流增大，串聯(lián)分電阻越小分到的電壓越少，電壓表的示數(shù)越小，反之亦然.

其次，劃分為兩個靜態(tài)電路，即明確電流最大時，R2的阻值最小，電壓表的示數(shù)最大時，R2阻值最大.

最后，在安全的條件下，依據(jù)靜態(tài)電路中電路的規(guī)律和公式“知二求一”的原則完成解題或者建立電源電壓的求解方程聯(lián)立求解.

因為電流表最大示數(shù)為0.6A，而R2允許通過的最大電流為0.3A，依據(jù)串聯(lián)電流規(guī)律和“保安全取小值”可知電路中的最大電流為0.3A，所以當(dāng)I1=0.3A，滑動變阻器接入電路中的最小電阻，電路的總電阻R總=UI1=4.5V0.3A=15Ω，滑動變阻器接入電路中的最小電阻R2min=R總-R1=15Ω-6Ω=9Ω;當(dāng)電壓表的示數(shù)U2′=3V時，變阻器接入電路中的阻值最大，此時R1兩端的電壓U1=U-U2′=4.5V-3V=1.5V;電路中電流I2=U1R1=1.5V6Ω=0.25A;滑動變阻器接入電路的最大阻值R2max=U2I2=3V0.25A=12Ω;故滑動變阻器的阻值范圍為9Ω～12Ω.故C正確.

5 結(jié)語

總之，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程就是從入門至精通的進階過程，我們可以從知識和能力綜合的維度進行梯度設(shè)置，通過靜態(tài)電路掌握簡化電路與電路分析強化內(nèi)核，通過動態(tài)電路及其應(yīng)用中的定性分析，綜合應(yīng)用電路的規(guī)律和歐姆定律進行分析逐步夯實電學(xué)的基礎(chǔ)，通過靜態(tài)電路和動態(tài)電路的定量計算進行進階強化訓(xùn)練，促進學(xué)生思維的發(fā)展.