例講高中物理中的常見電路問題

何國泉

(江蘇省如皋中學 226500)

結合自身教學經驗，將高中物理常見電路劃分為：一般電路、含電容器電路、含變壓器電路、與圖象結合電路、非純電阻電路、實物電路六種類型.高中物理教學中應做好上述六種類型電路問題的講解，使學習者在解題中少走彎路，提高其解題效率.

1 一般電路問題

解答該類電路的思路為由局部→整體→局部.其中支路電阻增大(或減小)，則對應外電路的電流減小(或增大)，運用歐姆定律逐一分析.分析變化量相關問題，可采用等效電阻法，將定值電阻等效為電源內阻進行分析，達到降低分析難度的目的.另外，還可運用“串反并同”這一結論，在理清與變化電阻串并聯關系的基礎上，得出相關電學元件參數的變化規律.

例1如圖1所示電路中，將開關S閉合后，將滑動變阻器的滑動觸頭P向下滑動，五個理想電表均發生變化，其中ΔU、ΔU1和ΔU2分別表示V，V1，V2的變化量，ΔI1表示A1的變化量，則以下分析正確的是( ).

圖1

A.V1示數變大，A示數減小

B.V2示數變大，A1示數減小

C.|ΔU1|>|ΔU2|

答案：ACD.

2 含電容器電路

分析含電容器電路，需要把握以下三點內容：其一，運用歐姆定律分析電容器兩極板間的電壓關系，確定正負極；其二，若電容器處于穩定狀態，其兩極板電壓和與之并聯電學元件的電壓相等，將其所在支路看成斷路；其三，若電容器有充放電過程，分析其極板電性是否發生改變，若未改變，其改變的電荷量Q=C|U1-U2|.若電性發生改變，則改變的電荷量為Q=C|U1+U2|.

例2如圖2所示電路中的電源內阻為r=1Ω，電動勢為E=6V.R1=7.5Ω，R2=3Ω，R3=2Ω，R0=3Ω.電容器的電容C=2μF.起初開關S閉合.則( ).

A.電容器上極板帶正電

B.電容器兩極板間的電勢差為3V

C.斷開S后，穩定后電容器極板所帶電荷量為3.6×10-6C

D.斷開S至電路穩定期間通過R0的電荷量為9.6×10-6C

圖2

答案：D.

3 含變壓器電路

解答含變壓器的電路問題時，應搞清楚變壓器的工作原理，分析相關參數的決定關系.一般情況下，原線圈的電壓決定負線圈電壓，副線圈的電流決定原線圈的電流，副線圈的輸出功率決定原線圈的輸入功率.

例3如圖3所示電路中L1～L3為阻值均為R1=10Ω且保持不變的燈泡，理想變壓器的原、副線圈匝數之比為1∶3.滑動變阻器R2的最大阻值為20Ω.起初滑片P處在正中間位置，當電路中接入有效值U=20V的穩定正弦交流電時，則以下說法不正確的是( ).

A.通過L1的電流為1.5A

B.通過L2的電流為1A

C.電壓表讀數為15V

D.若向上移動P，電源的輸出功率將變大

圖3

答案：ACD.

4 與圖象結合電路

分析與圖象相結合的電路不僅需要認真觀察，明確電學元件之間的串并聯關系，而且需要結合電學元件相關參數規律的判斷，確定其對應的圖線.同時，認真觀察圖線的坐標軸，搞清楚縱橫坐標表示的含義.同時，重點分析圖線的拐點及交點，找到引起圖線變化的內在因素，在此基礎上對給出的選項做出判斷.

例4如圖4(a)所示，調節滑動變阻器的觸頭P向某一方向移動，分別記錄電流表A和電壓表V1，電流表A和電壓表V2的數據，繪制如圖4(b)所示的U-I圖線，則( ).

圖4

A.曲線和電壓表V2測量的數據對應

B.電源電動勢E=4.5V，r=1Ω

C.圖線交點對應電源的最大效率

D.將三個圖中燈泡并聯接到該電源上，則每個燈泡的實際功率為5W.

答案：AB.

5 非純電阻電路

例5如圖5所示電路圖，調節滑動變阻器R，電動機停止轉動，電壓表示數U1=1V，電流表示數I1=0.5A；重新調節R，電動機正常運轉，其能夠以a=1m/s2的加速度勻加速豎直提升重物.當重物速度v0=1m/s時，電壓表的示數U2=15V，電流表的示數I2=2A，g取10m/s2.

求:

(1)電動機的輸出電功率P出；

(2)該重物的質量m和電動機的效率η.

圖5

答案：(1)22W；(2)73.3%.

6 實物電路

分析實物電路圖，應當按照從電源出發的原則，沿著導線逐一理清電學元件的串并聯關系.針對較為復雜的實物電路，結合所學將其轉化為常規電路圖，運用所學的歐姆定律知識，構建相關物理方程.

例6 如圖6所示，電源兩端的電壓U始終保持不變.當開關S1、S2均閉合，滑動變阻器接入電路中的電阻為RA時，電壓表V1的示數為U1，電流表示數為I1，滑動變阻器消耗的電功率為PA，電路消耗的總功率為P1.當開關S1閉合，S2斷開時，滑動變阻器的滑片位于最右端時電流表的示數為I2，電路消耗的總功率為P2.保持開關S1閉合，S2斷開，當滑動變阻器由最右端調至接入電路中的電阻為RA時，電流表的示數為I3，電壓表V2的示數為U2，電路消耗的總功率為P3.繼續改變滑動變阻器接入電路中的電阻值為RB時，電路消耗的總功率P4=2.4W.已知P2-P3=1.2W，U1∶U2=4∶9，I2∶I3=4∶3.

求：(1)P2和P3的比值；

(2)RA和RB的比值；

(3)開關S1、S2均閉合時，滑動變阻器RA消耗的電功率PA.

圖6

答案：(1)4∶3；(2)1∶3；(3)1.6W

高中物理電路問題不僅考查學習者對歐姆定律的認識與理解的深度，而且與其他電學元件結合起來，綜合考查學習者電學元件相關規律的靈活運用程度.在教學實踐中，應嚴把基礎關，為學習者系統剖析相關結論的推導過程，使學習者真正的理解，而非是死記硬背，在運用的過程中即便遺忘也能夠順利的推導出來.另外，不同電路考查的知識點不同，為提高學習者分析問題的效率，為學習者總結不同電路問題的突破思路，并與學習者一起剖析經典習題，使其認真體會與揣摩分析過程，并做好聽課總結，及時發現與彌補相關電路分析的不足.