电路变化案例分析

在初中物理的电学习题中,经常会遇到这样一类问题:电源电压不变,由于可变电阻阻值变化,或者说某个开关闭合或断开引起阻值变化,然后让你判断电路的电流、各电阻两端的电压以及电流表、电压表的示数怎样变化。学生对这样的问题感到非常棘手,其实这是有规律可循的。首先弄清电路的串、并联关系,然后根据电压、电阻、电流间的变化关系,在寻找变量的同时,要注意哪些是不变的物理量,便可以顺利解决问题。下面我们就几个案例进行分析。

一、开关的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化

1.串联电路中开关的断开或闭合引起的变化

在分析电路时,首先要对电路进行分析和判断。由于电路中电路元件较多,所以,在分析、判断电路时,元件越少越好。那么电路中开关的断开、闭合以及电流表和电压表如何处理呢?

开关的断开:看成断路,将这一部分去掉。开关的闭合:看成导线。

电流表由于电阻较小,看成导线。电压表由于电阻较大,电流很难通过,看成开路,将这一部分去掉。

例1.在如图(图略)所示的电路中,将开关K闭合,则电流表的示数将,电压表的示数将(均填“变大”“变小”或“不变”)。

分析:在开关尚未闭合前,两个电阻组成串联电路。电压表测量R1两端的电压,开关K闭合后,电阻R2被局部短路,电压表变成测量电源两端的电压了,因此电压表的示数将变大。在开关尚未闭合前,电流表测量的是串联电路的电流值,由于此时电阻较大,故电流较小;开关K闭合后,电阻R2被局部短路,电路中的电阻只有R1了,因此电流表的示数将变大。

2.并联电路中开关的断开或闭合引起的变化

例2.在图中(图略),灯泡L1和灯泡L2是 联连接的。当开关K断开时,电压表的示数将________;电流表的示数将_________(选填“增大”“不变”或“减小”)。

分析:本题的难度首先在电路的识别,我们可以将电流表看作导线,将电压表拿去,就容易看出这个电路是“并”联电路。电流表是串联在小灯L1的支路中的,所以开关闭合时,电流表的示数从0变到有读数,应该选填“增大”。电压表是测量电源电压,而且不受开关控制,所以示数“不变”。

二、滑动变阻器的滑片P的位置的变化引起电路中电学物理量的变化

串联电路中滑动变阻器的滑片P的位置的变化引起的变化。

例3.如图(图略),是典型的伏安法测电阻的实验电路图,当滑片P向右移动时,请你判断A表和V表的变化。

分析:P右移→R2增大→R总增大→I减小→A表减小。

R1不变→IR1减小→U1减小→V表减小。

(判断V表的变化还可以根据串联电路的分压原理来分析:R2增大→U2增大→U1减小→V表减小)。

扩展:根据串联电路的特点,滑动变阻器R2两端的电压U2将增大。

推论:如果滑动变阻器R2足够大,当滑片P向右一直滑动时,电阻将不断增大,那么U2将不断增大,U1将不断减小,I将不断减小。假设R2无限大,这时U2将增大到电源电压,U1将变为0,I也将变为0,这时的电路就相当于断路。这就是用电压表来判断电路断路和短路的道理。

例4.如图(图略),当滑片P向左移动时,A表和V表将如何变化。

分析:首先要确定电路的类型,此电路属于串联电路还是并联电路。我们可以将电流表简化成导线,将电压表简化成断开的开关或干脆拿掉。此时可以容易地看出,这是一个串联电路。而且发现滑动变阻器的滑片已经悬空,滑动变阻器接成了定值电阻,所以A表示数不变。

综上所述,我们分析此类问题时,应从“局部→整体→局部”这一“不变”的原则来应对“万变”的电路变化,我们应紧紧把握哪些物理量不变,并以此为切入点,然后在分析问题的过程中运用逻辑推理的方法,使这一问题像做“多米诺骨牌”游戏一样,前一个扣倒后一个,后一个再扣倒后一个,如此下去,其中体现了逻辑的美感,但这种美感是建立在缜密的思考过程与严谨的定性计算的基础上,因此要求学生有宽阔的视野和扎实的基本功。

作者单位:江苏省宝应县望直港镇中心初级中学