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【摘要】动态电路问题在历年中考中主要以选择题形式出现,由于涉及到多个物理量的变化,难度中等偏大。《初中物理课程标准》电学部分指出“了解串、并联电路电流和电压的特点”,把动态电路分为串联电路和并联电路两类,根据不同的物理情景分析问题可以突破此难点。
【关键词】串联分压;动态电路;科学思维
电路中电阻或者电路结构发生变化,从而引起电流和电压的变化,这类电路被称为动态电路。初中动态电路分析对学生的科学思维能力要求较高,有关动态电路的试题既能考查串并联电路的特点、滑动变阻器的使用以及欧姆定律等重要基础知识,又考能查学生综合分析问题的能力,所以很多学生遇到这样的问题总是很难找到突破口,难以解答。
一、动态电路分析的必备知识
串联电路中的电流、电压规律:串联电路中各处的电流相等,公式:I总=I1=I2 ;串联电路中的总电压等于各部分电路的电压之和,公式:U总=U1 U2。
并联电路中的电流、电压规律:并联电路干路电流等于各支路电流之和,公式:I总=I1 I2;并联电路中各支路两端电压相等U1=U2=U总 。
二、动态电路分析的解题思路
分析电路结构,明确电路的连接方式,有必要时画出等效电路图;明确电压表测哪部分电压,电流表测哪部分电流;引起电路变化的部分主要是:开关的断开和闭合,滑动变阻器滑片的移动,半导体材料引起电路变化,如光敏电阻、热敏电阻、压敏电阻、气敏电阻、等敏感电阻。分析部分电路变化对电路造成的影响,遵循“先局部——后整体”的思路,便能找到突破口。
三、串联电路动态分析
例1 (2016·北京中考,13题)如图所示的电路中,电源两端电压保持不变,闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P向右滑动,则下列说法中正确的是( )。
A.总电阻变小
B.电流表的示数变小
C.电压表的示数变大
D.滑动变阻器接入电路中的电阻变小
分析:由电路图可知,电阻R1与滑动变阻器R2串联,滑动变阻器滑片P向右滑动时,变阻器的电阻变大,则总电阻变大,A、D错误;由于电源电压不变,根据I = ,电路中的电流变小,所以B正确;电路中电流变小,根据U1=IR1可知,定值电阻R两端的电压U1变小,电压表V 测R1两端的电压,所以其示数变小,选项C错误。
例2 (2017·泰安中考,19题)如图所示的电路中,电源电压保持不变,开关闭合后,滑动变阻器的滑片P向左移动时,三个电表的示数变化情况是( )。
A.A的示数变小,V1的示数变大,V2的示数变小
B.A的示数变大,V1的示数变小,V2的示数变大
C.A的示数变小,V1的示数不变,V2的示数变大
D.A的示数变大,V1的示数不变,V2的示数变小
分析:由电路图可知,电阻R与滑动变阻器RP串联,滑动变阻器滑片P向左移动时,变阻器的电阻变小,电路中总电阻变小,而总电压(电源电压)不变,根据I = ,电路中的电流变大,所以电流表的示数变大,可以排除A、C选项;电压表V1 测总电压即电源电压,所以示数保持不变;电路中电流变大,根据UR=IR可知,定值电阻R两端的电压U总变大,而总电压不变,由串联电路中UP =U总-UR可知,滑动变阻器RP 两端的电压变小,电压表V2 测RP两端的电压,所以其示数变小,故D答案是正確的。
小结:根据串联电路动态分析,可知串联电路中电压之比等于电阻之比,串联电阻具有分压作用;也可以说串联电路中,电阻大的两端分得的电压大。在动态电路中可以总结为:串联电路中,如果某一部分电阻变大,则这部分两端的电压变大,由于总电压(电源电压)不变,所以另一部分电阻两端的电压会变小;又根据欧姆定律可知,电流会变小。
四、并联电路动态分析
例3 (2016·上海中考,8题)在如图所示的电路中,电源电压保持不变,开关S1,S2均闭合。当开关S2由闭合到断开时,电路中( ) 。
A.电压表 V的示数变小
B.电流表A1的示数变大
C.电压表 V示数与电流表A示数的比值变大
D.电压表 V示数与电流表A示数的乘积变大
分析:由电路图可知,开关S1,S2均闭合时,电阻R1与R2并联,当开关S2由闭合到断开时,R2断路,电压表V测电源电压,由于电源电压保持不变,所以A选项错误;电流表A1 测量R1电流,根据并联电路电压特点U1=U2=U总 和欧姆定律I = ,电阻R1的阻值和其两端的电压都不变,所以电流表A1的示数不变,选项B错误;电流表A测量干路电流,当开关S2由闭合到断开时,通过电阻R2的电流变为0,根据并联电路电流特点 I总=I1 I2可知,干路电流变小,所以电流表A的示数变小,由于电压表V的示数不变,所以电压表示数与电流表示数的比值变大、乘积变小,所以选项D错误,选项C正确。
例4 (2016·咸宁中考,10题) 在如图所示的电路中,电源电压保持不变。闭合开关S后,将滑动变阻器滑片P向左移动时,以下说法正确的是( )
A.两电流表示数的差值变小
B.电压表 V示数与电流表A1示数的比值不变
C.电压表 V示数与电流表A2示数的比值不变
D.电压表 V示数与电流表A2示数的乘积变大
分析:由电路图可知,开关S闭合,滑动变阻器滑R1与电阻R2并联,电压表测电源电压,电流表A1测干路电流,电流表A2测R2电流;滑动变阻器R1滑片P向左移动时,其电阻变小,根据U1=U2=U总 不变和欧姆定律I = 可知,电压表V的示数不变,R1的电流变大,A2示数不变,A1示数变大,所以两电流表的示数差值变大,选项A错误;电压表 V示数与电流表A2示数的比值变小,选项B错误;电压表 V示数与电流表A2示数的乘积和比值均不变,所以选项D错误,选项C正确。
小结:由并联电路电压规律U1=U2=U总可知,并联电路中各支路独立工作、互不影响,一条支路电阻的变化对另一条支路的电压和电流均没有影响;由I总=I1 I2可知,干路电流会受影响;并联电路的动态分析较串联电路动态分析题要简单,重点是弄清电流表和电压表分别测哪部分电路,这也是解决动态电路的关键点。
对于动态电路,首先要分析电路的结构,是串联电路还是并联电路。其次,明确电压表测哪部分电路两端的电压,电流表测哪部分的电流;再根据串联分压,并联独立来进行分析。
参考文献:
[1] 许小敏.化繁为简,深入浅出——以初中物理动态电路的简化与分析为例[J].物理教学探讨,2015,33(8):36-38.
[2]杨关所 ,田焕英.电表示数为何变化——解析中考难点[J].物理教师初中版,2011(1):59-60.
[3]江耀基.“一题多变”在动态电路专题复习课中的应用[J].中学物理教学参考,2017 (5):43-46.
【关键词】串联分压;动态电路;科学思维
电路中电阻或者电路结构发生变化,从而引起电流和电压的变化,这类电路被称为动态电路。初中动态电路分析对学生的科学思维能力要求较高,有关动态电路的试题既能考查串并联电路的特点、滑动变阻器的使用以及欧姆定律等重要基础知识,又考能查学生综合分析问题的能力,所以很多学生遇到这样的问题总是很难找到突破口,难以解答。
一、动态电路分析的必备知识
串联电路中的电流、电压规律:串联电路中各处的电流相等,公式:I总=I1=I2 ;串联电路中的总电压等于各部分电路的电压之和,公式:U总=U1 U2。
并联电路中的电流、电压规律:并联电路干路电流等于各支路电流之和,公式:I总=I1 I2;并联电路中各支路两端电压相等U1=U2=U总 。
二、动态电路分析的解题思路
分析电路结构,明确电路的连接方式,有必要时画出等效电路图;明确电压表测哪部分电压,电流表测哪部分电流;引起电路变化的部分主要是:开关的断开和闭合,滑动变阻器滑片的移动,半导体材料引起电路变化,如光敏电阻、热敏电阻、压敏电阻、气敏电阻、等敏感电阻。分析部分电路变化对电路造成的影响,遵循“先局部——后整体”的思路,便能找到突破口。
三、串联电路动态分析
例1 (2016·北京中考,13题)如图所示的电路中,电源两端电压保持不变,闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P向右滑动,则下列说法中正确的是( )。
A.总电阻变小
B.电流表的示数变小
C.电压表的示数变大
D.滑动变阻器接入电路中的电阻变小
分析:由电路图可知,电阻R1与滑动变阻器R2串联,滑动变阻器滑片P向右滑动时,变阻器的电阻变大,则总电阻变大,A、D错误;由于电源电压不变,根据I = ,电路中的电流变小,所以B正确;电路中电流变小,根据U1=IR1可知,定值电阻R两端的电压U1变小,电压表V 测R1两端的电压,所以其示数变小,选项C错误。
例2 (2017·泰安中考,19题)如图所示的电路中,电源电压保持不变,开关闭合后,滑动变阻器的滑片P向左移动时,三个电表的示数变化情况是( )。
A.A的示数变小,V1的示数变大,V2的示数变小
B.A的示数变大,V1的示数变小,V2的示数变大
C.A的示数变小,V1的示数不变,V2的示数变大
D.A的示数变大,V1的示数不变,V2的示数变小
分析:由电路图可知,电阻R与滑动变阻器RP串联,滑动变阻器滑片P向左移动时,变阻器的电阻变小,电路中总电阻变小,而总电压(电源电压)不变,根据I = ,电路中的电流变大,所以电流表的示数变大,可以排除A、C选项;电压表V1 测总电压即电源电压,所以示数保持不变;电路中电流变大,根据UR=IR可知,定值电阻R两端的电压U总变大,而总电压不变,由串联电路中UP =U总-UR可知,滑动变阻器RP 两端的电压变小,电压表V2 测RP两端的电压,所以其示数变小,故D答案是正確的。
小结:根据串联电路动态分析,可知串联电路中电压之比等于电阻之比,串联电阻具有分压作用;也可以说串联电路中,电阻大的两端分得的电压大。在动态电路中可以总结为:串联电路中,如果某一部分电阻变大,则这部分两端的电压变大,由于总电压(电源电压)不变,所以另一部分电阻两端的电压会变小;又根据欧姆定律可知,电流会变小。
四、并联电路动态分析
例3 (2016·上海中考,8题)在如图所示的电路中,电源电压保持不变,开关S1,S2均闭合。当开关S2由闭合到断开时,电路中( ) 。
A.电压表 V的示数变小
B.电流表A1的示数变大
C.电压表 V示数与电流表A示数的比值变大
D.电压表 V示数与电流表A示数的乘积变大
分析:由电路图可知,开关S1,S2均闭合时,电阻R1与R2并联,当开关S2由闭合到断开时,R2断路,电压表V测电源电压,由于电源电压保持不变,所以A选项错误;电流表A1 测量R1电流,根据并联电路电压特点U1=U2=U总 和欧姆定律I = ,电阻R1的阻值和其两端的电压都不变,所以电流表A1的示数不变,选项B错误;电流表A测量干路电流,当开关S2由闭合到断开时,通过电阻R2的电流变为0,根据并联电路电流特点 I总=I1 I2可知,干路电流变小,所以电流表A的示数变小,由于电压表V的示数不变,所以电压表示数与电流表示数的比值变大、乘积变小,所以选项D错误,选项C正确。
例4 (2016·咸宁中考,10题) 在如图所示的电路中,电源电压保持不变。闭合开关S后,将滑动变阻器滑片P向左移动时,以下说法正确的是( )
A.两电流表示数的差值变小
B.电压表 V示数与电流表A1示数的比值不变
C.电压表 V示数与电流表A2示数的比值不变
D.电压表 V示数与电流表A2示数的乘积变大
分析:由电路图可知,开关S闭合,滑动变阻器滑R1与电阻R2并联,电压表测电源电压,电流表A1测干路电流,电流表A2测R2电流;滑动变阻器R1滑片P向左移动时,其电阻变小,根据U1=U2=U总 不变和欧姆定律I = 可知,电压表V的示数不变,R1的电流变大,A2示数不变,A1示数变大,所以两电流表的示数差值变大,选项A错误;电压表 V示数与电流表A2示数的比值变小,选项B错误;电压表 V示数与电流表A2示数的乘积和比值均不变,所以选项D错误,选项C正确。
小结:由并联电路电压规律U1=U2=U总可知,并联电路中各支路独立工作、互不影响,一条支路电阻的变化对另一条支路的电压和电流均没有影响;由I总=I1 I2可知,干路电流会受影响;并联电路的动态分析较串联电路动态分析题要简单,重点是弄清电流表和电压表分别测哪部分电路,这也是解决动态电路的关键点。
对于动态电路,首先要分析电路的结构,是串联电路还是并联电路。其次,明确电压表测哪部分电路两端的电压,电流表测哪部分的电流;再根据串联分压,并联独立来进行分析。
参考文献:
[1] 许小敏.化繁为简,深入浅出——以初中物理动态电路的简化与分析为例[J].物理教学探讨,2015,33(8):36-38.
[2]杨关所 ,田焕英.电表示数为何变化——解析中考难点[J].物理教师初中版,2011(1):59-60.
[3]江耀基.“一题多变”在动态电路专题复习课中的应用[J].中学物理教学参考,2017 (5):43-46.