動態(tài)電路問題分類分析

黃芳芳

[摘要]動態(tài)電路主要包括電路中開關(guān)通斷、變阻器滑片移動、開關(guān)通斷與滑動變阻器滑片移動共同作用等三種類型。電路中物理量的計算是近年來全國各地中考考查的重點與難點之一，關(guān)鍵是分析電路連接方式，找準(zhǔn)物理量變化的原因，利用歐姆定律，串并聯(lián)電路中電流、電壓、電阻規(guī)律，利用電功及電功率等規(guī)律對電路進行分析，進而解決物理問題。

[關(guān)鍵詞]動態(tài)電路;分類分析;變化規(guī)律

[中圖分類號]G633.7

[文獻標(biāo)識碼] A

[文章編號] 1674-6058（ 2020）35-0059-02

電路動態(tài)變化主要是由電路中開關(guān)的通斷，滑動變阻器滑片的移動引起的，這類問題可以分為：（1）開關(guān)通斷引起電路變化;（2）滑動變阻器引起電路變化;（3）開關(guān)與滑動變阻器共同作用引起電路變化。分析動態(tài)電路常見物理量的變化規(guī)律，可能用到的物理知識主要有：歐姆定律，串并聯(lián)電路中電流、電壓、電阻規(guī)律，電功及電功率等電學(xué)規(guī)律…。為此，本文以2019年山東省青島市中考物理第26題為例，談?wù)剟討B(tài)電路中物理量的確定，并以此為基礎(chǔ)，探討三種動態(tài)電路中物理量的確定。

一、原題展示

【問題背景】（2019.山東青島，26）如圖l甲所示，電源電壓U不變，R1、R2為定值電阻，R3為滑動變阻器。閉合S，斷開S1，S2接a時，移動變阻器滑片P，可得如圖l乙I所示的電壓表V1示數(shù)與電流表A示數(shù)的關(guān)系圖線;閉合S和S1，S2接b時，移動變阻器滑片P，可得如圖1乙中Ⅱ所示的電壓表V2示數(shù)與電流表A示數(shù)的關(guān)系圖線。

請計算：（1）電阻R1;（2）電源電壓U、電阻R2。

分析：這是一道由變阻器滑片移動與不同開關(guān)通斷共同作用而引起的電路動態(tài)變化的圖像問題，以不同連接方式下靜態(tài)電路為基礎(chǔ)，在動態(tài)圖像指引下解決靜態(tài)電路問題，具有較強的綜合性。本題圖像中電流I1=0.1A與I2=0.3A并不是電流的最小值與最大值，即滑動變阻器滑片并沒有移動到左、右兩個端點，這是對本題理解的最大難點之一。

解：（1）當(dāng)閉合S，斷開S1，S2接a時，R2被短路，簡化后的電路如圖2甲所示，調(diào)節(jié)滑動變阻器，定值電阻R1的電壓與電流的關(guān)系圖線如圖1乙中的I所示，以坐標(biāo)（0.1 A，1.0 v）為例，R1=U1/I1=1.0 V/0.1 A=10Ω，則I2=0.3 A時，電壓U2=I2R1=0.3A×10Ω=3V;

（2）當(dāng)閉合S、S1，S2接b時，此時R，被短路，簡化后的電路如圖2乙所示，調(diào)節(jié)滑動變阻器，變阻器R3的電壓與電流的關(guān)系圖線如圖1乙中的Ⅱ所示，以坐標(biāo)（0.1 A，7.0 V）為例，U=U3+U：，即U=7V+ 0.1A-R2;再以坐標(biāo)（0.3 A，3.0 V）為例，U=3V+ 0.3A-R2;聯(lián)立求解可得：R2= 20 Ω、U=9V。

答案：（1）R1=10 Ω;（2）U= 9V、R2=20Ω。

點評：解決動態(tài)電路問題的基本方法可以按照圖3步驟進行。（1）識別電路連接方式，簡化電路;（2）尋找不同物理量之間的聯(lián)系;（3）利用電學(xué)規(guī)律分析物理量的變化規(guī)律。

二、動態(tài)電路問題分類解析

1.開關(guān)通斷引起電路變化

對由開關(guān)通斷引起物理量變化問題，關(guān)鍵是根據(jù)不同開關(guān)通斷情況分析電路連接方式，確定各電表測量的物理量;再根據(jù)電路連接方式，結(jié)合電學(xué)規(guī)律分析物理量變化趨勢及變化規(guī)律;最后要能夠?qū)⒂刹煌_關(guān)通斷引起的電路變化進行對比分析，尋找出共同點與不同處[2]，進而有效分析電路中的常見物理量。

【例1】在圖4甲所示電路中，電源電壓不變，小燈泡L的額定電壓為4V，電流表（0- 0.6 A），小燈泡的I-U圖像如圖4乙所示。變阻器R1最大=20Ω，R2=10 Ω。S、S2閉合，S1斷開，R1的滑片處于中點，L剛好正常發(fā)光，則下面選項正確的是（ ）。

2.變阻器型滑片移動引起電路變化

利用滑動變阻器滑片移動引起電路電阻變化，進而引起電路中常見物理量發(fā)生變化。這里按以下兩種情況討論：①含滑動變阻器的串聯(lián)電路：由于電源電壓不變，變阻器阻值變化，引起電路中電流變化，進而改變電路中電壓、電阻等物理量發(fā)生變化;②含滑動變阻器的并聯(lián)電路，電源電壓不變，并聯(lián)電路中各個支路互相獨立、互不影響，所以含定值電阻的支路物理量都不變化，只改變含滑動變阻器支路中的物理量。

【例2】在圖5甲中，U電源=8 V，Ro是定值電阻，R是變阻器，S閉合后，滑動滑片P時，U-I圖像為圖5乙，由圖像信息知下列選項錯誤的是（ ）。

3.開關(guān)通斷與滑片移動共同作用引起電路變化

開關(guān)通斷與滑動變阻器滑片移動共同作用引起電路變化的問題，往往需要在分析電路連接方式的基礎(chǔ)上，根據(jù)題意運用極限思維，即滑片在移動到變阻器不同端時物理量的確定[3]，解決這類動態(tài)電路問題的關(guān)鍵是分析動態(tài)電路中物理量的變化趨勢，再結(jié)合題中已知物理量，對電路變化規(guī)律進行分析，特別是電路出現(xiàn)的最值量（如電壓、電流、電阻等），是分析動態(tài)電路問題的突破口[4]。

【例3】如圖6甲所示，閉合開關(guān)S，滑片從最右端滑至最左端時，小燈泡恰好正常發(fā)光，電流表示數(shù)與兩電壓表示數(shù)的關(guān)系圖像如圖6乙，下列說法中正確的是（ ）。

在分析動態(tài)電路中物理量的變化時，要注意電路連接方式，找準(zhǔn)物理量變化的原因，利用歐姆定律，串并聯(lián)電路中電流、電壓、電阻規(guī)律，電功及電功率等規(guī)律對電路進行分析，進而明確物理量的變化規(guī)律。

[參考文獻]

[1]侯中柱.賞歐姆定律之神奇析電表變化之奧秘[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)（初中版），2016（9）：53-55.

[2]周江，巧解初中物理電路動態(tài)分析題[Jl.物理教學(xué)，2012（9）：43-44.

[3]趙勇功.突破“動態(tài)電路分析”的常用方法[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2015（4）：37-38.

[4]胡小波.2018年全國高考理綜新課標(biāo)卷I第23題的賞析與思考[J].物理教學(xué)，2019（4）：72-74.

（責(zé)任編輯 易志毅）