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      初中物理關于電路變化問題的定性分析

      所屬專題:初中物理知識點總結  來源:滬江中學學科網    要點:初中物理知識點  
      編輯點評: 物理學是研究自然界中物理現象的科學。這些現象包括力現象,聲音現象,熱現象,電和磁現象,光現象,原子和原子核的運動變化等現象。學習物理的主要任務就要研究這些現象,找出其中的規律,了解產生這些現象的原因。

        在初中物理的電學習題中,經常會遇到這樣一類問題:電源電壓不變,由于可變電阻阻值變化,或者說某個開關閉合或斷開引起阻值變化,然后讓你判斷電路的電流、各電阻兩端的電壓以及電功率怎樣變化。學生對這樣的問題感到非常棘手,其實這是有規律可循的。首先弄清電路的串并聯關系,然后根據電壓、電阻、電流間的變化關系,在尋找變量的同時,要注意哪些是不變的物理量,便可以順利解決問題。因為電阻、電流和電壓是彼此關聯的,要想處理好這類問題,主要解決好以下幾個環節:局部電阻的變化→整個電路的電阻的變化→總電流的變化→局部定值電阻電壓的變化→局部電流的變化。下面我們就幾個案例進行分析。

        一、滑動變阻器阻值的變化問題

        

       

        例1 在如圖1所示的電路中,R1是定值電阻,電源電壓U保持不變,當滑動變阻器滑片向右移動時,電壓表、電流表的示數如何變化?

        分析 滑片向右移動時,滑動變阻器接入電路的電阻R2變大,由于R1是定值電阻,所以串聯電路的總電阻R串=R1+R2變大,串聯電路的電流I=U/R串,因U恒定不變,R串變大,所以I變小,電流表示數就變小。定值電阻兩端的電壓U1=IR1,因為I變小,而R1不變,所以U1變小,電壓表示數變小。即分析思路流程如下(↑表示增大,↓表示減小):

        

       

        思考:若要判斷滑動變阻器兩端電壓U2,能否根據U2=IR2來判斷U2的變化?回答顯然是否定的,因為I和R2都是變化的,而此時的問題切入點應是R2的阻值不變,再根據U2=U-U1,因U恒定不變,U1減小,則U2增大分析思路流程如下:

        

       

        例2 如圖2所示。當滑動變阻器滑片向右移動時,各電壓表、電流表的示數如何變化?

        解析 根據電路特點可以確定R1和R2并聯。電壓表測量的是R2或R1兩端的電壓,也就是電源的電壓,電流表A,A1和A2分別測量的是通過干路、R1和R2支路的電流。其實,這個問題的關鍵在于并聯電路的電流、電壓和電阻的關系?;瑒幼冏杵鬟B入電路的阻值雖是增大的,但直接接在電源的兩端,引起了總電阻的變化,但并沒引起總電壓的變化,所以它只改變滑動變阻器這一支路電流,并不能改變R1支路電流。分析思路流程如下:

        

           

       

        例3 如圖3所示電路,當滑片向左滑動時,各電表的示數如何變化?

        分析 此問題關鍵是分析電路,R1和R2組成了一個串聯電路,但R1滑片的一端接在電壓表上,也就是說滑動變阻器的滑片并不能改變整個電路的總電阻,所以電路的電流并不改變,電壓表測量的是加在滑動變阻器R1右面部分的電阻與R2兩端的電壓之和。分析思路流程如下:

        

       

        例4 如圖4所示電路,當滑片向右滑動時,各表的示數如何變化?

        

       

        分析 此電路是混聯電路,R1和R2并聯再與R3串聯,電流表A1,A2,A3分別測通過R1、R2和干路的電流,電壓表測量的是滑動變阻器兩端的電壓,滑動變阻器的阻值增大,并聯電路的等效電阻沒有變化,當滑片向右滑時,R3變小,則R總變小,總電流變大,這時的切入點是R并不變,U并變大,因而I1和I2變大,又由于U不變,U3變小。分析思路的流程如下:

        

       

        例5 如圖5所示,當滑片向右滑動時(不包括最右端)。各表示數變化情況?

        

       

        分析 這是一個混聯電路,但滑動變阻器在一支路上,當滑片向右滑動時,接入電路的阻值減小,則并聯部分的阻值減小??傋柚禍p小,總電流增大,此時切入點是干路上的電阻R3,由于R3的阻值不變,所以U3變大,U并變小,流過R1的電流變小,總電流變大,流過R2的電流變大。分析思路的流程如下:

        

       

        例6 電路如圖6所示,電源電壓U=6V恒定不變,定值電阻R=10Ω,滑動變阻器最大值Rm=20Ω。關于滑動變阻器消耗的功率,下列說法正確的是( )

        

       

        A.當滑片P在a端時?;瑒幼冏杵飨牡墓β蕿榱?/p>

        B.當滑片P在ab中點時,滑動變阻器消耗的功率為0.9W

        C.當滑片P從a端移動到b的過程中,滑動變阻器消耗的功率逐漸變大

        D.滑片P從a移動到b的過程中,滑動變阻器消耗的功率先變大后變小

        分析 這個問題難點在于不是求滑動過程中定值電阻的電功率的變化關系,而是求滑動變阻器消耗的電功率的變化關系。如果高中階段用極值的方法解得當R=Rpa,滑動變阻器消耗的電功率最大,但在初中階段學生的數學知識儲備不足,而且又是一道選擇題。所以此時只能用特殊值法和排除法,分別算出滑片在點a,b和中點時的電功率的大小并進行比較,也可以得出三者的關系。

        

       

       

       

        

       

       

        則

       

       

        

       

       

        則

       

        所以,此題正確答案為選項ABD。

        

       

        例7 如圖7所示,當變阻器的滑片P置于某位置時,R1、R2兩端的電壓分別為U1和U2,當滑片P置于另一位置時,R1,R2兩端的電壓分別為U1′和U2′,若

      ,

      ,則( )

       

        A.

       

        B.

       

        C.

       

        D.無法判斷哪個大

        

       

        分析 如果將圖7變換為圖8就能非常方便地解決問題。當R1增大時,總電阻增大,電壓不變,電流I變小,R0和R2是定值電阻,可以把R0和R2看做是一個電阻R,所以電阻R上的電壓減小值是U1的增大值,即

      。則

      分析思路的流程如下:

       

        

       

        

       

        二、開關的閉合與斷開問題

        這類問題也可以使電路中的電流、電阻和電壓及電功率發生變化,分析此類問題同樣應注意哪些是不變的物理量,然后根據串并聯關系,依據不變量推導變量的變化規律。

        

       

        例8 在如圖9所示的電路中,R1、R2是定值電阻,電源電壓U保持不變。當開關S1由斷開變為閉合時,電壓表、電流表的示數如何變化?

        分析 開關S1斷開時,R1與R2組成串聯電路,電壓表測量的是R1兩端的電壓,它只是總電壓的一部分,電流表測量的是串聯電路中的電流

      ;而當開關S1閉合后,R2被短路,電路中只有R1,電壓表測量的仍是R1兩端的電壓即總電壓,故電壓表的讀數變大,電流表此時測量的是通過電阻R1的電流

      ,故電流表的讀數變大,分析思路如下:

       

        

       

        綜上所述,我們分析此類問題時,應從“局部→整體→局部”這一“不變”的原則來應對“萬變”的電路變化,我們應緊緊把握哪些物理量不變,并以此為切入點,然后在分析問題的過程中運用邏輯推理的方法,使這一問題像做“多米諾骨牌”游戲一樣,前一個扣倒后一個,后一個再扣倒后一個,如此下去,其中體現了邏輯的美感,但這種美感是建立在縝密的思考過程與嚴謹的定性計算的基礎上,因此要求學生有寬闊的視野和扎實的基本功。 

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