浅析初中物理动态电路的分析与解答

浅析初中物理变化电路的分析与解答胡芳在电学试题中，经常出现一些因“滑动变阻器滑片移动”和“开关断开或闭合”而引起电路中电学物理量的变化的试题。这类题目既是中考的热点，也是初中学生物理学习过程中的一个难点。我结合近几年来的中考试题和实际的教学经验，对变化电路的分析谈谈以下拙见。一、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解决此例问题时，应以电路的结构入手，以一个基本的规律作为基本点。即在一个电路中（串联、并联、混联都是一样的），只要有一部分电路的电阻增大，则整个电路的总电阻增大；只要有一部分电路的电阻减小，则整个电路的总电阻减小。然后再用下述思路进行分析、论证。（1）明确电路结构，包括两大要素：一是连接方式，二是电流表、电压表测哪一部分电路或哪一个用电器的电流、电压。（2）由局部到整体：根据滑片的移动引起的电阻变化分析总电阻的变化，总电流的变化。（3）由整体再到局部：根据欧姆定律结合相关公式及串、并联电路的特点分析电路中的电流表、电压表及电功、电功率的变化情况。1．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1]（2007绵阳市）如图1所示的电路，开关S闭合后，将滑动变阻器的滑片P向右滑动的过程中，有关电流表和电压表的的读数以及灯泡的变化，下列叙述正确的是（）A．电流表读数变大，电压表读数变小，灯泡变暗B．电流表读数变小，电压表读数变大，灯泡变亮C．电流表、电压表读数都变小，灯泡变暗D．电流表、电压表读数都变大，灯泡变亮分析：本题中，灯L与滑动变阻器R串联，电流表测电路中的电流，电压表测灯L两端的电压。（为了分析表达的简洁，我们约定一套符号：“→”表示引起电路变化；“↑”表示物理量增大或电表示数增大；“↓”表示物理量减小或电表示数减小。）P右移→R↑→R总↑→I↓→A表↓。RL不变→IRL↓→UL↓→V表↓→ULI↓→PL↓→灯泡变暗。判断V表的变化还可以根据串联电路的分压原理来分析：R↑→UR↑→UL↓→V表↓。[变式训练题1]参考上图，在伏安法测电阻的实验中，若由于各种原因，电压表改接在滑动变阻器的两端时，如图2，当滑片P向右移动时，请判断A表和V表的变化。解析：RL与滑动变阻器R串联，电流表测电路中的电流，电压表测滑动变阻器两端R的电压。由上题可知：A表↓→UL↓→UR=U－UL→UR↑→V表↑。注意的是，本题无法直接判断出电压表的示数变化情况，只能是间接通过判断RL两端电压的变化情况，再结合串联电路电压的关系来判断电压表示数的变化情况。这就进一步培养了学生从局部到整体再到局部的思维方式。图1图2图3图4[变式训练题2]在如图3所示电路中，当闭合开关后，滑动变阻器的滑动片P向右移动时（）(A)电流表示数变大，灯变暗。(B)电流表示数变小，灯变亮。(C)电压表示数不变，灯变亮。(D)电压表示数不变，灯变暗。分析：将电流表等效为一根导线，可以看到电压表直接测量电源电压，因此当滑动变阻器的滑动片P向右移动时，电压表的示数将不会变化；而电阻R的阻值变大，小灯的电阻RL大小不变（注意：在初中阶段，小灯的电阻由于温度的变化引起的变化往往忽略不计），因此总电阻变大，电流变小，所以电流表示数变小。从串联电路的分压角度分析，小灯两端的电压也将变小，小灯的功率P=ULI也将变小，所以小灯的发光将变暗。本题正确答案为D。[变式训练题3]在如图4所示电路中，当闭合开关后，滑动变阻器的滑动片P向右移动时（）(A)电压表示数变大，灯变暗。(B)电压表示数变小，灯变亮。(C)电流表示数变小，灯变亮。(D)电流表示数不变，灯变暗。[例2]（2006眉山市）如图5，电源电压保持不变，当开关S闭合时，滑动变阻器R1的滑片P从右端滑到左端的过程中，电压表和电流表的示数如何变化？。分析：本题学生的易错点在于：误将R1当成了平常见到的滑动变阻器，认为滑片P从有端滑到左端的过程中，R1变大，R总变大，电流变小，于是电流表示数变小；电压表示数变小。正确求解是：先要确定电路的类型，此电路属于串联电路呢还是并联电路。我们可以将电流表简化成导线，将电压表看成开路或干脆拿掉。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，滑片移动并不影响R1，R1为定值，电路中总电阻不变，所以A表示数不变。电压表在本电路中，是测量R1部分电阻的电压，当滑片P向左移动时，被跨接在电压表内的电阻随着变小，根据分压原理：V表示数减小。[变式训练题]如图6，当滑片P向左移动时，A表和V表将如何变化。图5图6图7图82．并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7，当滑片P向右移动时，A1表、A2表和V表将如何变化？分析：并联电路各支路两端电压相等，等于电源电压，故电压表V示数不变。由于并联电路各支路独立工作，互不干扰，滑动变阻器滑片P向右移动时，对R1这条支路没有影响，所以电流表A1示数不变。滑片P右移，R2变大，两端电压不变，故电流变小，干路中电流也随之变小，所以A2示数也会变小。[变式训练题]如图8，当滑片P向右移动时，A1表、A2表和V表将如何变化？二、开关的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化解决这类问题时，应从电路的初始状态切入，分析由于开关的通断引发的电路结构状态的变化，可按下列思路进行。（1）明确变化前电路的结构。（2）分析由于开关通、断所引起电路结构的变化情况，明确变化后电路的结构，画出等效电路图。（3）从电阻的变化着手，运用欧姆定律并结合相关公式规律进行分析、求解。1．串联电路中开关的断开或闭合引起的变化[例4]在如图9所示的电路中，将开关S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S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S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。[变式训练题]在如图10所示的电路中，当开关S断开时，电阻R1与R2是________联连接的。开关S闭合时，电压表的示数将________(选填“变小”、“不变”或“变大”)。图9图10图11图122．并联电路中开关的断开或闭合引起的变化[例5]在图11中，灯泡L1和灯泡L2是______联连接的。当开关S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”。[变式训练题]在图12中，灯泡L1和灯泡L2是______联连接的。当开关S断开时，电压表的示数将________；电流表A1的示数将__________，电流表A2的示数将__________(选填“增大”、“不变”或“减小”)。总之，在处理电路中的变化分析问题时，一是要抓住变化因素和不变因素一般情况下电源电源电压和灯泡的电阻不变。二是要从元件的变化情况入手，从局部到整体，再回到局部，逐步分析各物理量的变化情况。