初中物理电路分析方法(短路、串并联分析、滑动变阻器)

电路简化的基本原则初中物理电学中的复杂电路可以通过如下原则进行简化：•第一：不计导线电阻，认定R线≈0。有电流流过的导线两端电压为零，断开时开关两端可以测得电压（电路中没有其他断点）。•第二：开关闭合时等效于一根导线；开关断开时等效于断路，可从电路两节点间去掉。开关闭合有电流流过时，开关两端电压为零，断开时开关两端可以测得电压（电路中没有其他断点）。•第三：电流表内阻很小，在分析电路的连接方式时，有电流表的地方可看作一根导线．•第四：电压表内阻很大，在分析电路的连接方式时，有电压表的地方可视作断路，从电路两节点间去掉．•第五：用电器（电阻）短路：用电器（电阻）和导线（开关、电流表）并联时，用电器中无电流通过（如下图示），可以把用电器从电路的两节点间拆除（去掉）．•第六：滑动变阻器Pa段被导线（金属杆）短接不工作，去掉Pa段后，下图a变为图b．•第七：根据串、并联电路电流和电压规律“串联分压、并联分流”分析总电流、总电压和分电流、分电压的关系。•第八：电流表和哪个用电器串联就测哪个用电器的电流，电压表和哪个用电器并联就测哪个用电器的电压。判断电压表所测量的电压可用滑移法和去源法。•第九：电压表原则上要求并联在电路中，单独测量电源电压时，可直接在电源两端。一般情况下，如果电压表串联在电路中，测得的电压是电源两端电压（具体情况见笔记）。电流表直接接在电源两端会被烧坏，且让电源短路，烧坏电源。AAab图apappbpb图b第十：如果导线上（节点之间）没有用电器（开关，电流表除外），那么导线上的各点可以看做是一个点，可以任意合并、分开、增减。（此法又称节点法）例如：abababaaabbb电路简化步骤第一步：按照题目要求将断开的开关去掉，将闭合的开关变成导线。第二步：将电流表变成导线（视具体情况也可保留）。第三步：去掉电压表。第四步：合并(或者换位）导线上的节点。（此步骤在电路中用电器比较多，且相互纠结时，采用）第五步：画出等效电路图，判断各用电器是串联还是并联。第六步：在原电路中利用原则七、八判断电流表和电压表各测量哪个用电器的电流和电压。•第七步：将电压表和电流表添加到等效电路图中，分析各电流表和电压表示数之间的关系。（利用原则七）经典例题选讲例1：在如下电路图中，开关S闭合后，电压表V1的示数是2.5V,V2的示数是1V,如果A2的示数是0.2A,那么A1的示数是多少？试求两只灯泡两端的电压。分析：第一步：将开关变成导线；第二步：将电流表变成导线；第三步将电压表去掉。第四步（略）第五步：判断用电器连接方式V2V1sL1L2A1A2很显然，电路中两个灯泡是串联的。第六步：根据原则四，知道电压表V2处断开，所以没有电流从A1流过，示数为零；根据滑移法知道V1和电源并联，测电源两端电压。V2和L2并联，测L2两端电压。第七步：等效电路图如下：v1v2L1L2A2A1根据等效电路图,可知所求I1=I2=0.2AU1=2.5V-1V=1.5VU2=1VV2V1A1A2V3例2：如图示，开关s闭合后下列各电压表示数的关系是，各电流表示数之间的关系是。分析：第一步：把开关变成导线；第二步：把电流表变成导线；第三步：去掉电压表；第四步（略）；第五步：判断各用电器的连接方式：L1L2s第六步：根据原则七和原则八以及滑移法或去源法判断电流表和电压表各自所测量的对象。①在原电路中，去掉电压表，可以发现电流表A1和A2都与灯泡串联，所以电流表示数相等；②用滑移法可以判断出V1测L1两端的电压，V2测电源两端的电压；V3测L2两端的电压。第七步：等效电路图如下A1A2V2V1v3例3:电路开关闭合后，v1、v2、v3的示数分别是8V、9V、4V，则L1、L2、L3两端的电压各是多少？V2V1V3L1L2L3S所求的电压关系式为：U2=U1+U3I1=I2解：根据“十原则，七步骤”可以得到该电路的等效电路图如下：V1V2V3从等效图可以得到如下方程组：L1L2L3UL1+UL2=8VUL2+UL3=9VUL3=4V解得：UL1=3vUL2=5vUL3=4V例4：如图所示，已知两只灯泡L1和L2是串联的，则在①、②和③三个电表中（电流表或电压表）判断正确的是()A.①是电流表，②和③是电压表；B.①和③是电压表，②是电流表；C.①和②是电流表，③是电压表；D.①②和③都是电流表L2L1321分析：本题可用排除法解答。将A答案的各表填入三个位置中，根据“十原则，七步骤”电路图简化为：L2很明显,不符合题意。将B答案各表填入图中，电路可简化为：A这种填法符合题意。把C答案各表填入电路中，电路L1被断路，简化后的电路图和A答案相同，不合题意。把D答案各表填入图中，电源短路，两个灯泡没有电流流过，不合题意。所以选择答案B.例5：如图所示，当接通开关S后，发现电流表指针偏转，电压表指针不动，则故障可能是（）A．L1的灯丝断了B．L2的灯丝断了C．L1的接线短路D．L2的接线短路初中物理电学综合问题难点突破电学综合题历来是初中物理的难点，在近几年的中考题中屡屡出现，由于试题综合性强，设置障碍多，如果学生的学习基础不够扎实，往往会感到很难。在实际教学中，许多教师采用的是“题海战术”，无形加重了学生学习的课业负担。探索和改进电学综合问题教学，是一项很有价值的工作。在长期的初中教学实践中，本人逐步探索了一套电学综合问题教学方案，对于学生突破电学综合问题中的障碍有一定效果。一、理清“短路”概念。在教材中，只给出了“整体短路”的概念，“导线不经过用电器直接跟电源两极连接的电路，叫短路。”而在电学综合题中常常会出现局部短路的问题，如果导线不经过其他用电器而将某个用电器（或某部分电路）首尾相连就形成局部短路。局部短路仅造成用电器不工作，并不损坏用电器，因此是允许的。因它富于变化成为电学问题中的一个难点。局部短路概念抽象，学生难以理解。可用实验帮助学生突破此难点。实验原理如图1，当开关S闭合前，两灯均亮（较暗）；闭合后，L1不亮，而L2仍发光（较亮）。为了帮助初中生理解，可将L1比作是电流需通过的“一座高山”而开关S的短路通道则比作是“山里的一条隧洞”。有了“隧洞”，电流只会“走隧洞”而不会去“爬山”。二、识别串并联电路电路图是电学的重要内容。许多电学题一开头就有一句“如图所示的电路中”如果把电路图辨认错了，电路中的电流强度、电压、电阻等物理量的计算也随之而错，造成“全军覆没”的局面，所以分析电路是解题的基础。初中电学一般只要求串联、并联两种基本的连接，不要求混联电路。区分串、并联电路是解电学综合题的又一个需要突破的难点。识别串、并联有三种方法，⑴、电流法；⑵、等效电路法；⑶、去表法。⑴、电流法：即从电源正极出发，顺着电流的流向看电流的路径是否有分支，如果有，则所分的几个分支之间为并联，（分支前后有两个节点）如果电流的路径只有一条（无分支点），则各元件之间为串联。此方法学生容易接受。⑵、等效电路法：此方法实质上运用了“电位”的概念，在初中物理中，电压的概念，是通过“水位差”的类比中引入的。那么，可借助于“高度差”进行类比，建立“一样高的电位”概念。可以通过类比手法，例如：如果某学校三层楼上有初三⑴、初三⑵、初三⑶三个班级，二层楼上有初二⑴、初二⑵、初二⑶三个班级，那么初三年级与初二年级任意两个班级之间的“高度差”是一样的，都相差“一层楼”。因为初三年级各班处于“一样高”的三层楼上，而初二年级各班级处于“一样高”的二层楼上。在电路中，也有“一样高电位”的概念。在电路中，无论导线有多长，只要其间没有用电器都可以看成是同一个点，即电位“一样高”。因此，我们可以找出各元件两端的公共点画出简化的等效电路。图2、图3是对各电阻的连接情况分析。图2图3如上图2红线上各个点都与电源正极“电位一样高”，蓝线部分与电源负极“电位一样高”，可以简化为图3。在图3中，R1、R2、R3的并联关系也就显而易见了。⑶、去表法：由于电压表的内阻很大，并联在电路中时，通过它的电流很小，可忽略不计。故在电路中去掉电压表，不会影响电路结构，电压表所在之处可视为开路。而电流表的内阻很小，串联在电路中几乎不影响电路的电流强度，因而，在电路分析中，可视其为一根导线，去掉后改成一根导线即可。三、“表格分析法”整理解题思路不少初中生反映，电学习题涉及概念、公式多，解题头绪多，容易出错。要突破这个难点，关键在于整理出清晰的解题思路。四、有关“电路变化”分析不少同学反映“变化的电路难，不知从何下手”。这是因为分析变化的电路涉及的内容广，考虑的问题深。对电阻、电流强度、电压及电功率相互关系的分析，稍有不慎就会造成连错反应，得出错误的结论。这是电学综合问题的又一个难点。变化电路主要是通过开关或滑动变阻器的改变来富于电路变化的。电路中有多个开关，通过开关闭合和断开的状态变化，往往会使各用电器的连接关系发生变化，而滑动变阻器则通过滑片来改变其连入电路的有效电阻，从而使电路中的电压、电流、电功率等数值发生变化（也有改变电路结构的）。有关变化电路，应在学会识别“部分电路短接”和学会识别串并联电路的基础上，掌握分析变化电路的基本思路。1、开关的通、断造成电路的变化当开关处在不同状态时，由于断路和短路，接入电路中的用电器，及其用电器之间的连接方式一般要发生变化，因此首先要在原电路的基础上画出各种情况下的实际电路。改画时要根据电流的实际情况，运用“拆除法”。拆除法要求：⑴、去掉被断路的元件；⑵、去掉已被短路的元件；⑶、用“去表法”去表，其原则是“电压表处是断路，电流直过电流表”。在去掉电压表时，要分析电压表读出来的是哪部分电路两端的电压，可用等效电路法进行分析。例题：如图5所示电路中，电源电压保持4伏，L1的电阻为4欧，L2、L3的电阻均为16欧求：⑴、S1、S2都断开时，电流表和电压表的示数。⑵、S1、S2都接通时，整个电路消耗的电功率。例题分析：在题中的当开关处于闭合或断开的两种情况下电路结构发生了变化，可进行电路的改画，见图6。注：图中虚线部分是要去掉的部分。在用“去表法”去掉电流表电压表后，要分析它们分别测量哪一个用电器的哪一个物理量。电压表可借助于“等电位”进行分析。在图7中，红线、蓝线、黑线分别是三个“同电位点”，由图7中可见，L1与电压表V均加在蓝线与黑线之间，所以电压表是L两端的电压。解：当S1、S2都断开时，L1、L3串联。电流表读数电压表读数当S1、S2都接通时，L2、L3并联。总电阻总功率2．滑动变阻器变化问题滑动变阻器连入电路中的有效电阻发生变化了，或是引起电路结构的变化，或是引起电路中电压、电流、电功率的变化。典型例题：如图8所示电路中，电源电压不变，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，电流表和电压表的示数变化情况是[]A、电流表和电压表的示数变大；B、电流表和电压表的示数变小；C、电流表示数变小，电压表示数变大；D、电流表示数变大，电压表示数变小。有关滑动变阻器的此类型问题，解题关键是：⑴、弄清滑动变阻器原理，滑片滑动时电阻是变大还是变小？⑵、弄清物理量是否变化，一般来说，电源的电压，定值电阻的阻值是不变，其它的物理量都是变化的；⑶、弄清电压表读数读出的是哪一个电器两端的电压；⑷、利用表格整理分析问题的思路。上例题表格分析如下：有关R1有关R2总电路关系电流I1I2I？串联电流相等电压U1？U总不变U总=U1+U2电阻R1不变R2↑R总R总=R1+R2由电阻横向关系可知，因R1不变，R2变大，故R总将变大；再由总电路纵向关系可知，R总变大，U总不变，故I将变小（电流表读数）；因串联电路电流相等I1=I；再由有关R1纵向关系可知，I1变小，R1不变，故U1将变小（电压表读数变小）。