在初中物理的電學習題中,經(jīng)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流表、電壓表的示數(shù)怎樣變化。學生對這樣的問題感到非常棘手,其實這是有規(guī)律可循的。首先弄清電路的串、并聯(lián)關系,然后根據(jù)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。下面我們就幾個案例進行分析。
一、開關的斷開或閉合引起電路中電學物理量的變化
1.串聯(lián)電路中開關的斷開或閉合引起的變化
在分析電路時,首先要對電路進行分析和判斷。由于電路中電路元件較多,所以,在分析、判斷電路時,元件越少越好。那么電路中開關的斷開、閉合以及電流表和電壓表如何處理呢?
開關的斷開:看成斷路,將這一部分去掉。開關的閉合:看成導線。
電流表由于電阻較小,看成導線。電壓表由于電阻較大,電流很難通過,看成開路,將這一部分去掉。
例1.在如圖(圖略)所示的電路中,將開關K閉合,則電流表的示數(shù)將,電壓表的示數(shù)將(均填“變大”“變小”或“不變”)。
分析:在開關尚未閉合前,兩個電阻組成串聯(lián)電路。電壓表測量R1兩端的電壓,開關K閉合后,電阻R2被局部短路,電壓表變成測量電源兩端的電壓了,因此電壓表的示數(shù)將變大。在開關尚未閉合前,電流表測量的是串聯(lián)電路的電流值,由于此時電阻較大,故電流較小;開關K閉合后,電阻R2被局部短路,電路中的電阻只有R1了,因此電流表的示數(shù)將變大。
2.并聯(lián)電路中開關的斷開或閉合引起的變化
例2.在圖中(圖略),燈泡L1和燈泡L2是 聯(lián)連接的。當開關K斷開時,電壓表的示數(shù)將________;電流表的示數(shù)將_________(選填“增大”“不變”或“減小”)。
分析:本題的難度首先在電路的識別,我們可以將電流表看作導線,將電壓表拿去,就容易看出這個電路是“并”聯(lián)電路。電流表是串聯(lián)在小燈L1的支路中的,所以開關閉合時,電流表的示數(shù)從0變到有讀數(shù),應該選填“增大”。電壓表是測量電源電壓,而且不受開關控制,所以示數(shù)“不變”。
二、滑動變阻器的滑片P的位置的變化引起電路中電學物理量的變化
串聯(lián)電路中滑動變阻器的滑片P的位置的變化引起的變化。
例3.如圖(圖略),是典型的伏安法測電阻的實驗電路圖,當滑片P向右移動時,請你判斷A表和V表的變化。
分析:P右移→R2增大→R總增大→I減小→A表減小。
R1不變→IR1減小→U1減小→V表減小。
(判斷V表的變化還可以根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理來分析:R2增大→U2增大→U1減小→V表減小)。
擴展:根據(jù)串聯(lián)電路的特點,滑動變阻器R2兩端的電壓U2將增大。
推論:如果滑動變阻器R2足夠大,當滑片P向右一直滑動時,電阻將不斷增大,那么U2將不斷增大,U1將不斷減小,I將不斷減小。假設R2無限大,這時U2將增大到電源電壓,U1將變?yōu)?,I也將變?yōu)?,這時的電路就相當于斷路。這就是用電壓表來判斷電路斷路和短路的道理。
例4.如圖(圖略),當滑片P向左移動時,A表和V表將如何變化。
分析:首先要確定電路的類型,此電路屬于串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路。我們可以將電流表簡化成導線,將電壓表簡化成斷開的開關或干脆拿掉。此時可以容易地看出,這是一個串聯(lián)電路。而且發(fā)現(xiàn)滑動變阻器的滑片已經(jīng)懸空,滑動變阻器接成了定值電阻,所以A表示數(shù)不變。
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(xiàn)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?shù)亩ㄐ杂嬎愕幕A上,因此要求學生有寬闊的視野和扎實的基本功。
作者單位:江蘇省寶應縣望直港鎮(zhèn)中心初級中學