許小敏

摘 要：電路分析是初中物理教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。本文結(jié)合多個(gè)復(fù)雜和動(dòng)態(tài)電路圖的分析，介紹等效法和整體隔離法在教學(xué)中的具體運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：初中物理教學(xué)；電路分析；等效法；整體隔離法

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）8-0036-4

1 前 言

初中物理電學(xué)部分知識(shí)點(diǎn)多，涉及面廣，難度大。學(xué)生對(duì)物理本質(zhì)的理解相對(duì)較弱，對(duì)物理現(xiàn)象、過程及關(guān)鍵特征的觀察敏感度及思維品質(zhì)有待改善優(yōu)化。本文講述在動(dòng)態(tài)電路教學(xué)中如何將思維、方法融入問題解決過程中，化繁為簡(jiǎn)，化動(dòng)為靜，提高學(xué)生的觀察能力、理解能力、分析能力以及想象能力，幫助學(xué)生建立等效思維、整體隔離思維，從而提高學(xué)生的分析能力，逐步養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣。

2 等效法與整體隔離法

等效法是在保證某種效果（ 特性和關(guān)系） 相同的前提下，抓住問題的本質(zhì)，找出其中的規(guī)律，將實(shí)際的、復(fù)雜的物理問題和物理過程轉(zhuǎn)化、等效為簡(jiǎn)單的、易于研究的物理問題和物理過程來處理的方法。

我們研究的物理問題有的只涉及單一變量，但更多的是涉及多個(gè)變量的。把問題中所涉及到的多個(gè)物體、多個(gè)過程、多個(gè)未知量作為一個(gè)整體來考慮的思維方法叫整體法。把整體的某一部分（某一個(gè)物體或某一個(gè)過程），單獨(dú)從整體中抽取出來，進(jìn)行分析研究的方法叫隔離法。

在初中物理電學(xué)的解題過程中充分結(jié)合這兩種方法，可做到扎實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)，活化思維，化繁為簡(jiǎn)，化動(dòng)為靜，達(dá)到“柳暗花明又一村”的境界。

“動(dòng)態(tài)電路” 既是初中物理教學(xué)最重要的課題之一，亦是中考試題中最具創(chuàng)新的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。動(dòng)態(tài)電路整理匯總有兩類：①有滑動(dòng)變阻器的基礎(chǔ)動(dòng)態(tài)電路；②變式動(dòng)態(tài)電路，有電路中開關(guān)閉合或斷開導(dǎo)致電路類型改變，也有半導(dǎo)體變阻器或電路更換電器。動(dòng)態(tài)電路題其前提是電源和電路中的定值電阻、燈泡的電阻不變。而電路中的電流、電壓的分配、功率以及用電器的工作狀態(tài)等物理量隨核心“動(dòng)因”即電路電阻的動(dòng)而改變，可謂“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。學(xué)生對(duì)動(dòng)態(tài)電路 “犯暈”，原因是不懂得簡(jiǎn)化電路。求解動(dòng)態(tài)電路的基本思路如下：

1.萬變不離其宗，掌握基本電路的分析。即利用極限思維，化動(dòng)為靜分析滑動(dòng)變阻器接入電路中阻值最大和阻值最小的變化情況，從而熟悉在串聯(lián)電路中，分壓能力與導(dǎo)體接入電路中的有效電阻成正比，而電流大小與導(dǎo)體接入電路中的有效電阻大小成反比。

2.化繁為簡(jiǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的等效與整體思維。去除電壓表、電流表化為導(dǎo)線，在并聯(lián)電路中還可以合二為一，畫出等效電路圖。

3.確定電路的類型，抓住關(guān)鍵，隔離研究對(duì)象對(duì)無影響的部分電路，簡(jiǎn)化電路。研究受變量影響的局部電路，最后回歸整體。

4.明確電路的變因核心是電阻R。運(yùn)用歐姆定律分析由電阻引起各物理量的變化情況。

3 動(dòng)態(tài)電路的靜態(tài)化

例1 利用極限思想簡(jiǎn)化滑動(dòng)變阻器的電阻，將動(dòng)態(tài)變化為靜態(tài)

在分析如圖1的電路時(shí)，由于電壓表的內(nèi)阻很大，并聯(lián)在電路中時(shí)，通過它的電流很小，而電流表的內(nèi)阻很小，串聯(lián)在電路中后，幾乎不影響電路中的電流。因此，對(duì)于有電壓表電路可采取等效去表法，接電流表處看成由一根導(dǎo)線連接，從而簡(jiǎn)化電路。

第一、滑動(dòng)變阻器極限狀態(tài)有兩個(gè)，當(dāng)滑片P移至B端，此時(shí)接入電路的阻值最大，Rp可以等效為一個(gè)簡(jiǎn)單電阻（如圖2所示）；而當(dāng)滑片P移至A端（固定端）時(shí)阻值最小，Rp可以等效為一根導(dǎo)線（如圖3電路圖所示）。由此可知，滑動(dòng)變阻器可以通過改變自身接入電路中的有效電阻的大小從而改變電路中的電流和其他用電器的電壓。若A端為接入電路中的固定端，P為可動(dòng)端，當(dāng)滑片P靠近A端（固定端）時(shí)接入電路中的有效電阻變小，當(dāng)滑片P遠(yuǎn)離A端（固定端）時(shí)接入電路中的有效電阻變大（即遠(yuǎn)大近?。?。簡(jiǎn)化電路時(shí)要開拓思路，注意電路中各物理量的同一性和同時(shí)性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，隔離的局部電路要當(dāng)作一個(gè)新的電路來分析：L1、L2在圖13的混連電路中是兩個(gè)并聯(lián)的相互不干擾的支路，它們僅受滑動(dòng)變阻器的影響，與L受滑動(dòng)變阻器的影響是一樣的。電流表A1、A2的變化情況與A相同（A=A1+A2）可合二為一，如圖15和圖16所示。

5 結(jié)論與啟示

綜上所述，困擾大多數(shù)學(xué)生的動(dòng)態(tài)電路其實(shí)不難。學(xué)生只要在知識(shí)的層面上能夠達(dá)到識(shí)別串、并聯(lián)電路，并通過對(duì)比掌握串、并聯(lián)電路中的電流、電壓、電阻等電學(xué)參數(shù)的特點(diǎn)，正確地運(yùn)用歐姆定律，會(huì)進(jìn)行電功率的簡(jiǎn)單計(jì)算。同時(shí)，教師在教學(xué)過程中要以一題多變對(duì)學(xué)生進(jìn)行思維拓展，運(yùn)用整體隔離法和等效法把繁雜、動(dòng)態(tài)的電路進(jìn)行簡(jiǎn)化分析，即化動(dòng)為靜、化繁為簡(jiǎn)、化難為易，復(fù)雜將回歸簡(jiǎn)單。學(xué)生對(duì)于呈現(xiàn)在眼前的電路圖可以一目了然，迎刃而解，達(dá)到深入淺出的學(xué)習(xí)效果。只有這樣才能激發(fā)學(xué)生的思維潛力，提高學(xué)生的綜合能力，并為今后的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]余文森.有效教學(xué)十講[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2009.

（欄目編輯 羅琬華）

取最大的等效電路 取值最小的等效電路

第二、根據(jù)歐姆定律，在串聯(lián)電路中，在小燈泡的電阻以及電源電壓恒定的前提下，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P遠(yuǎn)離A端時(shí)接入電路中的有效電阻變大，電路總電阻R=Rp+R燈隨Rp的變大而增大，電流隨之減小，表現(xiàn)為電路中電流表的示數(shù)變小。同時(shí)，在串聯(lián)電路中，用電器的電阻大則分壓能力大，所以滑動(dòng)變阻器兩端的電壓隨其接入電路的電阻的增大而增大，而小燈泡的電壓U燈=U（不變）-Up（增大），即小燈泡兩端測(cè)量電壓的電壓表示數(shù)變小。

第三、小燈泡的亮度取決于其實(shí)際功率P實(shí)=（U實(shí)）2/R燈，因?yàn)榧俣≧燈不變，所以小燈泡兩端的實(shí)際電壓U實(shí)越大，燈泡的亮度越大。

當(dāng)滑片P靠近A端時(shí)接入電路中的有效電阻變小，電路的變化情況將與上述情況完全相反。

例2 變阻器的基礎(chǔ)變式——半導(dǎo)體變阻器

半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，如鍺、硅等都是半導(dǎo)體。半導(dǎo)體具有壓敏性、熱敏性、光敏性三個(gè)特性，利用這些特性，可以制成一些針對(duì)壓力、溫度、光等的自動(dòng)控制裝置。因此，半導(dǎo)體在電路中可等效為一個(gè)由外界壓力、溫度、光強(qiáng)度、濃度的變化引起的變阻器。如以下的四種情況：

如圖8所示的電路中，電源電壓保持不變，R為定值電阻。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，標(biāo)有“8 V 8 W”字樣的小燈泡L1恰好正常發(fā)光；若保持定值電阻R不變，將L1換成另一只標(biāo)有“8 V 4 W”字樣的小燈泡L2，閉合開關(guān)后，小燈泡工作時(shí)消耗的實(shí)際功率（ ）

A.大于4 W B.等于4 W

C.小于4 W D.無法確定

這題的切入點(diǎn)在于燈泡L1與L2的本質(zhì)區(qū)別是電阻不同，根據(jù)R=U2/P可求出L1的電阻R1=8 Ω，L2的電阻R2=16 Ω，所以用L2代替L1的變化等效一個(gè)滑動(dòng)變阻器向電阻大的方向移動(dòng)了。根據(jù)串聯(lián)電路的分壓規(guī)律，可知L2兩端的電壓將大于8 V，所以L2的實(shí)際功率將大于4 W。

4 動(dòng)態(tài)電路的簡(jiǎn)化

例4 整體思維的應(yīng)用

將一只標(biāo)有“12 V 6 W”的燈泡與一電阻串聯(lián)后接到電壓為12 V的電源上，如圖9，電阻消耗的功率為1 W（燈絲電阻視作不變），則此時(shí)（ ）

A.燈泡與電阻消耗的總功率為7 W

B.燈泡與電阻消耗的總功率為6 W

C.燈泡消耗的功率大于5 W

D.燈泡消耗的功率小于5 W

解此題首先是畫出等效電路圖，關(guān)鍵在于L串聯(lián)R后要把R與L看成一個(gè)整體，則兩者的總電壓為12 V，但電路的總電阻由于增加了R而變大，根據(jù)P=U2/R總，整個(gè)電路的總功率將小于6 W，燈泡L的功率P燈=（小于6 W）-1 W將小于5 W，所以正確選項(xiàng)為D。

在電源電壓恒定時(shí)，圖10中的電壓表的示數(shù)、電流表A1的示數(shù)、燈泡的亮度都不會(huì)受滑動(dòng)變阻器的影響。所以，可以隔離掉電壓表、電流表A1和燈泡，電路等效為僅有一個(gè)用電器的簡(jiǎn)單電路（如圖12所示）。

滑動(dòng)變阻器兩端的電壓等于電源電壓不變，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P遠(yuǎn)離A端時(shí)由例1可知電路中的電流將變小，即電流表A2的示數(shù)變??；干路電流表 A=A1（不變）+A2（變?。?，即電流表A的示數(shù)變小。

例6 整體隔離思維簡(jiǎn)化混聯(lián)電路

在圖13中將L1、L2隔離開，并把兩者看成一個(gè)整體合二為L(zhǎng)，A1、A2看為導(dǎo)線，則電路等效為圖14。這個(gè)新的電路圖與例1中的圖1一樣。所以，各個(gè)用電器的變化與例1的分析情況一樣，問題簡(jiǎn)化了。