□ 歐忠祥

“添枝加葉”巧設(shè)計(jì)

□ 歐忠祥

根據(jù)要求設(shè)計(jì)電路，是電學(xué)學(xué)習(xí)中要求學(xué)生應(yīng)掌握的基本技能.要設(shè)計(jì)出符合要求的電路，必須在熟悉基本電路特點(diǎn)的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行，具體地說應(yīng)該把握以下基本原則：

1.如果幾個(gè)用電器的工作互不影響，則它們屬于并聯(lián)；若工作相互影響，則它們屬于串聯(lián).

2.通常情況下，開關(guān)應(yīng)與所控制的用電器串聯(lián).

3.在串聯(lián)電路中，若開關(guān)與某用電器并聯(lián)，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，則該用電器被短接，即相當(dāng)于沒有連入電路.

4.在并聯(lián)電路中，如果開關(guān)控制所有的用電器，則開關(guān)應(yīng)連在干路上；如果開關(guān)只控制某支路上的用電器，則開關(guān)應(yīng)連在該支路上.

在把握了電路的幾條基本原則后，可根據(jù)電路要求，采用“添枝加葉法”來設(shè)計(jì)電路.即在判斷出電路的連接情況和開關(guān)的控制作用后，先畫一個(gè)帶有電源的長方形（無需考慮電源短路）如圖1所示.然后按設(shè)計(jì)要求分別將用電器和開關(guān)逐一添加到相應(yīng)的位置，最后，將所畫的電路圖與設(shè)計(jì)要求逐一對照，若均符合要求，則所設(shè)計(jì)的電路就是正確的（并將所畫的圖進(jìn)行修飾，得出規(guī)范的電路圖）.

圖1

一、開關(guān)串、并聯(lián)型

例1 近年來，我市新增了不少新能源公交車，在公交車后門的兩側(cè)扶手上，各裝有一個(gè)按鈕（相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)），想要下車的乘客只要按下任何一個(gè)按鈕，裝在駕駛臺上的指示燈都會發(fā)光.提醒司機(jī)有乘客需要下車.請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)符合要求的電路圖.

解析：根據(jù)“乘客只要按下任何一個(gè)按鈕，裝在駕駛臺上的指示燈都會發(fā)光”可知，這兩個(gè)按鈕（開關(guān)）在控制指示燈時(shí)是互不影響的，則兩按鈕（開關(guān)）是并聯(lián)的，可以分別控制指示燈.結(jié)合圖1，可以畫出符合要求的電路圖，如圖2所示.

圖2

點(diǎn)評：本題屬于開關(guān)并聯(lián)型，其特點(diǎn)是：只要其中任何一個(gè)開關(guān)閉合，用電器都能工作.如“一票通過”的表決器就是采用這樣的控制電路.

例2 小明同學(xué)暑假坐火車去北京，在火車上發(fā)現(xiàn)車廂后面有兩個(gè)廁所，只有當(dāng)兩個(gè)廁所的門都關(guān)上時(shí)，車廂指示燈才會發(fā)光，指示牌才會顯示“廁所有人”的字樣，提醒旅客兩個(gè)廁所都有人.請你把圖3中的各元件符號連接成符合上述設(shè)計(jì)要求的電路圖.

圖3

解析：題中要求：只有當(dāng)兩個(gè)廁所的門都關(guān)上時(shí)，車廂指示燈才會發(fā)光，據(jù)此可以說明兩個(gè)門（開關(guān)）同時(shí)控制電路，只有都關(guān)閉才會形成閉合的回路.因此兩門（開關(guān)）應(yīng)串聯(lián)，符合要求的電路圖如圖4所示.

圖4

點(diǎn)評：本題屬于開關(guān)串聯(lián)型，其特點(diǎn)是：只有開關(guān)同時(shí)閉合時(shí)，用電器才能工作.

例3 舉重比賽有甲、乙、丙三個(gè)裁判，其中甲為主裁判，乙和丙為副裁判.若裁判認(rèn)定杠鈴已被舉起，就按一下自己面前的按鈕.要求主裁判和至少一個(gè)副裁判都按下自己面前的按鈕時(shí)，指示杠鈴被舉起的燈泡L才亮.請畫出符合要求的電路圖.

解析：由題意可知，主裁判和至少一個(gè)副裁判都按下自己面前的按鈕時(shí)，指示杠鈴被舉起的燈泡L才亮.由此可知，兩個(gè)副裁判對應(yīng)的按鈕可以單獨(dú)工作且互不影響，而主裁判的按鈕與副裁判的按鈕工作時(shí)相互影響，因此兩個(gè)副裁判對應(yīng)的開關(guān)并聯(lián)連接后與主裁判對應(yīng)的開關(guān)串聯(lián)連接，即乙、丙并聯(lián)后與甲串聯(lián).結(jié)合圖1可畫出符合要求的電路圖，如圖5所示.

圖5

點(diǎn)評：本題屬于開關(guān)串、并聯(lián)混合型.其特點(diǎn)是：各并聯(lián)的開關(guān)互不影響，與并聯(lián)的開關(guān)相串聯(lián)的開關(guān)起決定作用，可謂主次分明.

二、用電器串、并聯(lián)型

例4 如圖6所示是一個(gè)電路盒，面板上有紅、綠燈各一個(gè)，三個(gè)撥動(dòng)開關(guān)S1、S2、S3，為了在不打開盒子的情況下探究盒內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)，小明做了多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

（1）當(dāng)開關(guān)S1、S2、S3都閉合時(shí)，兩燈都亮；

（2）當(dāng)只閉合開關(guān)S1、S3時(shí)，兩燈都不亮；

（3）當(dāng)只閉合開關(guān)S1、S2時(shí)，只有紅燈亮；

（4）當(dāng)只閉合開關(guān)S2、S3時(shí)，只有綠燈亮.

請你根據(jù)上述所探究的情況，畫出盒內(nèi)的電路圖.

圖6

圖7

解析：由要求（3）（4）可知，兩燈工作與否互不影響，則可確定兩燈是并聯(lián)的.仔細(xì)分析還可以知道，每一要求中只有當(dāng)開關(guān)S2閉合時(shí)，才有燈泡發(fā)光，顯然S2控制的是干路的開關(guān).由要求（3）可知，開關(guān)S1控制紅燈，由要求（4）可知，開關(guān)S3控制綠燈.至此，我們在圖1的基礎(chǔ)上，按分析的結(jié)論在圖中逐一添加燈泡和開關(guān).符合要求的電路圖如圖7所示.

點(diǎn)評：本題屬于開關(guān)、用電器互不影響型，即各支路開關(guān)控制所在支路的用電器.如廚房里照明燈和排氣扇的控制電路，電冰箱中照明燈和壓縮器的電路等都屬于此類問題.

例5 給你下列器材：一個(gè)低壓電池組、一只小燈泡、一個(gè)開關(guān)、一只電鈴和若干細(xì)導(dǎo)線，請你設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)放養(yǎng)奶牛的裝置圖，要求：用細(xì)導(dǎo)線將牛群圍住，合上開關(guān)后，當(dāng)

牛在圈內(nèi)吃草時(shí)，房間內(nèi)的燈亮而鈴不響，當(dāng)有牛碰斷了圍住的細(xì)導(dǎo)線到圈外時(shí)，燈亮的同時(shí)，電鈴會響起來，放牛的人能及時(shí)發(fā)現(xiàn).

解析：由“牛碰斷了圍住的細(xì)導(dǎo)線到圈外時(shí)，燈亮的同時(shí)，電鈴會響起來”可知，細(xì)導(dǎo)線斷開后（相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)斷開），燈泡與電鈴串聯(lián)；當(dāng)細(xì)導(dǎo)線未斷時(shí)，只有燈泡發(fā)光，說明細(xì)導(dǎo)線與電鈴并聯(lián)，使得電鈴被短接而沒有連入電路.符合要求的電路如圖8所示.

圖8

點(diǎn)評：此題屬于用電器被短接（或短路）型.其特點(diǎn)是：在串聯(lián)電路中，若某用電器被導(dǎo)線或開關(guān)短接，該用電器將不能工作，但對其他用電器的工作沒有影響.