黑龍江 李慧穎

(作者單位：黑龍江省牡丹江市第三高級中學(xué))

高考中單獨命制電路動態(tài)分析問題的考題雖然不多，但是此類問題是培養(yǎng)和考查學(xué)生推理能力的典型問題，涉及信息的提取和加工、科技、實際應(yīng)用、閉合電路歐姆定律的理解和應(yīng)用、功能問題、圖像的理解和應(yīng)用等，對學(xué)生邏輯思維的訓(xùn)練起到很好的作用，也可以幫助學(xué)生深層理解電路問題。本文選取比較全面的五類問題進(jìn)行分析。

一、通過滑動變阻器(或電阻箱)控制負(fù)載的動態(tài)分析

【例1】如圖1所示電路，電源內(nèi)阻不可忽略，電表均為理想電表。開關(guān)S閉合后，在滑動變阻器R0的滑片向下滑動的過程中

圖1

( )

A.電壓表與電流表的示數(shù)都減小

B.電壓表與電流表的示數(shù)都增大

C.電源的輸出功率一定增大

D.R1上的電壓一定減小

【解析】解法一 用程序法分析。

圖2

解法二 根據(jù)口訣“串反并同”來處理。

“串反”指的是若某個電阻R發(fā)生變化，與之串聯(lián)或間接串聯(lián)的負(fù)載(或電表)分壓、分流、功率消耗皆與R變化相反，“并同”指的是與之并聯(lián)或者間接并聯(lián)的負(fù)載(或電表)的分壓、分流、功率消耗皆與R變化相同。此題中R0接入電路的有效電阻減小，電壓表和電流表都與之間接并聯(lián)，根據(jù)“并同”可知，電壓表和電流表的示數(shù)都減小，A選項正確，B選項錯誤；R1與R0是串聯(lián)關(guān)系，根據(jù)“串反”可知，R1上的分壓增大，D選項錯誤；最開始外電阻與電源內(nèi)阻的大小關(guān)系無從得知，所以電源輸出功率的變化無法確定，C選項錯誤。

【對比總結(jié)】程序法解決此類電路動態(tài)分析問題的基本思路是局部→整體→局部，也就是由發(fā)生變化的部分電路出發(fā)，先判斷電阻變化(局部)，繼而判斷總電阻、總電流、路端電壓的變化(整體)，再接下來往局部回推，先干路，再并聯(lián)電路，先分析不變負(fù)載的分壓、分流情況，最后推回發(fā)生變化的那部分電路(局部)，即從何處出發(fā)，最后回到何處。結(jié)合例1，先分析R0電阻變化(局部)，再分析總電阻、總電流、路端電壓(整體)，然后再回到干路R1，并聯(lián)支路R2，最后分析回R0的電流(局部)，這種分析方法能很好地鍛煉分析推理能力，對于培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、邏輯思維能力很有幫助，對于閉合電路中的很多問題都可以用程序分析的方法來處理。口訣“串反并同”對于解決此類動態(tài)分析問題快捷、準(zhǔn)確，在能夠利用程序法分析問題的基礎(chǔ)之上用這種方法快速選出選項也是不錯的，但口訣法不能解決所有閉合電路中的問題，有一定的局限性，這個問題在此處先不討論。

【提醒注意】當(dāng)電源內(nèi)阻不計時，路端電壓不會隨著外電阻的變化而變化，即U=E，其余的分析過程不受影響。同樣，也不能用口訣“串反并同”來判斷路端電壓的變化，其余負(fù)載(或電表)的分壓、分流、功率消耗仍可用“串反并同”快速判斷。

二、通過開關(guān)通斷控制負(fù)載的動態(tài)分析

【例2】如圖3所示，E為內(nèi)阻不能忽略的電源，R1、R2、R3為定值電阻，S1、S2為開關(guān)，電表為理想電壓表與理想電流表。初始時S1與S2均閉合，現(xiàn)將S2斷開，則

圖3

( )

A.電壓表的讀數(shù)變大，電流表的讀數(shù)變小

B.電壓表的讀數(shù)變小，電流表的讀數(shù)變大

C.電壓表的讀數(shù)變小，電流表的讀數(shù)變小

D.電壓表的讀數(shù)變大，電流表的讀數(shù)變大

【解析】解法一 用程序法分析。

解法二 S2斷開，相當(dāng)于開關(guān)所在處電阻增大，根據(jù)口訣“串反并同”中的“并同”，與S2并聯(lián)或間接并聯(lián)的電壓表、電流表的示數(shù)都增大，D選項正確。

【總結(jié)】斷開開關(guān)等同于在開關(guān)所在處串聯(lián)一個無窮大的電阻，那么開關(guān)所在電路上的電阻會增大，繼而總電阻就增大，所以，斷開開關(guān)相當(dāng)于電阻增大；若是將原來斷開的開關(guān)閉合，等同于將原來一個無窮大的電阻減小為零，那么，開關(guān)所在電路上的總電阻也是減小的，所以閉合開關(guān)相當(dāng)于電阻減小。因此這類開關(guān)通斷引起的電路的動態(tài)問題仍可用口訣“串反并同”來快速分析。

三、通過傳感器控制負(fù)載的動態(tài)分析

【例3】據(jù)統(tǒng)計交通事故呈逐年增加趨勢，造成交通事故的一個主要原因就是酒后駕駛，“嚴(yán)查酒駕”成為全國交通部門的一項重要任務(wù)。酒精測試儀是用于現(xiàn)場檢測機(jī)動車駕駛?cè)藛T是否酗酒的一種儀器，它的主要元件是由二氧化錫半導(dǎo)體制成的酒精氣體傳感器，該傳感器的電阻隨酒精氣體濃度的變化而變化。在如圖4所示的電路中，不同的酒精氣體濃度對應(yīng)著傳感器的不同電阻，這樣，顯示儀表的指針就與酒精氣體濃度有了對應(yīng)關(guān)系。如果二氧化錫半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器電阻r′的倒數(shù)與酒精氣體的濃度c成正比，則以下說法正確的是

圖4

( )

A.U越大，表示c越小

B.U越大，表示c越大

C.檢測到駕駛員喝了酒時，U的示數(shù)變小

D.U越大，表示檢測到駕駛員喝酒越多

解法二 這道題仍可以用“串反并同”的口訣來分析。電壓表與傳感器是串聯(lián)關(guān)系，根據(jù)“串反”，電壓表示數(shù)U越大，說明r′越小，繼而得出酒精氣體濃度c越大，駕駛員喝酒越多的結(jié)論。

【總結(jié)】對于涉及傳感器的題目，要求能進(jìn)行有效的信息提煉和加工，將不易測量的量轉(zhuǎn)變?yōu)橐字苯訙y量和監(jiān)測的電流或電壓等信號，找出傳感器電阻與電流或電壓的關(guān)系。一些傳感器元件的電阻變化往往與金屬電阻的變化規(guī)律不相同，例如，熱敏電阻隨溫度的升高，電阻是減小的；光敏電阻隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)，電阻是減小的，一定不能想當(dāng)然，注意審題。這類問題經(jīng)常與生活實際應(yīng)用相結(jié)合，所以要求審題后能迅速建立相應(yīng)的物理模型，問題的處理方法仍然是程序法或者用“串反并同”的口訣?？谠E法處理更加快速，但要注意適用條件。

四、閉合電路中關(guān)于ΔU和ΔI變化的動態(tài)分析

【例4】調(diào)整如圖5所示電路中可變電阻R的阻值，使電壓表U的示數(shù)增大ΔU，在這個過程中

圖5

( )

B.R2兩端的電壓減小，減小量一定等于ΔU

D.路端電壓增大，增大量一定等于ΔU

【總結(jié)】雖然我們能從電壓表示數(shù)增大判斷出通過R1的電流增大，但是對于其余的變化，從R1入手是很難準(zhǔn)確判斷的。對于各電表示數(shù)的變化，我們可以用口訣法快速地判斷出來，但是接下來一些變化量之間的關(guān)系，就只能根據(jù)閉合電路歐姆定律或部分電路歐姆定律來分析和討論了。這樣的題目比單純只需要判斷負(fù)載(或電表)的電流、電壓、功率變化的題目思考量要大，可以用程序法和口訣法配合解題。

五、因為某部分電路發(fā)生故障而引起的動態(tài)分析

【例5】如圖6所示電路中，由于某處出現(xiàn)了故障，導(dǎo)致電路中的A、B兩燈變亮，C、D兩燈變暗，故障的原因可能是

圖6

( )

A.R1短路 B.R2斷路

C.R2短路 D.R3短路

【解析】解法一 程序法分析。

A燈在干路上，A燈變亮，說明電路中總電流變大，由閉合電路歐姆定律可知電路的外電阻應(yīng)該是減小的，這就說明電路中只會出現(xiàn)短路而不是出現(xiàn)斷路，B選項錯誤；R2若短路，D燈將直接熄滅，而不只是變暗，C選項錯誤；R1若短路，總電阻減小，總電流增大，A燈分壓增大，并聯(lián)路電壓會減小，R3所在支路的電流減小，故C燈電流增大，C燈應(yīng)該變亮，A選項錯誤；R3若短路，干路電流變大，A燈變亮，并聯(lián)支路的電壓是減小的，C燈、D燈分壓都減小，兩燈變暗，D選項正確，總電流變大，R1所在支路電流變小，B燈所在支路電流變大，故B燈變亮。

解法二 這道題目如果嚴(yán)格按照程序法判斷用時可能會比較長，所以可以采取更快捷一些的方法，用“串反并同”進(jìn)行快速判斷。根據(jù)A燈處于干路上并變亮，能排除掉斷路的選項；C、D兩燈變暗(分流、分壓、消耗功率變小)，A燈變亮(分流、分壓、消耗功率變大)，說明發(fā)生短路的電阻(即減小的電阻)與C、D兩燈是并聯(lián)或間接并聯(lián)關(guān)系，與A燈是串聯(lián)或間接串聯(lián)的關(guān)系，觀察電路中電阻的連接形式，只有R3符合，故D選項正確。

【總結(jié)】相比兩種解法，仍然是口訣“串反并同”判斷的更快捷。只要電路中出現(xiàn)的故障是體現(xiàn)在某電阻變大或變小，就可以用口訣法處理。