摘要:本文從支路、結(jié)點、回路等電路基本元素出發(fā),對電路的結(jié)構(gòu)進行拆解和分析,并以元件串并聯(lián)結(jié)構(gòu)為例,利用電路基本元素對其進行準確判斷。實踐結(jié)果表明,電路基本元素可用于電路分析,可以加深學生對電路結(jié)構(gòu)的認識和理解,從而在電路分析時提高準確率。
部分同學在分析電路時,首先想到的是套用一些電路分析方法,而并沒有太多地關(guān)注電路的結(jié)構(gòu)特點。正如我們與人交往時首先關(guān)注眼睛、鼻子、耳朵等外貌特征一樣,當我們遇到不同的電路時,首先應(yīng)該關(guān)注電路的結(jié)構(gòu)特點,這也是我們區(qū)分不同電路的基本依據(jù)。支路、結(jié)點、回路作為電路中的基本元素,對我們了解、認識電路結(jié)構(gòu)可以起到非常重要的作用。
1、利用電路基本元素觀察電路結(jié)構(gòu)
支路是指電路中的每一個分支。一條支路流過一個電流,稱為支路電流,即支路和電流是一一對應(yīng)的,一條支路對應(yīng)一個電流。對支路的定義比較簡單,在實際的電路分析中如何更加準確的把握,需要我們深入理解。從結(jié)構(gòu)特點上看,支路存在于結(jié)點之間,換言之,任意的兩個結(jié)點之間都可以找到支路。如圖1所示,電動勢E和內(nèi)阻R0在同一條支路上,具有相同的電流,同時在兩個元件之間沒有出現(xiàn)結(jié)點。R1和R2在不同的支路上,對應(yīng)不同的電流,比較直觀的解釋是:兩個元件之間存在結(jié)點。我們在從結(jié)構(gòu)的角度看,任意兩個結(jié)點之間都可以找到支路,例如:A、B結(jié)點之間有一條支路,B、C結(jié)點之間有一條支路,等等。根據(jù)這些特征可以非常準確地觀察、判斷電路中的支路,而且不易犯錯。
結(jié)點是指三條或三條以上支路的連接點。這里為什么是三條或者三條以上?因為兩條支路是沒有結(jié)點的,實際上只能算作一條支路。這里有一種特殊的情況,例如圖1中的A結(jié)點和A’結(jié)點,按照定義都是結(jié)點,然而這兩個結(jié)點之間沒有元件,是等電位點,如果我們分析電路時不關(guān)注AA’支路上的電流,在分析過程中可以把這兩個結(jié)點視為一個結(jié)點,相同的情況還有B結(jié)點和B’結(jié)點。
回路是指由支路組成的閉合路徑。只要多條支路構(gòu)成了閉合路徑,即形成了回路。如果電路中只有一個回路,同時也是一條支路,那么回路中只有一個電流,通過所有元件的電流是一樣的。這里值得注意的是,對于大部分的回路來說,由于是由不同的支路構(gòu)成的,所以一個回路里面可能會存在多個電流,在電路分析過程中要尤其注意,避免犯錯。
2、利用電路基本元素判斷元件的串并聯(lián)
在學習電路的過程中,學生對串并聯(lián)的特點和一些結(jié)果比較清楚,例如串聯(lián)的元件具有相同的電流、并聯(lián)的元件具有相同的電壓、串并聯(lián)的總電阻、等等,然而在判斷一些復(fù)雜電路中元件的串并聯(lián)時,容易出現(xiàn)錯誤。這里,我們從電路中的基本元素出發(fā),對串并聯(lián)的結(jié)構(gòu)特點進行分析。
對于串聯(lián)的元件,具有相同的電流,從結(jié)構(gòu)上來看,這些元件在同一條支路上,在這些元件之間是不會出現(xiàn)結(jié)點的,例如電動勢E和內(nèi)阻R0就是串聯(lián)的,他們位于同一條支路。R1和R4、R4和R5都不是串聯(lián)的,他們并不在同一條支路,而且元件中間存在結(jié)點。
對于并聯(lián)的元件,具有相同的電壓,從結(jié)構(gòu)上來看,這些元件位于相同的兩個結(jié)點之間,例如R1和R6都是位于A、B兩個結(jié)點之間,表明R1和R6是并聯(lián)的。接下來我們利用這種判斷方法對易犯錯的R1、R2和R4、R5兩組元件進行分析。R1和R2不是位于兩個相同的結(jié)點之間,R1位于A、B結(jié)點之間,R2位于A、C兩個結(jié)點之間,那么R1和R2不是并聯(lián)的。同理,R4和R5也不是并聯(lián)的。
對圖1做簡單的變換獲得圖2所示的電路,根據(jù)串并聯(lián)的結(jié)構(gòu)特點,R1、R6、R2都位于A、B兩個結(jié)點之間,因此R1、R6、R2是并聯(lián)的;R4、R5都位于B、D兩個結(jié)點之間,因此R4、R5是并聯(lián)的;R1、R6、R2總電阻和R4、R5總電阻串聯(lián)后接在A、D兩個結(jié)點之間,同時我們發(fā)現(xiàn)R3也是位于A、D兩個結(jié)點之間,因此它們之間也是并聯(lián)的關(guān)系。從上述分析可見,從結(jié)構(gòu)的角度對串并聯(lián)進行分析,可操作性強,不易犯錯。
3、總結(jié)
本文從支路、結(jié)點、回路等電路基本元素出發(fā),對電路的結(jié)構(gòu)進行拆解和分析,有助于學生更深入地理解、認識電路,從而在電路分析時提高準確率。同時,以元件串并聯(lián)結(jié)構(gòu)為例,利用電路基本元素對其進行準確判斷。實踐結(jié)果表明,電路基本元素可用于電路分析,可以加深學生對電路結(jié)構(gòu)的認識和理解。
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