初中物理电路分析方法(短路、串并联分析、滑动变阻器)

初中物理电路分析方法(短路、串并联分析、滑动变阻器) 电路简化的基本原则 初中物理电学中的复杂电路可以通过如下原则进行简化:•第一:不计导线电阻，认定R线?0。有电流流过的导线两端电压为零，断开时开关两 端可以测得电压(电路中没有其他断点)。 •第二:开关闭合时等效于一根导线;开关断开时等效于断路，可从电路两节点间 去掉。开关闭合有电流流过时，开关两端电压为零，断开时开关两端可以测得电压 (电路中没有其他断点)。 •第三:电流内阻很小，在分析电路的连接方式时，有电流表的地方可看作一根导 线( •第四:电压表内阻很大，在分析电路的连接方式时，有电压表的地方可视作断路，从 电路两节点间去掉( •第五:用电器(电阻)短路:用电器(电阻)和导线(开关、电流表)并联时，用电 器中无电流通过(如下图示)，可以把用电器从电路的两节点间拆除(去掉)( AA •第六:滑动变阻器Pa段被导线(金属杆)短接不工作，去掉Pa段后，下图a变为图 b(p pbappbab 图a图b•第七:根据串、并联电路电流和电压规律“串联分压、并联分流”分析总电流、总电压 和分电流、分电压的关系。 •第八:电流表和哪个用电器串联就测哪个用电器的电流，电压表和哪个用电器并联 就测哪个用电器的电压。判断电压表所测量的电压可用滑移法和去源法。•第九:电压表原则上要求并联在电路中，单独测量电源电压时，可直接在电源两端。 一般情况下，如果电压表串联在电路中，测得的电压是电源两端电压(具体情况见笔 记)。电流表直接接在电源两端会被烧坏，且让电源短路，烧坏电源。 第十:如果导线上(节点之间)没有用电器(开关，电流表除外)，那么导线 上的各点可以看做是一个点，可以任意合并、分开、增减。(此法又称节点 b法)例如:aabbabaaabb 电路简化步骤 第一步:按照题目要求将断开的开关去掉，将闭合的开关变成导线。第二步:将电流表变成导线(视具体情况也可保留)。 第三步:去掉电压表。 第四步:合并(或者换位)导线上的节点。(此步骤在电路中用电器比较多，且相互纠结时，采用) 第五步:画出等效电路图，判断各用电器是串联还是并联。 第六步:在原电路中利用原则七、八判断电流表和电压表各测量哪个用电器的电流和电压。 •第七步:将电压表和电流表添加到等效电路图中，分析各电流表和电压表示数之间的关系。(利用原则七) 经典例题选讲 例1:在如下电路图中，开关S闭合后，电压表V1的示数是2.5V,V2的示数是1V,如果A2的示数是0.2A,那么A1的示数是多少,试求两只灯泡两端的电压。 A1分析:第一步:将开关变成导线,第二步:将V2电流表变成导线,第三步将电压表去掉。 L1第四步,略,第五步:判断用电器连接方式A2V1很显然，电路中两个灯 L2s泡是串联的。 第六步:根据原则四～知道电压表V2处断开～所以没有电流从A1流过～示数为零,根据滑移法知道V1和电源并联～测电源两端电压。V2和L2并联～测L2两端 v1电压。L1 第七步:等效电路图如下: A2L2 v2A1 根据等效电路图,可知所求I1=I2=0.2A U1=2.5V-1V=1.5V U2=1V例2 :如图示，开关s闭合后下列各电压表示数的关系是，各电流表示数之间的关系是。 V2A2L1分析:第一步:把开关变成导线,第二步:把 V3V1电流表变成导线,第三步:去掉电压表,第四L2步,略,,第五步:判断各用电器的连接方式:A1 s第六步:根据原则七和原 则八以及滑移法或去源法 判断电流表和电压表各自 所测量的对象。 ?在原电路中～去掉电压表～可以发现电流表A1和A2都与灯泡串联～所以电流表示数相等, ?用滑移法可以判断出V1测L1两端的电压～V2测电源两端的电压,V3测L2两端的电压。A1A2 V1v3第七步:等效电路图如下 V2 所求的电压关系式为:U 2=U1+U3 I1=I2 例3 : 电路开关闭合后，v1、v2、v3的示数分别是8V、9V、4V，则L1、L2、L3两端的电压各是多少, V1解:根据“十原则～七步骤”可以得到该V3L3L2L1电路的等效电路图如下:V2 1V3V L2L3L1 V2USL1+UL2=8V从等效图可以得到如下方程组:UL2+UL3=9V UL3=4V 解得:UL1=3v UL2=5v UL3=4V 例4:如图所示，已知两只灯泡L1和L2是串联的，则在?、?和?三个电表中(电流表或电压表)判断正确的是( )A. ?是电流表，?和?是电压表;B. ?和?是电压表，?是电流表;C. ?和?是电流表，?是电压表;D. ??和?都是电流表 L1 分析:本题可用排除法解答。将A答案的各表填入3 三个位置中～根据“十原则～七步骤”电路图简化为: 2L很明显,不符合题意。2A1L2将B答案各表填入图中～电路 可简化为: 这种填法符合题意。 把C答案各表填入电路中～电路L1被断路～简化后的电路图和A答案相同～不合 题意。把D答案各表填入图中～电源短路～两个灯泡没有电流流过～不合题意。 所以选择答案B. 例5:如图所示，当接通开关S后，发现电流表指针偏转，电压表指针不动，则故障可能是() A(L1的灯丝断了B(L2的灯丝断了 C(L1的接线短路D(L2的接线短路 初中物理电学综合问题难点突破 电学综合题历来是初中物理的难点，在近几年的中考题中屡屡出现，由于试题综合性强，设置障碍多，如果学生的学习基础不够扎实，往往会感到很难。在实际教学中，许多教师采用的是“题海战术”，无形加重了学生学习的课业负担。探索和改进电学综合问题教学，是一项很有价值的工作。 在长期的初中教学实践中，本人逐步探索了一套电学综合问题教学，对于学生突破电学综合问题中的障碍有一定效果。 一、理清“短路”概念。 在教材中，只给出了“整体短路”的概念，“导线不经过用电器直接跟电源两极连接的电路，叫短路。”而在电学综合题中常常会出现局部短路的问题，如果导线不经过其他用电器而将某个用电器(或某部分电路)首尾相连就形成局部短路。局部短路仅造成用电器不工作，并不损坏用电器，因此是允许的。因它富于变化成为电学问题中的一个难点。 局部短路概念抽象，学生难以理解。可用实验帮助学生突 破此难点。实验原理如图1，当开关S闭合前，两灯均亮(较 暗);闭合后，L1不亮，而L2仍发光(较亮)。 为了帮助初中生理解，可将L1比作是电流需通过的“一座高山” 而开关S的短路通道则比作是“山里的一条隧洞”。有了“隧洞”， 电流只会“走隧洞”而不会去“爬山”。 二、识别串并联电路 电路图是电学的重要内容。许多电学题一开头就有一句“如 图所示的电路中”如果把电路图辨认错了，电路中的电流强度、 电压、电阻等物理量的计算也随之而错，造成“全军覆没”的局 面，所以分析电路是解题的基础。初中电学一般只要求串联、 并联两种基本的连接，不要求混联电路。区分串、并联电路是解电学综合题的又一个需要突破的难点。 识别串、并联有三种方法，?、电流法;?、等效电路法;?、去表法。 ?、电流法:即从电源正极出发，顺着电流的流向看电流的路径是否有分支，如果有，则所分的几个分支之间为并联，(分支前后有两个节点)如果电流的路径只有一条(无分支点)，则各元件之间为串联。此方法学生容易接受。 ?、等效电路法:此方法实质上运用了“电位”的概念，在初中物理中，电压的概念，是通过“水位差”的类比中引入的。那么，可借助于“高度差”进行类比，建立“一样高的电位”概念。可以通过类比手法，例如:如果某学校三层楼上有初三?、初三?、初三?三个班级，二层楼上有初二?、初二?、初二?三个班级，那么初三年级与初二年级任意两个班级之间的“高度差”是一样的，都相差“一层楼”。因为初三年级各班处于“一样高”的三层楼上，而初二年级各班级处于“一样高”的二层楼上。在电路中，也有“一样高电位”的概念。在电路中，无论导线有多长，只要其间没有用电器都可以看成是同一个点，即电位“一样高”。因此，我们可以找出各元件两端的公共点画出简化的等效电路。 图2、图3是对各电阻的连接情况分析。 图2 图3 如上图2红线上各个点都与电源正极“电位一样高”，蓝线部分与电源负极“电位一样高”，可以简化为图3。在图3中，R1、R2、R3的并联关系也就显而易见了。 ?、去表法:由于电压表的内阻很大，并联在电路中时，通过它的电流很小，可忽略不计。故在电路中去掉电压表，不会影响电路结构，电压表所在之处可视为开路。而电流表的内阻很小，串联在电路中几乎不影响电路的电流强度，因而，在电路分析中，可视其为一根导线，去掉后改成一根导线即可。 三、“表格分析法” 整理解题思路 不少初中生反映，电学习题涉及概念、公式多，解题头绪多，容易出错。要突破这个难点，关键在于整理出清晰的解题思路。 四、有关“电路变化”分析 不少同学反映“变化的电路难，不知从何下手”。这是因为分析变化的电路涉及的内容广，考虑的问题深。对电阻、电流强度、电压及电功率相互关系的分析，稍有不慎就会造成连错反应，得出错误的结论。这是电学综合问题的又一个难点。 变化电路主要是通过开关或滑动变阻器的改变来富于电路变化的。电路中有多个开关，通过开关闭合和断开的状态变化，往往会使各用电器的连接关系发生变化，而滑动变阻器则通过滑片来改变其连入电路的有效电阻，从而使电路中的电压、电流、电功率等数值发生变化(也有改变电路结构的)。有关变化电路，应在学会识别“部分电路短接”和学会识别串并联电路的基础上，掌握分析变化电路的基本思路。 1、开关的通、断造成电路的变化 当开关处在不同状态时，由于断路和短路，接入电路中的用电器，及其用电器之间的连接方式一般要发生变化，因此首先要在原电路的基础上画出各种情况下的实际电路。改画时要根据电流的实际情况，运用“拆除法”。 拆除法要求:?、去掉被断路的元件;?、去掉已被短路的元件;?、用“去表法”去表，其原则是“电压表处是断路，电流直过电流表”。在去掉电压表时，要分析电压表读出来的是哪部分电路两端的电压，可用等效电路法进行分析。 例题:如图5所示 电路中，电源电压保持4伏，L1的电阻为4欧，L2、L3的电阻均为16欧 求:?、S1、S2都断开时，电流表和电压表的示数。 ?、S1、S2都接通时，整个电路消耗的电功率。 例题分析:在题中的当开关处于闭合或断开的两种情况下电路结构发生了变化，可进行电路的改画，见图6。 注:图中虚线部分是要去掉的部分。 在用“去表法”去掉电流表电压表后，要分析它们分别测量哪一个用电器的哪一个物理量。电压表 可借助于“等电位”进行分析。在图7中，红线、蓝线、黑线分别是三个“同电位点”，由图7中可见，L1与电压表V均加在蓝线与黑线之间，所以电压表是L两端的电压。 解:当S1、S2都断开时，L1、L3串联。 电流表读数 电压表读数 当S1、S2都接通时，L2、L3并联。 总电阻 总功率 2(滑动变阻器变化问题 滑动变阻器连入电路中的有效电阻发生变化了，或是引起电路结构的变化，或是引起电路中电压、电流、电功率的变化。 典型例题:如图8所示电路中，电源电压不变，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，电流表和电压表的示数变化情况是[ ] A、电流表和电压表的示数变大; B、电流表和电压表的示数变小; C、电流表示数变小，电压表示 数变大; D、电流表示数变大，电压表示数变小。 有关滑动变阻器的此类型问题，解题关键是:?、弄清滑动变阻器原理，滑片滑动时电阻是变大还是变小,?、弄清物理量是否变化，一般来说，电源的电压，定值电阻的阻值是不变，其它的物理量都是变化的;?、弄清电压表读数读出的是哪一个电器两端的电压;?、利用表格整理分析问题的思路。 上例题表格分析如下: 有关R1 有关R2 总电路 关系 I1 I2 电流 I , 串联电流相等 电压 U1 , U总 不变 U总 =U1+U2 R2 ? 电阻 R1 不变 R总 R总 =R1+R2 由电阻横向关系可知， 因R1不变，R2变大，故R总 将变大;再由总电路纵向关系可知，R总变大，U总不变，故I将变小(电流表读数);因串联电路电流相等I1=I;再由有关R1纵向关系可知，I1变小，R1不变，故U 1将变小(电压表读数变小)。