動(dòng)態(tài)變化電路的解法探討

方成群

(積石山縣第一中學(xué) 甘肅 鄰夏 731700)

當(dāng)電路中接有變阻器,滑動(dòng)觸頭的滑動(dòng)會(huì)使電路中某一部分的電阻發(fā)生變化,進(jìn)而引起電路中各段的電流和電壓隨之發(fā)生變化,可謂“牽一發(fā)，而動(dòng)全身”.怎樣準(zhǔn)確、快速地判斷出各處的電流和電壓的增減,是物理中典型的直流電路的動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題.對(duì)此類(lèi)問(wèn)題的分析，學(xué)生都覺(jué)得沒(méi)有頭緒,難以找到合理的突破口.筆者就這一問(wèn)題介紹三種方法.

題目如圖1，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向右移動(dòng)時(shí)，問(wèn)電路中各個(gè)電表的示數(shù)怎樣變化？

圖1

分析首先對(duì)各電表的作用做一分析,電壓表V1測(cè)的是路端電壓,電壓表V2測(cè)的是R2和R3并聯(lián)后兩端電壓, 電壓表V3測(cè)的是R1兩端的電壓.電流表A1測(cè)的是干路總電流, 電流表A2測(cè)的是經(jīng)過(guò)R2的電流, 電流表A3測(cè)的是經(jīng)過(guò)R3的電流.

解法一——直觀電阻判斷法：應(yīng)用“部分電路中R、I、U的關(guān)系”得出的兩個(gè)結(jié)論:其一是任一電阻R值增大,必將引起該電阻中電流I的減小和該電阻兩端電壓U的增大.其二是任一電阻R阻值的增大,必將引起與之并聯(lián)的支路中電流I的增大和與之串聯(lián)的各電路電壓U的減小.

圖2

解析：引入等效電壓源法,如圖2.把電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r看作一個(gè)等效電源,則A,B為電源輸出端, V1的示數(shù)為輸出電壓,滑動(dòng)變阻器R2、定值電阻R1、R3的總電阻R總為負(fù)載.當(dāng)R2的滑動(dòng)觸頭向右滑動(dòng)時(shí),R2阻值增大.而R2和R3是并聯(lián)的,則并聯(lián)后電阻R并也是增大的.而R并與R1是串聯(lián)的,則總電阻R總同樣是增大的.可知通過(guò)外電路負(fù)載R總的電流即路端輸出電流減小,因此電流表A1示數(shù)減小, 內(nèi)電路的電勢(shì)降落減小,等效電壓源的路端電壓增大,即電壓表V1示數(shù)增大,.因?yàn)镽1是定值電阻,由U3=IR1知電壓表V3示數(shù)減小.

解法三——電壓、電流分配法：應(yīng)用“串并聯(lián)電路電壓、電流分配”的關(guān)系,在串聯(lián)電路中

I=I1=I2=…=In

即在串聯(lián)電路中電壓與電阻成正比;在并聯(lián)電路中

U=U1=U2=…=Un

即在并聯(lián)電路中電流與電阻成反比.

綜上所述，動(dòng)態(tài)變化電路的三種分析方法,既結(jié)合了一般的先分析局部電路,再由局部電路的變化得知全局電路的變化,最后再回到局部電路的分析方法,又兼顧了路端電壓與負(fù)載的關(guān)系以及各個(gè)負(fù)載電阻的串并聯(lián)關(guān)系. 整個(gè)過(guò)程思路清晰﹑獨(dú)特,方法新穎﹑簡(jiǎn)潔,容易理解，有利于學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的全面掌握和培養(yǎng)靈活應(yīng)用物理規(guī)律分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力.