例講高中物理中的常見(jiàn)電路問(wèn)題

何國(guó)泉

(江蘇省如皋中學(xué) 226500)

結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，將高中物理常見(jiàn)電路劃分為：一般電路、含電容器電路、含變壓器電路、與圖象結(jié)合電路、非純電阻電路、實(shí)物電路六種類(lèi)型.高中物理教學(xué)中應(yīng)做好上述六種類(lèi)型電路問(wèn)題的講解，使學(xué)習(xí)者在解題中少走彎路，提高其解題效率.

1 一般電路問(wèn)題

解答該類(lèi)電路的思路為由局部→整體→局部.其中支路電阻增大(或減小)，則對(duì)應(yīng)外電路的電流減小(或增大)，運(yùn)用歐姆定律逐一分析.分析變化量相關(guān)問(wèn)題，可采用等效電阻法，將定值電阻等效為電源內(nèi)阻進(jìn)行分析，達(dá)到降低分析難度的目的.另外，還可運(yùn)用“串反并同”這一結(jié)論，在理清與變化電阻串并聯(lián)關(guān)系的基礎(chǔ)上，得出相關(guān)電學(xué)元件參數(shù)的變化規(guī)律.

例1如圖1所示電路中，將開(kāi)關(guān)S閉合后，將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向下滑動(dòng)，五個(gè)理想電表均發(fā)生變化，其中ΔU、ΔU1和ΔU2分別表示V，V1，V2的變化量，ΔI1表示A1的變化量，則以下分析正確的是( ).

圖1

A.V1示數(shù)變大，A示數(shù)減小

B.V2示數(shù)變大，A1示數(shù)減小

C.|ΔU1|>|ΔU2|

答案：ACD.

2 含電容器電路

分析含電容器電路，需要把握以下三點(diǎn)內(nèi)容：其一，運(yùn)用歐姆定律分析電容器兩極板間的電壓關(guān)系，確定正負(fù)極；其二，若電容器處于穩(wěn)定狀態(tài)，其兩極板電壓和與之并聯(lián)電學(xué)元件的電壓相等，將其所在支路看成斷路；其三，若電容器有充放電過(guò)程，分析其極板電性是否發(fā)生改變，若未改變，其改變的電荷量Q=C|U1-U2|.若電性發(fā)生改變，則改變的電荷量為Q=C|U1+U2|.

例2如圖2所示電路中的電源內(nèi)阻為r=1Ω，電動(dòng)勢(shì)為E=6V.R1=7.5Ω，R2=3Ω，R3=2Ω，R0=3Ω.電容器的電容C=2μF.起初開(kāi)關(guān)S閉合.則( ).

A.電容器上極板帶正電

B.電容器兩極板間的電勢(shì)差為3V

C.斷開(kāi)S后，穩(wěn)定后電容器極板所帶電荷量為3.6×10-6C

D.斷開(kāi)S至電路穩(wěn)定期間通過(guò)R0的電荷量為9.6×10-6C

圖2

答案：D.

3 含變壓器電路

解答含變壓器的電路問(wèn)題時(shí)，應(yīng)搞清楚變壓器的工作原理，分析相關(guān)參數(shù)的決定關(guān)系.一般情況下，原線圈的電壓決定負(fù)線圈電壓，副線圈的電流決定原線圈的電流，副線圈的輸出功率決定原線圈的輸入功率.

例3如圖3所示電路中L1～L3為阻值均為R1=10Ω且保持不變的燈泡，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為1∶3.滑動(dòng)變阻器R2的最大阻值為20Ω.起初滑片P處在正中間位置，當(dāng)電路中接入有效值U=20V的穩(wěn)定正弦交流電時(shí)，則以下說(shuō)法不正確的是( ).

A.通過(guò)L1的電流為1.5A

B.通過(guò)L2的電流為1A

C.電壓表讀數(shù)為15V

D.若向上移動(dòng)P，電源的輸出功率將變大

圖3

答案：ACD.

4 與圖象結(jié)合電路

分析與圖象相結(jié)合的電路不僅需要認(rèn)真觀察，明確電學(xué)元件之間的串并聯(lián)關(guān)系，而且需要結(jié)合電學(xué)元件相關(guān)參數(shù)規(guī)律的判斷，確定其對(duì)應(yīng)的圖線.同時(shí)，認(rèn)真觀察圖線的坐標(biāo)軸，搞清楚縱橫坐標(biāo)表示的含義.同時(shí)，重點(diǎn)分析圖線的拐點(diǎn)及交點(diǎn)，找到引起圖線變化的內(nèi)在因素，在此基礎(chǔ)上對(duì)給出的選項(xiàng)做出判斷.

例4如圖4(a)所示，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的觸頭P向某一方向移動(dòng)，分別記錄電流表A和電壓表V1，電流表A和電壓表V2的數(shù)據(jù)，繪制如圖4(b)所示的U-I圖線，則( ).

圖4

A.曲線和電壓表V2測(cè)量的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)

B.電源電動(dòng)勢(shì)E=4.5V，r=1Ω

C.圖線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)電源的最大效率

D.將三個(gè)圖中燈泡并聯(lián)接到該電源上，則每個(gè)燈泡的實(shí)際功率為5W.

答案：AB.

5 非純電阻電路

例5如圖5所示電路圖，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，電壓表示數(shù)U1=1V，電流表示數(shù)I1=0.5A；重新調(diào)節(jié)R，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，其能夠以a=1m/s2的加速度勻加速豎直提升重物.當(dāng)重物速度v0=1m/s時(shí)，電壓表的示數(shù)U2=15V，電流表的示數(shù)I2=2A，g取10m/s2.

求:

(1)電動(dòng)機(jī)的輸出電功率P出；

(2)該重物的質(zhì)量m和電動(dòng)機(jī)的效率η.

圖5

答案：(1)22W；(2)73.3%.

6 實(shí)物電路

分析實(shí)物電路圖，應(yīng)當(dāng)按照從電源出發(fā)的原則，沿著導(dǎo)線逐一理清電學(xué)元件的串并聯(lián)關(guān)系.針對(duì)較為復(fù)雜的實(shí)物電路，結(jié)合所學(xué)將其轉(zhuǎn)化為常規(guī)電路圖，運(yùn)用所學(xué)的歐姆定律知識(shí)，構(gòu)建相關(guān)物理方程.

例6 如圖6所示，電源兩端的電壓U始終保持不變.當(dāng)開(kāi)關(guān)S1、S2均閉合，滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻為RA時(shí)，電壓表V1的示數(shù)為U1，電流表示數(shù)為I1，滑動(dòng)變阻器消耗的電功率為PA，電路消耗的總功率為P1.當(dāng)開(kāi)關(guān)S1閉合，S2斷開(kāi)時(shí)，滑動(dòng)變阻器的滑片位于最右端時(shí)電流表的示數(shù)為I2，電路消耗的總功率為P2.保持開(kāi)關(guān)S1閉合，S2斷開(kāi)，當(dāng)滑動(dòng)變阻器由最右端調(diào)至接入電路中的電阻為RA時(shí)，電流表的示數(shù)為I3，電壓表V2的示數(shù)為U2，電路消耗的總功率為P3.繼續(xù)改變滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻值為RB時(shí)，電路消耗的總功率P4=2.4W.已知P2-P3=1.2W，U1∶U2=4∶9，I2∶I3=4∶3.

求：(1)P2和P3的比值；

(2)RA和RB的比值；

(3)開(kāi)關(guān)S1、S2均閉合時(shí)，滑動(dòng)變阻器RA消耗的電功率PA.

圖6

答案：(1)4∶3；(2)1∶3；(3)1.6W

高中物理電路問(wèn)題不僅考查學(xué)習(xí)者對(duì)歐姆定律的認(rèn)識(shí)與理解的深度，而且與其他電學(xué)元件結(jié)合起來(lái)，綜合考查學(xué)習(xí)者電學(xué)元件相關(guān)規(guī)律的靈活運(yùn)用程度.在教學(xué)實(shí)踐中，應(yīng)嚴(yán)把基礎(chǔ)關(guān)，為學(xué)習(xí)者系統(tǒng)剖析相關(guān)結(jié)論的推導(dǎo)過(guò)程，使學(xué)習(xí)者真正的理解，而非是死記硬背，在運(yùn)用的過(guò)程中即便遺忘也能夠順利的推導(dǎo)出來(lái).另外，不同電路考查的知識(shí)點(diǎn)不同，為提高學(xué)習(xí)者分析問(wèn)題的效率，為學(xué)習(xí)者總結(jié)不同電路問(wèn)題的突破思路，并與學(xué)習(xí)者一起剖析經(jīng)典習(xí)題，使其認(rèn)真體會(huì)與揣摩分析過(guò)程，并做好聽(tīng)課總結(jié)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與彌補(bǔ)相關(guān)電路分析的不足.