巧從電壓入手，解答電學(xué)問題

電學(xué)問題涉及到的公式多，相關(guān)條件多，電路變化復(fù)雜，因此思路容易受到干擾，解決起來比較棘手。如果能夠通過對題目的分析，尋找到電壓變化所引起的數(shù)量變化規(guī)律，則有可能化繁為簡，下面舉例分析。

例1（2006年揚州考題）某物理興趣小組為自制一臺電子秤，進行了下列探究活動：

研究彈簧的特性。他們做了如圖1的實驗，根據(jù)彈簧伸長x與拉力F的關(guān)系圖象如圖2所示。

設(shè)計方案。設(shè)計的原理圖如圖3，利用量程為3V的電壓表的示數(shù)來指示物體的質(zhì)量（電壓表刻度盤如圖4），彈簧（即圖1中使用的彈簧）的上端與變阻器的滑片和托盤連接（托盤與彈簧的質(zhì)量均不計），O、A間有可收縮的導(dǎo)線，當(dāng)托盤內(nèi)沒有放物體時，電壓表示數(shù)為零。

分析與計算。已知滑動變阻器總電阻R=12Ω，變阻器總長度為12cm，電源電壓恒為6V，定值電阻R0=10Ω（不計摩擦，彈簧始終在彈性限度內(nèi)，g=10N/kg）。求：

（1）當(dāng)物體的質(zhì)量為100g時，電壓表的示數(shù)是多少？

（2）該電子秤能測量的最大質(zhì)量是多大？

（3）改裝好的電子秤刻度與原來的電壓表表頭的刻度有何不同？

解析：在電子秤上加減物體時，引起托盤下彈簧的伸縮，導(dǎo)致滑動變阻器阻值的變化，從而導(dǎo)致電壓表的讀數(shù)發(fā)生同步變化，而整個過程中電路總電壓始終沒有改變，這就是電子秤的工作原理。我們要抓住電壓進行列式。

（1）托盤上放100g物體時，彈簧受到的壓力為1N，根據(jù)圖2可知，彈簧此時被壓縮2cm，所以滑動變阻器進入電路的電阻線長度為2cm，即此時RP=12Ω×2cm/12cm=2Ω。此時的方程有：UP=U-U0=U-I0R0=U-IR0=6V-×10Ω=1V。

（2）電壓表的最大量程為3V，因此滑動變阻器上獲得的最大電壓應(yīng)為3V。因為總電壓U=6V不變，所以當(dāng)托盤上放最多的物體時，滑動變阻器上電壓和R0上電壓恰好相等，所以RP最大=R0=10Ω，此時滑動變阻器電阻線進入電路的部分長度（即彈簧收縮的長度ΔL）為L=12cm×=10cm，而根據(jù)圖2有，每增加1N，彈簧長度變化2cm，所以該電子秤最多承受5N：即該電子秤能測量的最大質(zhì)量是500g。

（3）改裝好的電子秤刻度是以g為單位的，而原來的電壓表表頭的刻度以V為單位。

點評：總電壓不變是我們解答本題的關(guān)鍵。抓住這個狀態(tài)量，是解答此問題的突破口。

例2（2006年南通市課改區(qū)考題）小明同學(xué)設(shè)計的“風(fēng)力測試儀”在?？萍脊?jié)上備受師生的青睞，“風(fēng)力測試儀”的原理如圖5所示。電源電壓6V，R0為保護電阻，AB為長20cm、阻值為50 的均勻電阻絲。OP為質(zhì)量、電阻均不計的金屬細桿，下端連接一個重為2N的球P。閉合開關(guān)S，無風(fēng)時，OP下垂并與電阻絲的B端接觸；有風(fēng)時，球P受風(fēng)力的作用，使金屬細桿OP繞懸掛點O偏轉(zhuǎn)，當(dāng)偏轉(zhuǎn)到電阻絲的A端時，電流表示數(shù)為0.6A．已知懸掛點O與電阻絲B端的距離為10cm，金屬細桿OP始終與電阻絲AB接觸良好且無摩擦，求：

（1）R0的阻值；

（2）無風(fēng)時電流表示數(shù)；

（3）在風(fēng)力作用下，當(dāng)金屬細桿OP在圖示位置靜止時，作出F風(fēng)的力臂，并求出該力的大小．

解析：金屬細桿在AB之間滑動時，電源電壓始終沒有改變，因此電壓是我們解答本題的入手點。

（1）要計算R0的阻值，必須利用金屬細桿OP在A點位置時的狀態(tài)參量進行列式。此時電路中只有R0正常工作，因此等效電路如圖6所示。

（2）無風(fēng)時，電路中的R0和RAB串聯(lián)在一起在電路中工作，因此等效電路變?yōu)槿鐖D7所示。

（3）本問屬于杠桿問題，由同學(xué)們自己解答。

例5（2006年山東濟寧課改區(qū)考題）如圖8所示，電源電壓不變，當(dāng)開關(guān)S閉合時，電表示數(shù)的變化情況是（）。

A.電流表、電壓表示數(shù)均變大

B.電流表、電壓表示數(shù)均變小

C.電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變小

D.電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變大

解析：結(jié)合題意可知，開關(guān)閉合前后，電源電壓不變。開關(guān)閉合前，電阻R1和R2串聯(lián)，此時電流表的讀數(shù)表達式為：I=，電壓表讀數(shù)等于電阻R2上的電壓，也是電路總電壓U的一部分；開關(guān)閉合后，電阻R1被短路，電阻R2獨立工作，此時電流表的讀數(shù)為I=，電壓表的讀數(shù)是電阻R2上的電壓，也是電路的總電壓U。因此選A。