動態變化電路的解法探討

方成群

(積石山縣第一中學 甘肅 鄰夏 731700)

當電路中接有變阻器,滑動觸頭的滑動會使電路中某一部分的電阻發生變化,進而引起電路中各段的電流和電壓隨之發生變化,可謂“牽一發，而動全身”.怎樣準確、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態變化問題.對此類問題的分析，學生都覺得沒有頭緒,難以找到合理的突破口.筆者就這一問題介紹三種方法.

題目如圖1，當滑動變阻器的滑動觸頭向右移動時，問電路中各個電表的示數怎樣變化？

圖1

分析首先對各電表的作用做一分析,電壓表V1測的是路端電壓,電壓表V2測的是R2和R3并聯后兩端電壓, 電壓表V3測的是R1兩端的電壓.電流表A1測的是干路總電流, 電流表A2測的是經過R2的電流, 電流表A3測的是經過R3的電流.

解法一——直觀電阻判斷法：應用“部分電路中R、I、U的關系”得出的兩個結論: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,必將引起與之并聯的支路中電流I的增大和與之串聯的各電路電壓U的減小.

圖2

解析：引入等效電壓源法,如圖2.把電動勢E和內阻r看作一個等效電源,則A,B為電源輸出端, V1的示數為輸出電壓,滑動變阻器R2、定值電阻R1、R3的總電阻R總為負載.當R2的滑動觸頭向右滑動時,R2阻值增大.而R2和R3是并聯的,則并聯后電阻R并也是增大的.而R并與R1是串聯的,則總電阻R總同樣是增大的.可知通過外電路負載R總的電流即路端輸出電流減小,因此電流表A1示數減小, 內電路的電勢降落減小,等效電壓源的路端電壓增大,即電壓表V1示數增大,.因為R1是定值電阻,由U3=IR1知電壓表V3示數減小.

解法三——電壓、電流分配法：應用“串并聯電路電壓、電流分配”的關系,在串聯電路中

I=I1=I2=…=In

即在串聯電路中電壓與電阻成正比;在并聯電路中

U=U1=U2=…=Un

即在并聯電路中電流與電阻成反比.

綜上所述，動態變化電路的三種分析方法,既結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載的關系以及各個負載電阻的串并聯關系. 整個過程思路清晰﹑獨特,方法新穎﹑簡潔,容易理解，有利于學生對基礎知識的全面掌握和培養靈活應用物理規律分析解決實際問題的能力.