利用等電位點,解決初中電路問題

陳榮高

(吳江市廟港中學,江蘇 蘇州 215232)

在電路中,如果兩點間沒有電阻,那么這兩個點就是等電位點.不論導線有多長,只要中間沒有電源、用電器等,則導線(包括電流表、閉合的開關)兩端點均可以看成等電位點.在識別不規范電路的過程中,可將等電位點命名為相同的點,從而找出電路中各元件兩端的公共點,以達到解決問題的目的.

1 利用等電位點確定比較復雜的并聯電路

原理:如圖1所示,并聯電路只有兩個不同的等電位點,分別命名為A和B;如圖2所示,串聯電路有3個或3個以上的不同的等電位點,分別命名為A、B和C.

圖1

圖2

圖3

例1.電路如圖3所示,判斷3個燈泡的連接方式.

解題過程:閉合開關S,在電源兩端標出兩個點A和B,如圖4所示.再依次在圖中找出若干個A的等電位點和若干個B的等電位點,如圖5所示.發現燈泡L1、L2、L3都連接在A、B之間,所以它們是并列關系,這是一個并聯電路.

圖4

圖5

例2.如圖6所示電路,R1和R2是如何連接的？

圖6

圖7

解題過程:在電源兩端標出兩個點A和B,如圖7所示,再依次在圖中找出A點的各個等電位點和B點的各個等電位點,R1和R2都連接在點A、B之間,R1和R2是并聯的.

2 根據電路圖連接實物元件十分快捷

根據電路圖,將實物元件連接成實物電路,是學習電路知識的基礎,遇到串聯電路,學生困難不大.遇到并聯電路,很多學生會變得束手無策.其實,可以利用等電位點來解決此類困難,而且會十分快捷.

例3.請根據如圖8(a)所示電路圖,在圖8(b)中連接實物電路.

圖8

解題過程:在電路圖上標出各個等電位點A和B,如圖8(c).

等電位點A和B把電路分成了3個部分,如圖9所示,分別是

圖9

依次在實物圖中連出這3個部分,如圖10所示.

圖10

如圖11所示,把3個A和3個B用導線連接起來,便完成了電路的連接.

圖11

3 利用等電位點完成電路的巧設計

在電學的教學中,電路設計題一直是教學的一個難點,很多學生一看到電學設計題就找不到解題的切入點,而利用等電位點設計電路,卻能被學生廣泛接受.

例4.教室里的一個開關可以同時控制兩盞電燈,請將圖12連接成符合教室里電路實際情況的電路圖.

圖12

在練習的過程中,眾多的學生會比較自然地連接出一個串聯電路,但教室里電燈都應接在220V電源上學生知道電路應是一個并聯電路,但無從下手.若利用等電位點去解決這個問題,就會使問題迎刃而解.

解題過程:這是一個并聯電路,開關同時控制兩盞電燈,應該在干路上,即與電源串聯.如圖13所示,開關與電源串聯,形成干路,干路兩端端點分別是A和B,而兩燈兩端也分別是A和B.

圖13

圖14

在圖13的基礎上,在電路中把3個A點和3個B點用橫線和豎線連接起來即成,如圖14.

例5.如圖15所示是電吹風的構件,其中電熱絲通電發熱,電動機通電送風,其中當開關S2閉合時,電吹風吹冷風,只有電動機工作,電熱器(電阻絲)不工作;當S1也同時合上時吹熱風,此時電動機工作,電熱器也工作.請你以筆代線把未畫好的部分圖補充完整.

圖15

分析:這是一個并聯電路,S2是總開關,它與插頭構成干路;S1控制電熱絲,它們構成一條支路,電動機單獨處在另一條支路上.

解題過程:如圖16所示,將S2與插頭連接后,一端標A,另一端標B;將S1與電熱絲連接后,一端標A,另一端標B;在電動機兩端分別標上A和B.再如圖17所示,把3個A和3個B用導線連接起來即成.

圖16

圖17

4 準確判斷電壓表在串聯電路中的作用

圖18

串聯電路問題中,學生會遇到一個難題,那就是串聯電路中的電壓表的作用是什么？它與何元件并聯？利用等電位點,就能做到準確定位.

例6.如圖18所示,電源電壓為6V,開關S閉合時,電壓表示數為3.5V,則L2兩端的電壓是多少？

實際解題過程中,較多的學生誤認為電壓表測量的是L1兩端的電壓,從而得出了錯誤的結論.

圖19

解題過程:如圖19所示,在電壓表兩端標注A點和B點,再依次在圖中找出各個點A和點B,L1與電源正極連線上則標注為C.即可清晰地發現L2也在A點和B點之間,所以,電壓表是與L2并聯的.所以,L2兩端的電壓即為電壓表的示數,為3.5V.

小結:在實際解決初中電路問題的過程中,方法是多種多樣、層出不窮的.利用等電位點去解決電路問題的方法無疑是一種優秀的、有效的方法.在教學過程中,向學生傳授這種方法,并讓學生學會、使用這種方法,大大提高了物理電路教學的有效性.