如何求解不同類型動態變化電路問題

董淑華

(甘肅省肅北中學 甘肅 酒泉 736300)

動態變化電路問題是初中物理教學的重、難點，同時也是中考物理的必考點，由于涉及的知識點較多，幾乎覆蓋了電學中所有重要的規律，綜合性較強，許多學生遇到后往往找不到問題的突破口而束手無策.下面筆者就借助典型例題來談談此類問題的解決方法.

1 開關的通斷引起的動態變化電路問題

【例1】如圖1所示，電源電壓不變，開關由斷開變為閉合后，下列說法正確的是

A.電流表示數增大

B.電流表示數減小

C.電壓表示數增大

D.電壓表示數減小

解析：無論開關斷開還是閉合，電壓表均測的是電源電壓，故示數不發生改變.當開關S閉合后，構成R1與R2的并聯電路，總電阻小于R1，電流表示數增大.

圖1

答案：A.

【例2】某電熱水器的工作原理如圖2所示(已知兩電阻絲的阻值相等，電源電壓保持不變)，它有加熱和保溫兩個工作狀態，當開關S1接b，S2斷開時，它處于______狀態，此時電路功率為P1;開關S1接a，S2閉合時，它處于______狀態，此時電功率為P2，則P1∶P2=______.

圖2

解析:當開關S1接b, S2斷開時，兩電阻絲串聯，根據焦耳定律Q=I2Rt得此時處于保溫狀態,可得

(1)

當開關S1接a，S2閉合時，兩電阻絲并聯，總電阻減小，電流增大，根據焦耳定律Q=I2Rt，此時處于加熱狀態，可得

(2)

聯立式(1)、(2)得

答案：保溫狀態；加熱狀態；1∶4.

此類題目的特點是,由于開關的通、斷引起電路的連接方式改變，使電路中總電阻改變而引起電流發生改變.解決此類問題的關鍵是搞清楚開關的斷、通使電路的連接方式如何變化，電阻和電流隨電路的連接方式如何變化，從而找到解決問題的突破口.

2 滑動變阻器滑片移動引起的動態變化電路問題

【例3】如圖3所示的電路中，滑動變阻器的滑片P向右移動時，電流表的示數______，電壓表的示數______.

解析：將電壓表斷路，判斷電路為串聯電路，電壓表接在滑動變阻器滑片P上，滑片移動不能改變電路中的總電阻，電路中的總電阻不變，故總電流不變，電流表示數不變；但電壓表測的是與之并聯部分電阻的電壓，故電壓表示數變大.

答案：不變；變大.

圖3

解決此類問題的關鍵是判斷電路連接方式，根據電路連接方式,先判斷滑動變阻器引起的總電阻變化，隨后判斷電流表示數的變化，排除錯誤答案，再判斷電壓表如何變，進而得出結論.

3 由開關通斷和變阻器滑片移動共同引起的動態變化電路問題

【例4】如圖4所示，電源電壓為6 V保持不變，電阻R1=10 Ω，變阻器R2的最大阻值為60 Ω，燈L標有“6 V，0.72 W”字樣，問：

(1) 當R2的滑片移至最左端時，要使L正常發光，開關S1和S2應處于什么狀態？

(2)S1, S2都斷開時，燈L在5 min內消耗的電能是多少？

(3)閉合S1,S2，調節滑動變阻器的滑片，電流表的示數最小時，整個電路的電功率是多少？

圖4

解析：(1)此時若S1,S2都斷開，則燈L不能正常發光；若閉合S2，則燈L被短路；當閉合S1，斷開S2時，電阻R1被短路，燈L兩端的電壓為6 V，屬于正常發光.同時還可以求得L的電阻為

代入數據得

RL=50 Ω

(2)當開關S1,S2都斷開時，只有R1與L串聯在電路中，電路中的電流為

代入數據得

I=0.1 A

則燈L在5 min內消耗電能為

W=I2RLt

代入數據得

W=150 J

(3)閉合開關S1,S2時，R2與L并聯，R1被短路，這時只有當滑動變阻器的滑片移至最右端時，即R2=60 Ω時，電路中的電流最小，此時整個電路的等效電阻為

代入數據得

整個電路消耗的電功率為

代入數據得

P=1.32 W

4 電流表及電壓表連接方式改變引起的動態變化電路問題

【例5】如圖5所示的電路中，電源電壓保持不變，電阻R2與R3的阻值為30 Ω，閉合開關S，電流表○A1和○A2的示數之比為2∶1,若把電流表○A1換成電壓表○V1,電流表○A2換成電壓表○V2后，電壓表○V1的示數為U1, 電壓表○V2的示數為U2，則

圖5

A.R1=15 Ω

B.R1=30 Ω

C.U1∶U2=3∶2

D.U1∶U2=2∶1

解析：當接電流表○A1與○A2時，由電路圖分析可知R1,R2,R3構成并聯電路，○A1測量的是通過R1與R2的總電流IA1，○A2測量的是通過R2與R3的總電流IA2，則

(3)

(4)

由題意知

IA1∶IA1=2∶1

(5)

聯立式(3)～(5)得

R1=10 Ω

當把電流表○A1換成電壓表○V1，電流表○A2換成電壓表○V2時，電路變為R1，R2，R3的串聯電路，電壓表○V1測R2，R3兩端電壓，電壓表○V2測R1，R2兩端電壓，由串聯電路電壓與電阻的關系得

代入數據得

答案：C.

由于動態電路的開關通、斷，變阻器滑片的移動或電流表、電壓表位置改變，電路的連接以及電路中某些物理量也隨之改變，使得電路計算變得復雜.解答此類問題，應抓好3個環節：

一是題圖對照，側重識圖；

二是梳理條件，抓住關鍵，找出突破口

三是明確解題思路，綜合運用公式進行計算.

注意兩個要點：一是嚴格區分不同條件下的電路，分別列出相關的關系式；二是結合題目的已知條件，尋找解題的突破口并進行計算.