構建電路模式破解電學難題

□劉長斌

構建電路模式破解電學難題

□劉長斌

“伏安法測量電阻”是初中電學部分最重要的實驗之一，實驗電路如圖1所示.根據歐姆定律及串聯電路的特點可以判定：當滑片P在移動時，兩種電表的示數變化趨勢相同，且當一只電表的示數達到某一最大（或最小）值時，另一只電表的示數也相應達到某一最大（或最小）值.若將圖1中的電壓表改測滑動變阻器兩端的電壓（如圖2所示），則兩種電表的示數變化趨勢相反.

圖1

圖2

縱觀近幾年全國各省市中考物理試題會發現，上述兩電路出現的頻率很高，有些題目讓考生感到無從下手.為了解決這一問題，我們可以從大家熟悉的電路中構建出兩種電路模式，將圖1、圖2分別構建為電路模式A和B.同學們在理解模式A、B中各電表示數變化規律的同時并對規律加以記憶，解題時能充分挖掘電路模式，可使解題速度與正確率得到很大的提高.

例1如圖3所示，電源電壓保持不變，將變阻器的滑片P向右滑動時，則下列說法中正確的是（）.

圖3

A.V1示數增大，V2示數減小，A示數減小

B.V1與V2示數不變，A示數不變

C.V1示數減小，V2示數增大，A示數減小

D.V1示數減小，V2示數減小，A示數減大

解析：圖3是定值電阻R1與滑動變阻器R2串聯，V1、V2兩表分別測R1與R2兩端的電壓，判定此電路為電路模式A、B的疊加，即V1與A表示數變化趨勢相同，V2與A表示數變化趨勢相反，所以當滑片P向右端滑動時，R2阻值變大，A示數變小，V1示數變小，V2示數變大，故此題答案選C.

例2如圖4所示電源電壓保持不變，當滑片P在某兩處（不在兩端）之間滑動時，電壓表示數變化范圍是1～6V，電流表的示數變化范圍是0.5～1A，則電源電壓U總=_________，R1=_________.

圖4

解析：判定此電路為模式B，V與A兩表的示數變化情況相反，即電壓表示數為最小值1V時，對應著電流表示數的最大值1A；電壓表示數為最大值6V時，對應著電流表示數的最小值0.5A.則有：

將（1）（2）組成方程組解得：

U總=11V，R1=10Ω.

例3如圖5所示，標有“3V 4.5W”的燈泡RL與最大阻值為50Ω的滑動變阻器R1、電流表串聯在電路中，電壓表并聯在R1兩端，電源電壓為16V.若電流表的量程為0～3A，電壓表的量程為0～15V.為不損壞電表和電路元件，變阻器R1接入電路的阻值應在什么范圍內變化？

圖5

解析：判定此電路為模式B，即兩表示數的變化情況相反.當R1阻值最小時，A表示數最大，最大值為

（此時I總不能取最大量程值3A）

當R1阻值最大時，A表示數最小，V表示數最大，即U1=15V，

所以R1的阻值應在8.7～30Ω之間變化.