“添枝加葉”巧設計

□ 歐忠祥

“添枝加葉”巧設計

□ 歐忠祥

根據要求設計電路，是電學學習中要求學生應掌握的基本技能.要設計出符合要求的電路，必須在熟悉基本電路特點的基礎上才能進行，具體地說應該把握以下基本原則：

1.如果幾個用電器的工作互不影響，則它們屬于并聯；若工作相互影響，則它們屬于串聯.

2.通常情況下，開關應與所控制的用電器串聯.

3.在串聯電路中，若開關與某用電器并聯，當開關閉合時，則該用電器被短接，即相當于沒有連入電路.

4.在并聯電路中，如果開關控制所有的用電器，則開關應連在干路上；如果開關只控制某支路上的用電器，則開關應連在該支路上.

在把握了電路的幾條基本原則后，可根據電路要求，采用“添枝加葉法”來設計電路.即在判斷出電路的連接情況和開關的控制作用后，先畫一個帶有電源的長方形（無需考慮電源短路）如圖1所示.然后按設計要求分別將用電器和開關逐一添加到相應的位置，最后，將所畫的電路圖與設計要求逐一對照，若均符合要求，則所設計的電路就是正確的（并將所畫的圖進行修飾，得出規范的電路圖）.

圖1

一、開關串、并聯型

例1 近年來，我市新增了不少新能源公交車，在公交車后門的兩側扶手上，各裝有一個按鈕（相當于一個開關），想要下車的乘客只要按下任何一個按鈕，裝在駕駛臺上的指示燈都會發光.提醒司機有乘客需要下車.請設計一個符合要求的電路圖.

解析：根據“乘客只要按下任何一個按鈕，裝在駕駛臺上的指示燈都會發光”可知，這兩個按鈕（開關）在控制指示燈時是互不影響的，則兩按鈕（開關）是并聯的，可以分別控制指示燈.結合圖1，可以畫出符合要求的電路圖，如圖2所示.

圖2

點評：本題屬于開關并聯型，其特點是：只要其中任何一個開關閉合，用電器都能工作.如“一票通過”的表決器就是采用這樣的控制電路.

例2 小明同學暑假坐火車去北京，在火車上發現車廂后面有兩個廁所，只有當兩個廁所的門都關上時，車廂指示燈才會發光，指示牌才會顯示“廁所有人”的字樣，提醒旅客兩個廁所都有人.請你把圖3中的各元件符號連接成符合上述設計要求的電路圖.

圖3

解析：題中要求：只有當兩個廁所的門都關上時，車廂指示燈才會發光，據此可以說明兩個門（開關）同時控制電路，只有都關閉才會形成閉合的回路.因此兩門（開關）應串聯，符合要求的電路圖如圖4所示.

圖4

點評：本題屬于開關串聯型，其特點是：只有開關同時閉合時，用電器才能工作.

例3 舉重比賽有甲、乙、丙三個裁判，其中甲為主裁判，乙和丙為副裁判.若裁判認定杠鈴已被舉起，就按一下自己面前的按鈕.要求主裁判和至少一個副裁判都按下自己面前的按鈕時，指示杠鈴被舉起的燈泡L才亮.請畫出符合要求的電路圖.

解析：由題意可知，主裁判和至少一個副裁判都按下自己面前的按鈕時，指示杠鈴被舉起的燈泡L才亮.由此可知，兩個副裁判對應的按鈕可以單獨工作且互不影響，而主裁判的按鈕與副裁判的按鈕工作時相互影響，因此兩個副裁判對應的開關并聯連接后與主裁判對應的開關串聯連接，即乙、丙并聯后與甲串聯.結合圖1可畫出符合要求的電路圖，如圖5所示.

圖5

點評：本題屬于開關串、并聯混合型.其特點是：各并聯的開關互不影響，與并聯的開關相串聯的開關起決定作用，可謂主次分明.

二、用電器串、并聯型

例4 如圖6所示是一個電路盒，面板上有紅、綠燈各一個，三個撥動開關S1、S2、S3，為了在不打開盒子的情況下探究盒內的電路結構，小明做了多次實驗發現：

（1）當開關S1、S2、S3都閉合時，兩燈都亮；

（2）當只閉合開關S1、S3時，兩燈都不亮；

（3）當只閉合開關S1、S2時，只有紅燈亮；

（4）當只閉合開關S2、S3時，只有綠燈亮.

請你根據上述所探究的情況，畫出盒內的電路圖.

圖6

圖7

解析：由要求（3）（4）可知，兩燈工作與否互不影響，則可確定兩燈是并聯的.仔細分析還可以知道，每一要求中只有當開關S2閉合時，才有燈泡發光，顯然S2控制的是干路的開關.由要求（3）可知，開關S1控制紅燈，由要求（4）可知，開關S3控制綠燈.至此，我們在圖1的基礎上，按分析的結論在圖中逐一添加燈泡和開關.符合要求的電路圖如圖7所示.

點評：本題屬于開關、用電器互不影響型，即各支路開關控制所在支路的用電器.如廚房里照明燈和排氣扇的控制電路，電冰箱中照明燈和壓縮器的電路等都屬于此類問題.

例5 給你下列器材：一個低壓電池組、一只小燈泡、一個開關、一只電鈴和若干細導線，請你設計一個自動放養奶牛的裝置圖，要求：用細導線將牛群圍住，合上開關后，當

牛在圈內吃草時，房間內的燈亮而鈴不響，當有牛碰斷了圍住的細導線到圈外時，燈亮的同時，電鈴會響起來，放牛的人能及時發現.

解析：由“牛碰斷了圍住的細導線到圈外時，燈亮的同時，電鈴會響起來”可知，細導線斷開后（相當于一個開關斷開），燈泡與電鈴串聯；當細導線未斷時，只有燈泡發光，說明細導線與電鈴并聯，使得電鈴被短接而沒有連入電路.符合要求的電路如圖8所示.

圖8

點評：此題屬于用電器被短接（或短路）型.其特點是：在串聯電路中，若某用電器被導線或開關短接，該用電器將不能工作，但對其他用電器的工作沒有影響.