動態電路問題分類分析

黃芳芳

[摘要]動態電路主要包括電路中開關通斷、變阻器滑片移動、開關通斷與滑動變阻器滑片移動共同作用等三種類型。電路中物理量的計算是近年來全國各地中考考查的重點與難點之一，關鍵是分析電路連接方式，找準物理量變化的原因，利用歐姆定律，串并聯電路中電流、電壓、電阻規律，利用電功及電功率等規律對電路進行分析，進而解決物理問題。

[關鍵詞]動態電路;分類分析;變化規律

[中圖分類號]G633.7

[文獻標識碼] A

[文章編號] 1674-6058（ 2020）35-0059-02

電路動態變化主要是由電路中開關的通斷，滑動變阻器滑片的移動引起的，這類問題可以分為：（1）開關通斷引起電路變化;（2）滑動變阻器引起電路變化;（3）開關與滑動變阻器共同作用引起電路變化。分析動態電路常見物理量的變化規律，可能用到的物理知識主要有：歐姆定律，串并聯電路中電流、電壓、電阻規律，電功及電功率等電學規律…。為此，本文以2019年山東省青島市中考物理第26題為例，談談動態電路中物理量的確定，并以此為基礎，探討三種動態電路中物理量的確定。

一、原題展示

【問題背景】（2019.山東青島，26）如圖l甲所示，電源電壓U不變，R1、R2為定值電阻，R3為滑動變阻器。閉合S，斷開S1，S2接a時，移動變阻器滑片P，可得如圖l乙I所示的電壓表V1示數與電流表A示數的關系圖線;閉合S和S1，S2接b時，移動變阻器滑片P，可得如圖1乙中Ⅱ所示的電壓表V2示數與電流表A示數的關系圖線。

請計算：（1）電阻R1;（2）電源電壓U、電阻R2。

分析：這是一道由變阻器滑片移動與不同開關通斷共同作用而引起的電路動態變化的圖像問題，以不同連接方式下靜態電路為基礎，在動態圖像指引下解決靜態電路問題，具有較強的綜合性。本題圖像中電流I1=0.1A與I2=0.3A并不是電流的最小值與最大值，即滑動變阻器滑片并沒有移動到左、右兩個端點，這是對本題理解的最大難點之一。

解：（1）當閉合S，斷開S1，S2接a時，R2被短路，簡化后的電路如圖2甲所示，調節滑動變阻器，定值電阻R1的電壓與電流的關系圖線如圖1乙中的I所示，以坐標（0.1 A，1.0 v）為例，R1=U1/I1=1.0 V/0.1 A=10Ω，則I2=0.3 A時，電壓U2=I2R1=0.3A×10Ω=3V;

（2）當閉合S、S1，S2接b時，此時R，被短路，簡化后的電路如圖2乙所示，調節滑動變阻器，變阻器R3的電壓與電流的關系圖線如圖1乙中的Ⅱ所示，以坐標（0.1 A，7.0 V）為例，U=U3+U：，即U=7V+ 0.1A-R2;再以坐標（0.3 A，3.0 V）為例，U=3V+ 0.3A-R2;聯立求解可得：R2= 20 Ω、U=9V。

答案：（1）R1=10 Ω;（2）U= 9V、R2=20Ω。

點評：解決動態電路問題的基本方法可以按照圖3步驟進行。（1）識別電路連接方式，簡化電路;（2）尋找不同物理量之間的聯系;（3）利用電學規律分析物理量的變化規律。

二、動態電路問題分類解析

1.開關通斷引起電路變化

對由開關通斷引起物理量變化問題，關鍵是根據不同開關通斷情況分析電路連接方式，確定各電表測量的物理量;再根據電路連接方式，結合電學規律分析物理量變化趨勢及變化規律;最后要能夠將由不同開關通斷引起的電路變化進行對比分析，尋找出共同點與不同處[2]，進而有效分析電路中的常見物理量。

【例1】在圖4甲所示電路中，電源電壓不變，小燈泡L的額定電壓為4V，電流表（0- 0.6 A），小燈泡的I-U圖像如圖4乙所示。變阻器R1最大=20Ω，R2=10 Ω。S、S2閉合，S1斷開，R1的滑片處于中點，L剛好正常發光，則下面選項正確的是（ ）。

2.變阻器型滑片移動引起電路變化

利用滑動變阻器滑片移動引起電路電阻變化，進而引起電路中常見物理量發生變化。這里按以下兩種情況討論：①含滑動變阻器的串聯電路：由于電源電壓不變，變阻器阻值變化，引起電路中電流變化，進而改變電路中電壓、電阻等物理量發生變化;②含滑動變阻器的并聯電路，電源電壓不變，并聯電路中各個支路互相獨立、互不影響，所以含定值電阻的支路物理量都不變化，只改變含滑動變阻器支路中的物理量。

【例2】在圖5甲中，U電源=8 V，Ro是定值電阻，R是變阻器，S閉合后，滑動滑片P時，U-I圖像為圖5乙，由圖像信息知下列選項錯誤的是（ ）。

3.開關通斷與滑片移動共同作用引起電路變化

開關通斷與滑動變阻器滑片移動共同作用引起電路變化的問題，往往需要在分析電路連接方式的基礎上，根據題意運用極限思維，即滑片在移動到變阻器不同端時物理量的確定[3]，解決這類動態電路問題的關鍵是分析動態電路中物理量的變化趨勢，再結合題中已知物理量，對電路變化規律進行分析，特別是電路出現的最值量（如電壓、電流、電阻等），是分析動態電路問題的突破口[4]。

【例3】如圖6甲所示，閉合開關S，滑片從最右端滑至最左端時，小燈泡恰好正常發光，電流表示數與兩電壓表示數的關系圖像如圖6乙，下列說法中正確的是（ ）。

在分析動態電路中物理量的變化時，要注意電路連接方式，找準物理量變化的原因，利用歐姆定律，串并聯電路中電流、電壓、電阻規律，電功及電功率等規律對電路進行分析，進而明確物理量的變化規律。

[參考文獻]

[1]侯中柱.賞歐姆定律之神奇析電表變化之奧秘[J].數理化學習（初中版），2016（9）：53-55.

[2]周江，巧解初中物理電路動態分析題[Jl.物理教學，2012（9）：43-44.

[3]趙勇功.突破“動態電路分析”的常用方法[J].中學物理教學參考，2015（4）：37-38.

[4]胡小波.2018年全國高考理綜新課標卷I第23題的賞析與思考[J].物理教學，2019（4）：72-74.

（責任編輯 易志毅）