高中物理中非純電阻電路問題的解題策略

【摘要】本文通過對高中物理中非純電阻電路問題進行分析，以具體實例闡述解決此類問題的方法和技巧，旨在幫助學生更好地掌握非純電阻電路的相關知識，提高解題能力．

【關鍵詞】高中物理；非純電阻電路；解題策略

在高中物理中，電路問題是一個重要的知識點．其中，非純電阻電路問題由于其復雜性和特殊性，常常成為學生學習的難點．非純電阻電路是指電路中不僅有電阻元件，還包含電動機、電解槽等其他元件，或者說電路中的用電器不是純電阻性的．在非純電阻電路中，電能不僅轉化為熱能，還轉化為其他形式的能量，如機械能、磁場能等．因此，解決非純電阻電路問題需要綜合運用電學、力學等多方面的知識．

1 含電動機電路的綜合計算

例1 圖1為某電吹風的電路原理圖，主要由電熱絲R和電動機M兩部分構成．電吹風的銘牌上標注了其吹熱風時功率為1kW，吹冷風時功率為120W，額定電壓為220V.對該電吹風，下列選項正確的是（" ）

（A）電吹風電熱絲的阻值為55Ω．

（B）若S1、S2閉合，則電吹風吹冷風．

（C）當電吹風吹熱風時，電動機每秒鐘消耗的電能為120J．

（D）電動機工作時輸出的機械功率為120W．

解析 電動機和電熱絲并聯，當吹熱風時，電熱絲消耗的功率P=P熱－P冷=880W，由P=U2R可知R=U2P=55Ω，故（A）正確；若S1、S2均閉合，電熱絲和電動機都接入電路，發熱的同時也吹風，即吹熱風，故（B）錯誤；無論吹熱風還是冷風，電動機正常工作，其消耗的電功率和吹冷風的相同，仍為120W，則W=Pt=120J，故（C）正確；電動機工作時的輸入功率為吹冷風時的功率，即為120W，由于電動機內部線圈有電阻，會產生一定的熱量，可知電動機工作時輸出的機械功率小于120W，故（D）錯誤．

點評 在非純電阻電路中，電能不僅僅轉化為熱能，還轉化為其他形式的能量．例如，在本例中，電吹風吹冷風時，只有電動機工作，電能轉化為機械能，很少有熱能產生；電吹風吹熱風時，不僅電動機工作，而且還有電阻絲在工作，這時電能轉化為機械能和熱能．

2 電動機未轉動時的功率問題

例2 直流電動機在生產和生活中有著廣泛的應用，但是電動機啟動瞬間，轉子還未轉動，電動機的啟動電流很大．為了減小啟動電流，保護用電器，如圖2所示，將一線圈電阻為rM的電動機與電阻箱串聯后接在電源電動勢E=8V，內阻r=1Ω的電源兩端，電壓表可以視為理想表，現利用電動機豎直向上牽引一質量m=0.1kg的物體，已知重力加速度為g=10m/s2．調節電阻箱至R=17Ω后，閉合開關S，電動機轉子穩定轉動時，物體以速度v=0.6m/s勻速上升，電壓表示數為U=3.4V.下列說法正確的是（" ）

（A）電動機的線圈電阻rM=7Ω．

（B）電動機轉動穩定時，其輸入電壓為4V．

（C）電動機轉動穩定時，其輸出功率為6W．

（D）調節電阻箱至R=17Ω后，閉合開關S，電動機的啟動電流為0.2A．

解析 電動機轉子穩定時，輸出功率P出=mgv=0.6W，電阻箱的電壓U=3.4V時，電流I=UR=0.2A，內阻的分壓為Ur=Ir=0.2V，則電動機的輸入電壓為UM=E－U－Ur=4.4V，由P出=UMI－I2rM，可得電動機的內阻rM=7Ω，電動機啟動時，轉子未轉動，電動機為純電阻元件，啟動電流為I=ER+r+rM=825A，故選（A）．

點評 在純電阻電路中，歐姆定律I=UR成立．但在非純電阻電路中，歐姆定律不再適用，這是因為非純電阻電路中的用電器不是純電阻性的，其電阻會隨著電流、電壓的變化而變化．

3 其他非純電阻元件的處理

例3 如圖3所示，A為電解槽，N為電爐，當S、S1閉合，S2斷開時，電流表示數I1=5A；當S、S2閉合.S1斷開時，電流表示數I2=3A．已知電源電動勢E=15V，電源內阻r=1Ω，電解槽內阻RA=2Ω，求：

（1）當S、S1閉合，S2斷開時，電源的效率η；

（2）當S、S2閉合，S1斷開時，電能轉化為化學能的功率P化．

解析 （1）當S、S1閉合，S2斷開時，路端電壓U1=E－I1r，

電源的效率η=U1I1EI1·100%，

解得η=66.7%．

（2）當S、S2閉合，S1斷開時，路端電壓U2=E－I2r，

根據能量轉化與守恒有P化=U2I2－I22RA，

解得P化=18W．

點評 當S、S1閉合，S2斷開時，外電路中只有電爐N，屬于純電阻電路，可用歐姆定律進行求解；當S、S2閉合，S1斷開時，電解槽接入到電路中，歐姆定律不再適用，這時只能運用串并聯電路的基本規律和能量的轉化與守恒進行求解．

4 結語

非純電阻電路問題是高中物理中的一個難點，需要學生綜合運用電學、力學等多方面的知識進行解題．在解決非純電阻電路問題時，要分析電路結構，確定能量轉化關系，運用電學公式，并結合力學知識．通過實例分析，可以更好地理解非純電阻電路問題的解題方法和技巧．希望本文的解題策略能夠對學生學習非純電阻電路問題有所幫助．

參考文獻：

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