初中物理：電路變化問題定性分析 在初中物理的電學(xué)習(xí)題中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣一類問題：電源電壓不變，由于可變電阻阻值變化，或者說某個(gè)開關(guān)閉合或斷開引起阻值變化，然后讓你判斷電路的電流、各電阻兩端的電壓以及電功率怎樣變化。學(xué)生對(duì)這樣的問題感到非常棘手，其實(shí)這是有規(guī)律可循的。首先弄清電路的串并聯(lián)關(guān)系，然后根據(jù)電壓、電阻、電流間的變化關(guān)系，在尋找變量的同時(shí)，要注意哪些是不變的物理量，便可以順利解決問題。因?yàn)殡娮?、電流和電壓是彼此關(guān)聯(lián)的，要想處理好這類問題，主要解決好以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：局部電阻的變化整個(gè)電路的電阻的變化總電流的變化局部定值電阻電壓的變化局部電流的變化。下面我們就幾個(gè)案例進(jìn)行分析。一、滑動(dòng)變阻器阻值的變化問題例1在如圖1所示的電路中，R1是定值電阻，電源電壓U保持不變，當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片向右移動(dòng)時(shí)，電壓表、電流表的示數(shù)如何變化?分析滑片向右移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻R2變大，由于R1是定值電阻，所以串聯(lián)電路的總電阻R串=R1+R2變大，串聯(lián)電路的電流I=U/R串，因U恒定不變，R串變大，所以I變小，電流表示數(shù)就變小。定值電阻兩端的電壓U1=IR1，因?yàn)镮變小，而R1不變，所以U1變小，電壓表示數(shù)變小。即分析思路流程如下(表示增大，表示減小)：思考：若要判斷滑動(dòng)變阻器兩端電壓U2，能否根據(jù)U2=IR2來判斷U2的變化?回答顯然是否定的，因?yàn)镮和R2都是變化的，而此時(shí)的問題切入點(diǎn)應(yīng)是R2的阻值不變，再根據(jù)U2=U-U1，因U恒定不變，U1減小，則U2增大分析思路流程如下：例2如圖2所示。當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片向右移動(dòng)時(shí)，各電壓表、電流表的示數(shù)如何變化?解析根據(jù)電路特點(diǎn)可以確定R1和R2并聯(lián)。電壓表測量的是R2或R1兩端的電壓，也就是電源的電壓，電流表A，A1和A2分別測量的是通過干路、R1和R2支路的電流。其實(shí)，這個(gè)問題的關(guān)鍵在于并聯(lián)電路的電流、電壓和電阻的關(guān)系?；瑒?dòng)變阻器連入電路的阻值雖是增大的，但直接接在電源的兩端，引起了總電阻的變化，但并沒引起總電壓的變化，所以它只改變滑動(dòng)變阻器這一支路電流，并不能改變R1支路電流。分析思路流程如下：例3如圖3所示電路，當(dāng)滑片向左滑動(dòng)時(shí)，各電表的示數(shù)如何變化?分析此問題關(guān)鍵是分析電路，R1和R2組成了一個(gè)串聯(lián)電路，但R1滑片的一端接在電壓表上，也就是說滑動(dòng)變阻器的滑片并不能改變整個(gè)電路的總電阻，所以電路的電流并不改變，電壓表測量的是加在滑動(dòng)變阻器R1右面部分的電阻與R2兩端的電壓之和。分析思路流程如下：例4如圖4所示電路，當(dāng)滑片向右滑動(dòng)時(shí)，各表的示數(shù)如何變化?分析此電路是混聯(lián)電路，R1和R2并聯(lián)再與R3串聯(lián)，電流表A1，A2，A3分別測通過R1、R2和干路的電流，電壓表測量的是滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，滑動(dòng)變阻器的阻值增大，并聯(lián)電路的等效電阻沒有變化，當(dāng)滑片向右滑時(shí)，R3變小，則R總變小，總電流變大，這時(shí)的切入點(diǎn)是R并不變，U并變大，因而I1和I2變大，又由于U不變，U3變小。分析思路的流程如下：例5如圖5所示，當(dāng)滑片向右滑動(dòng)時(shí)(不包括最右端)。各表示數(shù)變化情況?分析這是一個(gè)混聯(lián)電路，但滑動(dòng)變阻器在一支路上，當(dāng)滑片向右滑動(dòng)時(shí)，接入電路的阻值減小，則并聯(lián)部分的阻值減小?？傋柚禍p小，總電流增大，此時(shí)切入點(diǎn)是干路上的電阻R3，由于R3的阻值不變，所以U3變大，U并變小，流過R1的電流變小，總電流變大，流過R2的電流變大。分析思路的流程如下：例6電路如圖6所示，電源電壓U=6V恒定不變，定值電阻R=10，滑動(dòng)變阻器最大值Rm=20。關(guān)于滑動(dòng)變阻器消耗的功率，下列說法正確的是( )A.當(dāng)滑片P在a端時(shí)?；瑒?dòng)變阻器消耗的功率為零B.當(dāng)滑片P在ab中點(diǎn)時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率為0.9WC.當(dāng)滑片P從a端移動(dòng)到b的過程中，滑動(dòng)變阻器消耗的功率逐漸變大D.滑片P從a移動(dòng)到b的過程中，滑動(dòng)變阻器消耗的功率先變大后變小分析這個(gè)問題難點(diǎn)在于不是求滑動(dòng)過程中定值電阻的電功率的變化關(guān)系，而是求滑動(dòng)變阻器消耗的電功率的變化關(guān)系。如果高中階段用極值的方法解得當(dāng)R=Rpa，滑動(dòng)變阻器消耗的電功率最大，但在初中階段學(xué)生的數(shù)學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備不足，而且又是一道選擇題。所以此時(shí)只能用特殊值法和排除法，分別算出滑片在點(diǎn)a，b和中點(diǎn)時(shí)的電功率的大小并進(jìn)行比較，也可以得出三者的關(guān)系。則 則 則所以，此題正確答案為選項(xiàng)ABD。例7如圖7所示，當(dāng)變阻器的滑片P置于某位置時(shí)，R1、R2兩端的電壓分別為U1和U2，當(dāng)滑片P置于另一位置時(shí)，R1，R2兩端的電壓分別為U1和U2，若，則( )A.B.C.D.無法判斷哪個(gè)大分析如果將圖7變換為圖8就能非常方便地解決問題。當(dāng)R1增大時(shí)，總電阻增大，電壓不變，電流I變小，R0和R2是定值電阻，可以把R0和R2看做是一個(gè)電阻R，所以電阻R上的電壓減小值是U1的增大值，即。則分析思路的流程如下：二、開關(guān)的閉合與斷開問題這類問題也可以使電路中的電流、電阻和電壓及電功率發(fā)生變化，分析此類問題同樣應(yīng)注意哪些是不變的物理量，然后根據(jù)串并聯(lián)關(guān)系，依據(jù)不變量推導(dǎo)變量的變化規(guī)律。例8在如圖9所示的電路中，R1、R2是定值電阻，電源電壓U保持不變。當(dāng)開關(guān)S1由斷開變?yōu)殚]合時(shí)，電壓表、電流表的示數(shù)如何變化?分析開關(guān)S1斷開時(shí)，R1與R2組成串聯(lián)電路，電壓表測量的是R1兩端的電壓，它只是總電壓的一部分，電流表測量的是串聯(lián)電路中的電流;而當(dāng)開關(guān)S1閉合后，R2被短路，電路中只有R1，電壓表測量的仍是R1兩端的電壓即總電壓，故電壓表的讀數(shù)變大，電流表此時(shí)測量的是通過電阻R1的電流，故電流表的讀數(shù)變大，分析思路如下：綜上所述，我們分析此類問題時(shí)，應(yīng)從“局部整體局部”這一“不變”的原則來應(yīng)對(duì)“萬變”的電路變化，我們應(yīng)緊緊把握哪些物理量不變，并以此為切入點(diǎn)，然后在分析問題的過程中運(yùn)用邏輯推理的方法，使這一問題像做“多米諾骨牌”游戲一樣，前一個(gè)扣倒后一個(gè)，后一個(gè)再扣倒后一個(gè)，如此下去，其中體現(xiàn)了邏輯的美感，但這種美感是建立在縝密的思考過程與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩ㄐ杂?jì)算的基礎(chǔ)上，因此要求學(xué)生有寬闊的視野和扎實(shí)的基本功。