理解電路原理，靈活解答電路動態(tài)分析題

胡成

【摘要】 本文就穩(wěn)態(tài)電路的動態(tài)分析的常用解題思路進行闡述。

【關(guān)鍵詞】 電路原理 電路知識 解題思路

【中圖分類號】 G633.7 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2014）10-080-010

電路知識是高考的必考內(nèi)容，穩(wěn)態(tài)電路的動態(tài)分析問題中涉及的物理量有電流、電壓、電阻和電功率等及它們的關(guān)系，而它們的關(guān)系又與電路特征有關(guān)，一直以來是高考中的熱點問題。而且近年來出現(xiàn)了分析動態(tài)電路中的、問題，讓很多學生感到困難，現(xiàn)以2014年高考上海理綜卷中一道電路動態(tài)分析題為例，談?wù)剬Υ祟愵}目的理解。

例（2014·上海）如圖1，電路中定值電阻阻值R大于電源內(nèi)阻阻值r.將滑動變阻器滑片向下滑動，理想電壓表V1、V2、V3示數(shù)變化量的絕對值分別為△V1、△V2、△V3，理想電流表示數(shù)變化量的絕對值為△I，則（ ）

A. A的示數(shù)增大 B. V2的示數(shù)增大

C . △V3與△I的比值大于r D. △V1大于△V2

一、電路的識別

解電路的動態(tài)分析第一步就是要識別電路，特別要明確幾個電表的作用。由分析可知，理想電壓表內(nèi)阻無窮大，相當于斷路。理想電流表內(nèi)阻為零，相當短路。圖1實際上是一個定值電阻R和滑動變阻器串聯(lián)的電路。安培表A測量整個電路的電流（即通過電源的電流），伏特表V1測量R兩端的電壓，V2測量路端電壓，V3測量的是滑動變阻器兩端的電壓。

二、動態(tài)電路分析的常用方法

（一）程序法

所謂程序法就是依據(jù)閉合電路歐姆定律和串并聯(lián)電路的性質(zhì)來分析電路中某一電阻變化而引起的各部分電學量變化的情況?；舅悸啡缦隆?/p>

由于當滑動變阻器滑片向下滑動時，接入電路的電阻減小，電路中電流I增大，則A的示數(shù)增大；因為路端電壓U=E-Ir， 路端電壓減小，所以V2的示數(shù)減小。即可判斷A對B錯。

除此以外，我們還可分析出電壓表V1和V3的變化情況。

因為R兩端的電壓U1=IR，所以U1 增大；又因為滑動變阻器的兩端電壓U3 = U-U1，得出U3也減小。即V1的示數(shù)增大V3的示數(shù)減小。

（二）串反并同法

我們還可以使用一種快捷的分析方法——“串反并同”。 “串反并同”是指電路中與變化電阻串聯(lián)的用電器，其電流、電壓、功率（或電流表、電壓表示數(shù)，燈泡發(fā)光的亮度等）的變化均與電阻變化規(guī)律相反；而與變化電阻并聯(lián)的用電器，其電流、電壓、功率等的變化均與電阻變化規(guī)律相同。需要指出的是判斷串或并只能以“變化部分的電阻R變”為標準：凡通過R變的電流有可能通過（不管是全部還是部分）導(dǎo)體RX，則RX與R變?yōu)榇?lián)關(guān)系；凡通過R變的電流一定不通過RX，則RX與R變?yōu)椴⒙?lián)。在本題中當滑動變阻器滑片向下滑動時，其電阻變小。電阻R與之是串聯(lián)的，則通過R的電流和電壓都變大，即電流表A和電壓表V1的示數(shù)都變大；伏特表V3與滑動變阻器是并聯(lián)的，它的示數(shù)變??；流經(jīng)滑動變阻器的電流一定不會流過V2，可見V2與滑動變阻器是并聯(lián)的，示數(shù)變小。

“串反并同”法雖然簡捷，但也有適用條件，題目中如果涉及電流電壓變化的大小判斷就不再適用了，而本題的C、D選項就涉及到、、ΔU比較等問題，恰恰是學生最感陌生的。

（三）正確理解的含義

本題選項C中涉及△V3與△I的比值，這個比值是什么呢？

圖2是電源的U-I的圖像，它反映的路端電壓隨電流變化的關(guān)系，也叫做電源的外特性曲線。從圖像可知，其斜率表示電源的內(nèi)阻r=短=，可見路端電壓的變化量ΔU與通過電源電流變化量ΔI的比值等于電源內(nèi)阻r的大小。圖1中的V2示數(shù)為路端電壓，所以△V2=ΔIr，而△V1=ΔIR，又因為R>r，即可得出△V1大于△V2 ，所以D對。

四、等效電源法

“等效替代”是物理研究中常用的研究思想。所謂等效電源法是對于閉合電路中的定值電阻有時可以等效到電源的內(nèi)部從而形成一個新的等效的電源，使得電路的分析得以簡化。它在動態(tài)電路分析中有廣泛的運用。等效電源的等效規(guī)律如下：含電源的部分電路可看作一個等效電源，等效電動勢等于等效電源的開路電壓，等效內(nèi)阻等于從等效電源兩端看除源后（將電源短路）等效電路的電阻。

根據(jù)以上原理，我們將定值電阻R看做電源內(nèi)阻的一部分（圖3），所以等效電源的內(nèi)阻為R+r。V3測量的是這個新的等效電源的路端電壓?？梢?R+r（電源的等效內(nèi)阻）>r，所以C對。

綜上所述，解電路的動態(tài)分析問題，關(guān)鍵要識別電路的結(jié)構(gòu)，明確電表各測量哪部分電路的電壓或電流，再結(jié)合題中所問靈活的選擇程序法、“串反并同”法或等效電源法來求解。