巧用“串反并同”對電路進(jìn)行動態(tài)分析

孫長庚

摘 要：物理學(xué)科中的電路作為高考必考的重點(diǎn)之一，在近幾年的高考題中都有出現(xiàn)，電路中包含了電流、電壓、電阻以及電功率等物理量知識點(diǎn)及關(guān)系，也正是由于各種物理量元素構(gòu)成了電路的特征，具有較強(qiáng)的綜合性。其中電路的動態(tài)分析作為高考的熱點(diǎn)，也是學(xué)生在物理電路學(xué)習(xí)中必須熟練掌握的知識點(diǎn)。本文針對在對電路進(jìn)行動態(tài)分析時所運(yùn)用的“串反并同”進(jìn)行相關(guān)的探討和分析。

關(guān)鍵詞：電路動態(tài)分析；串反并同；思維

電學(xué)主要包括對電場以及電路兩大模塊的學(xué)習(xí)，電路學(xué)習(xí)中對電路的學(xué)習(xí)學(xué)生要確保做到對電路的熟練分析和計算，關(guān)于電路的動態(tài)分析中在近幾年的考題中有較多的出現(xiàn)，對學(xué)生的分析推理以及綜合思維有較好的考查，“串反并同”方法對學(xué)生進(jìn)行電路的動態(tài)分析具有較好的理解和幫助作用。

一、 “串反并同”法相關(guān)原理概述

（一） 定理概述

“串反并同”是指在電路中當(dāng)電源的電阻在忽略不計的情況下，電路中與變化電路進(jìn)行串聯(lián)的電器，其電流、電壓以及功率等變化與電阻變化的規(guī)律是相反的；電路中與變化電路進(jìn)行并聯(lián)的電器，其電流、電壓以及功率的變化是與電阻變化規(guī)律是相同的。利用該規(guī)律進(jìn)行電路的動態(tài)分析時非常有助于學(xué)生展開快速而且簡便的分析和思考。

串反是指在串聯(lián)電路中當(dāng)某電阻發(fā)生變化時，與串聯(lián)電路串聯(lián)的電流、電壓以及電功率的變化是與其相反的；并同是指在并聯(lián)電路中當(dāng)某電阻發(fā)生變化時，與并聯(lián)電路并聯(lián)的電流、電壓以及電功率的變化是與其相同的。

在電路中判斷其串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路時主要是根據(jù)變化部分的電阻R變?yōu)榕袛嗟臉?biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析：在電路中通過變化電阻部分的電流有可能在電路的整體或者部分導(dǎo)體Rx有通過，此時R變和Rx之間為串聯(lián)；但凡在電路中通過變化部分的電阻R變不一定通過電路的整體或者部分導(dǎo)體Rx時，則R變和Rx之間為并聯(lián)。

（二） 適用條件

在電路中有滿足以下三個方面的情況可以適用“串反并同”進(jìn)行電路的動態(tài)分析：第一，電路中加載電路的電壓或者電源的電動勢恒定，例如：電源為干電池；第二，電路中只有一個可變化的電阻；第三，電源內(nèi)阻不可忽略。在適用條件三提到的“電源內(nèi)阻不可忽略”條件，由于在不考慮電源內(nèi)阻時，路端的電壓是等于電源的電動勢的，不會有變化產(chǎn)生所以路端電路不適用“串反并同”法，在其他分電壓、干路以及支路電流都可以適用；在某部分的電路是閉合狀態(tài)下時，當(dāng)開關(guān)由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)變被斷開狀態(tài)時，該電路支路的電阻是增加的，并且在開關(guān)斷開時該支路的電阻被認(rèn)為是無窮大。相反當(dāng)電路由斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)變閉合狀態(tài)時，該支路的電阻變化是減小的。

二、 解題思路

在遇到電路分析題型時，第一步應(yīng)在電路圖中找到發(fā)生變化的電阻部分，并判斷其是增大還是減少，接下來對電路中的元件以及儀器與找到的變化電阻部分進(jìn)行串聯(lián)和并聯(lián)關(guān)系的判斷，最后將“串反并同”方法進(jìn)行套用分析。

三、 例題解析

【例1】 如圖所示在該電路中，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，閉合開關(guān)S時，滑動變阻器滑片P向左移動，下述哪個選項是正確的（ ）

A. 電流表讀數(shù)變小，電壓表的讀數(shù)增大

B. 小燈泡L變亮

C. 電容器C上的電荷量減小

D. 電源的總功率變大

對于此道題，根據(jù)題干判斷當(dāng)滑動變阻器P向左移動時，電阻R是在增大。電流表與電阻R是串聯(lián)關(guān)系，所以電流減小電流表而定讀數(shù)也在減?。浑妷罕砼c變化電阻R是并聯(lián)關(guān)系，電壓是與變化電阻變化相同的，也在增加，電壓表的讀數(shù)增大。燈泡L是與變化電阻串聯(lián)的，所以其變化方向與變化電阻的方向相反，電功率是減少的燈泡就變暗了；電容器與變化電阻是并聯(lián)的，所以電容器兩端電壓增大；電源與變化電阻是串聯(lián)的，總功率的變化方向與其相反，則總功率變小。通過以上分析可以得出正確選項為A選項。

【例2】 如圖所示的電路，在電路進(jìn)行開關(guān)的閉合時，燈泡L1、L2正常亮起，由于電路忽然故障，燈泡L1變亮，L2卻變暗，此時電流表的讀數(shù)是變小的，發(fā)生故障的是選項中的哪一個（ ）

A. R1斷路

B. R2斷路

C. R3短路

D. R4短路

由題干得知，燈泡L1變亮，L2卻變暗，電流表的讀數(shù)變小，可以分析出電路中通過燈泡L1的電流增大，燈泡L2的電流是減小的。如果R1斷路，反應(yīng)通過該段的電阻是增大的，根據(jù)“串反并同”規(guī)律可以判斷出，燈泡L2與變化電阻R1之間是串聯(lián)關(guān)系，所以通過該部分的電流表的電流是減小的，燈泡L1與變化電阻R1之間是并聯(lián)關(guān)系，所以通過燈泡L1的電流增大，燈泡變亮，以上分析符合題干的信息，所以正確答案選A。

四、 結(jié)束語

總而言之，在利用“串同并反”方法進(jìn)行電路的動態(tài)分析時，學(xué)生應(yīng)對該方法相關(guān)的規(guī)律以思路有明確的了解，同時對電路中各種元件以及之間的串聯(lián)、并聯(lián)關(guān)系要有清晰的認(rèn)識，這樣才有助于學(xué)生在做電路動態(tài)分析相關(guān)的題目時能夠有嚴(yán)謹(jǐn)清晰的思維分析。

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