初中物理電路動態(tài)分析教學(xué)案例探討

成其勝

【摘要】對于初中物理，電路的動態(tài)分析，是重點也是難點。本文將以三種類型論述分析初中動態(tài)電路解題的一般思路方法，尋找突破點，以便能更準(zhǔn)確地解答這種類型的題目。

【關(guān)鍵詞】動態(tài)電路；滑動變阻器；歐姆定律；電路連接方式

電路動態(tài)分析，是中考的重點內(nèi)容之一，一般以選擇或填空的形式出現(xiàn)。這種動態(tài)電路各元件的物理量發(fā)生變化，通常是由于某個操作——滑動變阻器滑片P的移動或閉合、斷開某個開關(guān)等原因而直接使得電路中某個量發(fā)生改變（個別特殊電路如熱敏電阻、酒精測量儀等電路則是由于外界條件發(fā)生改變）而引起的。該類型題目可考察的知識基本可以涵蓋初中所有的電學(xué)知識——電路類型判定、串并聯(lián)電路電流電壓特點、電學(xué)儀器的使用、電功率、歐姆定律等，是邏輯推理性、綜合性較強的一種類型題目，對于初中生而言，得分率相對較低。在本文中，將結(jié)合具體的教學(xué)案例對三大類型動態(tài)電路進行分析：由滑動變阻器滑片P的移動、開關(guān)的斷開或閉合、有特殊電學(xué)元件如壓敏電阻等的特殊電路。

一、由滑動變阻器滑片P移動所引起變化動態(tài)電路

對于這種類型題目的解答，總體上思路可以分為以下幾步：第一，需要理清的也是最重要的一步：電路的連接方式的判斷——是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路。關(guān)于電路連接方式的判斷，比較常用的是“電流法”——電流從電源正極出發(fā)，回到負極的過程中，如果路徑是唯一確定的，則是串聯(lián)電路，如果有多條路徑，則是并聯(lián)電路。第二，電表的判斷，要判斷清楚電壓表和電流表的測量對象。電壓表看并聯(lián)接在哪部分電路，電流表可通過觀察哪部分元件電流會流過該電流表來判斷。第三，理清條件，可以分為兩部分內(nèi)容，一是電路中的變量——由于某種操作或外界因素改變而直接引起了變化的量是什么；一是電路中的恒量——哪些量是不會因為其它條件發(fā)生改變而改變的。一般來說，電源電壓U以及定值電壓R的阻值是不會發(fā)生改變的，同時，也還要結(jié)合串聯(lián)、并聯(lián)電路的特點來判斷。第四，思考與分析——題目問了什么，某個量的改變（滑動變阻器阻值等）而造成了哪些量發(fā)生了改變，一般是先判斷電流后再判斷電壓。第五，在前面分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)相應(yīng)的公式概念得到題目所需要的答案。

類型一：如圖所示是小明測量電阻功率的實驗電路。閉合開關(guān)，滑動變阻器滑片向右移動，滑動變阻器接入電路的電阻值 ，電壓表的示數(shù) ，電路消耗的電功率 。（填“變大”、“不變”或“變小”）

解析：該題選自2014年茂名市中考題，這種類型的題目是動態(tài)電路中最常見、最常考的一種。首先分析電路的連接方式，根據(jù)電路圖，可以看到在本電路中，定值電阻R與滑動變阻器RP是與串聯(lián)的方式連接的，電壓表測量的是定值電阻R的電壓UR，電流表測量的是電路中的電流，而且由于是串聯(lián)電路，有I=IR=IP。其次，根據(jù)題目的條件“閉合開關(guān)后，滑動變阻器滑片向右移動”，此時滑動變阻器接入電路中電阻絲的長度變長，可以判斷出滑動變阻器接入電路中的阻值RP變大。因此，第一個空的答案應(yīng)該選填“變大”。而串聯(lián)電路中總電阻R總=R+RP，因此，總電阻R總變大。再次，對于電流表與電壓表示數(shù)的變化，先判斷電流表的示數(shù)。由于電源電壓U以及定值電阻R的阻值均不變，根據(jù)歐姆定律可以得到，電路中的電流I變小，因此，電流表的讀數(shù)變?。辉倥袛嚯妷罕淼氖緮?shù)，因為電壓表測量的是定值電阻的電壓，因此，判斷電壓表的示數(shù)實際上就是判斷定值電阻R兩端的電壓變化情況。根據(jù)歐姆定律可以得到定值電阻R兩端的電壓表達式UR=IR，很明顯，由于I的變小，UR也變小了。故電壓表的示數(shù)也變小了。最后一個空是對于電路消耗的電功率變化情況，仔細分析，并結(jié)合電功率的表達式P=UI，由于U不變，I變小，因此，電功率也應(yīng)該變小。

二、由于開關(guān)的斷開或閉合所引起變化的動態(tài)電路

對于該類型動態(tài)電路，首先應(yīng)該簡化電路圖——即根據(jù)開關(guān)的斷開或閉合畫出與之相對應(yīng)的等效電路，這有助于判斷電路的連接方式以及電表測量的對象。在判斷清楚電路連接方式以及電表測量對象后，根據(jù)電路特點判斷電路中不變的量是什么，跟前面一樣，一般來說，初中所考慮的動態(tài)電路，電源電壓都是不變的。最后根據(jù)串并聯(lián)電路的特點并結(jié)合相應(yīng)的知識，最好能用公式表示出各量在對應(yīng)狀態(tài)下的表達式，從而判斷題設(shè)中待求量的變化情況。

類型二：如圖所示電路中，電源電壓保持不變，將開關(guān)S閉合后，電流表的示數(shù)將 ；電壓表的示數(shù)將 。（選填“變大”、“變小”或“不變”）

解析：在該題設(shè)中，要比較的是開關(guān)S閉合后，電流表、電壓表的示數(shù)與開關(guān)S斷開時電流表、電壓表的示數(shù)的大小關(guān)系。首先，應(yīng)該畫出對應(yīng)狀態(tài)下的等效電路。

1.當(dāng)開關(guān)S斷開時，等效電路如圖甲所示。由該電路圖可知，此時電阻R1、R2是以串聯(lián)的方式接入電路中，電壓表V1測的是電阻R1兩端的電壓，電流表測量電路中的總電流。此時，電流表讀數(shù)的表達式為，電壓R1的電壓，即電壓表示數(shù)的表達式為。式中的U0為電源電壓，而電源電壓恒定。

2.當(dāng)開關(guān)S閉合后，此時R2被短路，等效電路如圖乙所示。很明顯，只有電阻R1接入電路中，電流表測量電路中的電流——即流過R1的電流，因而該種情況下，電流表的示數(shù)為，電壓表依然測量的是R1的電壓，但此時電路中只有R1一個用電器，因此，R1兩端的電壓要等于電源電壓，即電壓表的示數(shù)應(yīng)該為U=U0。

在以上分析的基礎(chǔ)上，對于1，2兩種情況下，對電流表、電壓表示數(shù)表達式進行大小的比較。首先是電流表示數(shù)，由于電源電壓不變，顯然，開關(guān)S斷開時的電流小于開關(guān)S閉合后的電流，因此，電流表的示數(shù)變大了。其次是電壓表示數(shù)，開關(guān)S斷開時的電壓要小于電源電壓，即小于開關(guān)S閉合后的電壓U=U0，故電壓表的示數(shù)變大了。綜上，本題中的答案應(yīng)為“變大”“變大”。

三、特殊元件動態(tài)電路

這種類型的動態(tài)電路，主要是指那種由于外界因素（如壓力、溫度、光照條件等）干擾而導(dǎo)致特定的電學(xué)元件（如壓敏電阻、熱敏電阻、氣敏電阻等）的阻值發(fā)生改變而引發(fā)的動態(tài)電路，屬于知識延伸應(yīng)用。

對于該種題型的解答思路，其實跟類型一由滑動變阻器滑片P移動所引起變化的動態(tài)電路的解答思想差不多，比較特別、關(guān)鍵的一步是要根據(jù)題目信息來判斷清楚外界因素與元件阻值大小的關(guān)系，例如熱敏電壓，當(dāng)外界溫度升高時，壓敏電阻的阻值是增大了還是變小了——即溫度與阻值大小關(guān)系。下面以具體例子進行分析。

類型三：某型號天然氣泄漏檢測儀器的電路如圖甲所示，圖中R為氣敏電阻，其阻值R與天然氣濃度β的變化關(guān)系如圖乙所示，已知R0為定值電阻，電源電壓恒定不變，用此儀器檢測天然氣是否泄漏，則下列判斷正確的是（ ）

A.天然氣濃度增大時，電壓表示數(shù)變小

B.天然氣濃度減小時，電流表示數(shù)變大

C.天然氣濃度增大時，電路消耗的總功率變小

D.無論天然氣濃度怎樣變化，電壓表與電流表示數(shù)的比值不變

解析：在該題設(shè)中，出現(xiàn)的特殊電學(xué)元件為氣敏電阻，該電阻的阻值受周圍天然氣濃度變化的影響。首先要判斷的是氣敏電阻阻值大小與天然氣濃度的關(guān)系——由乙圖可知，隨著濃度β的增大，氣敏電阻R的阻值減小。接下來的思路步驟與類型一的類似，再對各選項進行判斷即可。由甲圖可知，氣敏電阻R與R0組成了串聯(lián)電路，電流表測量電路中的總電流，電壓表測量R0兩端的電壓。

根據(jù)歐姆定律有電流表示數(shù)，電壓表示數(shù)URO=IR0。所以天然氣濃度增大時，R變小，電流I會變大，URO因此也變大，故A錯。結(jié)合P=UI知，U不變，電路消耗的功率P應(yīng)該增大，故C錯。

天然氣濃度減小時，R增大，電流I會變小，即電流表讀數(shù)應(yīng)該變小，故B錯。而對于D選項，電壓表與電流表示數(shù)的比值，實際上即為R0的阻值大小，而R0為定值電阻，故D正確。

通過以上對電路動態(tài)分析三種類型題目的系統(tǒng)性的分析，不管是什么類型的電路動態(tài)分析，在課堂教學(xué)中，只要能一步一步地分析，并且每個量的變化都應(yīng)有相應(yīng)的依據(jù)或者公式的表達，重思路、重方法，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，便可使學(xué)生能清晰、準(zhǔn)確地對這類型的題目進行解答。2EAE189F-53E7-40B4-AE3D-828A25B706D9