淺析動態(tài)電路問題求解方法

朱 俊

(江蘇省如皋市長江高級中學 226500)

動態(tài)電路往往是通過電路局部電阻(滑動變阻器或是開關)的變化實現(xiàn)，從而引發(fā)整個電路其他物理量的變化，實現(xiàn)動態(tài)電路情境.動態(tài)電路問題較好的考察了學生對電路知識的掌握程度，閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路規(guī)律及部分電路歐姆定律等電學規(guī)律，涉及到電流、電壓、功率等眾多物理量.針對不同類型的動態(tài)電路問題，學生需要巧妙選擇對應的求解方法，提高解題效率.

一、程序法分析動態(tài)電路問題

動態(tài)電路常涉及到的電學規(guī)律包括歐姆定律及串并聯(lián)電路定律等，結(jié)合動態(tài)電路的本質(zhì)，當外電路局部的電阻發(fā)生變化，導致電路中相關物理量的變化，故可以總結(jié)出動態(tài)電路分析的基本程序.整個動態(tài)電路的研究思路應該是由局部-整體-局部，結(jié)合電路性質(zhì)，即是先干路后支路、先總后分、先固定后變化，該方法即是“程序法”.

圖1

例1火災報警器的電路原理如圖1所示，其中電阻R2為熱敏電阻.若在熱敏電阻處發(fā)生火災，則電流表讀數(shù)I及電鈴兩端電壓U是怎么變化的？

解析：按照程序法的基本步驟，熱敏電阻處發(fā)生火災，導致電阻R2局部電阻減??；再回到電路整體，結(jié)合串并聯(lián)電路性質(zhì)，R2局部電阻減小，電路總電阻也減小，則總電流增大.為了方便分析，將干路電阻R1視為內(nèi)電路電阻，則外電路電壓為U外=E-U內(nèi)，外電路電壓較小，則電流表讀數(shù)I減小.欲分析電鈴兩端電壓，繼續(xù)采用程序法.電流表所在支路電流I減小，電路總電流增大，則電鈴所在支路電流I2=I總-I增大，根據(jù)U=I2R電鈴判斷出電鈴兩端電壓增大.

二、極限法求解動態(tài)電路問題

當動態(tài)電路問題在選擇題中出現(xiàn)時，往往不需要學生給出清晰完整的計算過程，只需要選出正確選項即可.此時，極限法便得到了用武之地.通過將電路動態(tài)變化過程中某個物理量或是狀態(tài)推向到極端，即是在最值情況下研究，根據(jù)最值情況下的電路推斷，對電路動態(tài)變化全過程展開判斷分析.通過極限狀況研究，避開了復雜的分析及繁瑣的計算過程，有效提高解題效率.

圖2

例2在如圖2所示電路中，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，電路中的三個小燈泡均正常發(fā)光.若滑動變阻器的滑片向左端滑動時，說法正確的是( ).

A.L1、L2變亮，L3變暗

B.L1、L2、L3均變暗

C.L1變亮，L2、L3變暗 D.L1、L2變暗，L3變亮

解析鑒于該題型為選擇題，無需給出嚴密的計算分析過程，故不妨嘗試極限法求解.由于滑動變阻器的滑片P向左端滑動，故擬定極限情況，分析滑片分別位于最右端和最左端的情形.當滑片位于最右端時，相當于滑動變阻器被短路，即電阻為零；當滑動變阻器位于最左端時，滑動變阻器阻值最大為R.分析可知，支路電阻增大，干路電流減小，則通過L2的電流減小，即燈泡L2變暗.結(jié)合公式U=E-Ir，干路電流減小，則供電電壓增大，即L1兩端電壓增大，故燈泡L1變亮，通過電流增大.通過燈泡L3的電流為干路電流與L1支路電流的差值，由于L1支路電流增大，故燈泡L3電流減小，燈泡變暗.綜上可知，C選項為正確選項.

三、串反并同法求解動態(tài)電路問題

“串反并同”法是一種后期總結(jié)出來的動態(tài)電路求解規(guī)律，即是電阻的變化趨勢與電壓、電流和功率的變化趨勢，滿足“與變化電阻存在串聯(lián)關系電路中的用電器，其電壓、電流及功率與變化的阻值變化趨勢相反”、“與變化電阻存在并聯(lián)關系電路中的用電器，其電壓、電流及功率與變化的阻值變化趨勢相同”的規(guī)律，濃縮起來即是串反并同.

例3已知如圖3所示電路圖，當滑動變阻器由方向a向b移動時，下面說法中正確的是( ).

圖3

A.電壓表讀數(shù)變大，電流表讀數(shù)變小

B.電壓表讀數(shù)變小，電流表讀數(shù)變大

C.兩表讀數(shù)均變大

D.兩表讀數(shù)均變小

解析由題意可知，當滑動變阻器由方向a向b移動時，R3的阻值增大.根據(jù)串反并同原理，與電阻R3串聯(lián)的電流表讀數(shù)變小.此時，進一步將外電路等效為一個可變電阻，由于電阻R3的阻值增大，則外電阻也增大，電壓表與外電阻并聯(lián)，則電壓表讀數(shù)也變大.綜上選項A即是正確選項.值得注意的是，在使用串反并同法時，必須強調(diào)其適用條件，保證答案正確性.簡言之，該法的適用條件分為兩種：1)電源并非理想型，即存在電源內(nèi)阻；2)電路中的電阻呈現(xiàn)單一變化規(guī)律.在實際求解過程中，緊抓串反并同的適用條件，謹記串反并同法的內(nèi)核，實現(xiàn)高效求解.

總之，動態(tài)電路問題是一類綜合性問題，涉及多個電學知識及規(guī)律.本文中提出的三類動態(tài)電路求解方法必定不能有效包含全部的動態(tài)電路求解方法，還需要廣大一線物理教師在實際教學過程中，繼續(xù)總結(jié)，有效分類，完善此類問題的求解技巧.