初中物理电路分析方法超级有用文档格式.docx
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区分串、并联电路是解电学综合题的又一个需要突破的难点。
识别串、并联有三种方法,⑴、电流法;
⑵、等效电路法;
⑶、去表法。
⑴、电流法:
即从电源正极出发,顺着电流的流向看电流的路径是否有分支,如果有,则所分的几个分支之间为并联,(分支前后有两个节点)如果电流的路径只有一条(无分支点),则各元件之间为串联。
此方法学生容易接受。
⑵、等效电路法:
此方法实质上运用了“电位”的概念,在初中物理中,电压的概念,是通过“水位差”的类比中引入的。
那么,可借助于“高度差”进行类比,建立“一样高的电位”概念。
可以通过类比手法,例如:
如果某学校三层楼上有初三⑴、初三⑵、初三⑶三个班级,二层楼上有初二⑴、初二⑵、初二⑶三个班级,那么初三年级与初二年级任意两个班级之间的“高度差”是一样的,都相差“一层楼”。
因为初三年级各班处于“一样高”的三层楼上,而初二年级各班级处于“一样高”的二层楼上。
在电路中,也有“一样高电位”的概念。
在电路中,无论导线有多长,只要其间没有用电器都可以看成是同一个点,即电位“一样高”。
因此,我们可以找出各元件两端的公共点画出简化的等效电路。
图2、图3是对各电阻的连接情况分析。
图2 图3
如上图2红线上各个点都与电源正极“电位一样高”,蓝线部分与电源负极“电位一样高”,可以简化为图3。
在图3中,R1、R2、R3的并联关系也就显而易见了。
⑶、去表法:
由于电压表的内阻很大,并联在电路中时,通过它的电流很小,可忽略不计。
故在电路中去掉电压表,不会影响电路结构,电压表所在之处可视为开路。
而电流表的内阻很小,串联在电路中几乎不影响电路的电流强度,因而,在电路分析中,可视其为一根导线,去掉后改成一根导线即可。
三、“表格分析法”整理解题思路
不少初中生反映,电学习题涉及概念、公式多,解题头绪多,容易出错。
要突破这个难点,关键在于整理出清晰的解题思路。
可以使用“表格法”帮助整理解题思路
表格的列,列出有关用电器的电流、电压、电阻、电功率四个物理量。
在一般计算中,出现用电器多为纯电阻,根据欧姆定律I=U/R,电功率的计算公式P=UI,在四个物理量中只要知道了其中的两个,就可以求出剩余的两个物理量。
(有六种情况)
表格的行,列出电流等物理量在各分电路和总电路的数值,或物理量在用电器的各种状态下(如额定工作状态、电路实际工作状态)的数值。
而根据串、并联电路的特点或根据题设,只要知道其中的两个(或一个),就可以求出剩余的物理量。
典型例题:
如图4所示,R1=2欧,R2=6欧,接在电源上时,电压表的示数为0.5伏,求电路消耗的总电功率是多少?
这是有关两个电阻串联的典型习题,
有关电阻R1的物理量:
I1、U1、R1、P1;
有关电阻R2的物理量:
I2、U2、R2、P2;
有关总电路的物理量:
I、U、R、P。
在这12个物理量中,已知其中的三个物理量,就可以求出剩余的9个物理量。
用“表格分析法”进行解题分析如下表1
表1:
有关R1
有关R2
有关总体
横向关系
电流
I1
I2
I
电流相等
电压
U1=0.5V*
U
U=U1+U2
电阻
R1=2Ω*
R2=6Ω*
R
R=R1+R2
电功率
P1
P=?
注:
*表示为题目中已知量。
解题分析:
从表中“有关R1”的纵向可以看出,由于已知了U1和R1故可以求出I1和P1(在本题不需要求出);
再由“有关电流”的横向关系来看串联电路电流处处相等,可进一步得出I2和I;
再从“有关总体”的纵向来看,要求P,则除了已求出的电流I这一个物理量外,还需要在U和R两者之中知道第二个物理量,方可求出。
而要求R或求U,则可以从“有关电阻”的横向关系或“有关电压”横向关系中求出来。
在这一步也就可以用两种方法,所谓一题多解。
解:
[有关R1纵向关系]
∵因为R1与R2串联∴总电流I=I1=0.25A[横向关系]
总电阻
[横向关系]
总功率
[有关总电阻纵向关系]
有一类习题,是关于灯泡的,常有额定状态和工作状态,如用“6V3W”字样已知了灯泡额定状态的电压和电功率,而工作状态则常常为“电功率最小时(或最大时)”等情况。
横向关系往往在题设中出现,如设灯泡的电阻不变,或设电源的总电压不变等。
四、有关“电路变化”分析
不少同学反映“变化的电路难,不知从何下手”。
这是因为分析变化的电路涉及的内容广,考虑的问题深。
对电阻、电流强度、电压及电功率相互关系的分析,稍有不慎就会造成连错反应,得出错误的结论。
这是电学综合问题的又一个难点。
变化电路主要是通过开关或滑动变阻器的改变来富于电路变化的。
电路中有多个开关,通过开关闭合和断开的状态变化,往往会使各用电器的连接关系发生变化,而滑动变阻器则通过滑片来改变其连入电路的有效电阻,从而使电路中的电压、电流、电功率等数值发生变化(也有改变电路结构的)。
有关变化电路,应在学会识别“部分电路短接”和学会识别串并联电路的基础上,掌握分析变化电路的基本思路。
1、开关的通、断造成电路的变化
当开关处在不同状态时,由于断路和短路,接入电路中的用电器,及其用电器之间的连接方式一般要发生变化,因此首先要在原电路的基础上画出各种情况下的实际电路。
改画时要根据电流的实际情况,运用“拆除法”。
拆除法要求:
⑴、去掉被断路的元件;
⑵、去掉已被短路的元件;
⑶、用“去表法”去表,其原则是“电压表处是断路,电流直过电流表”。
在去掉电压表时,要分析电压表读出来的是哪部分电路两端的电压,可用等效电路法进行分析。
例题:
如图5所示
电路中,电源电压保持4伏,L1的电阻为4欧,L2、L3的电阻均为16欧
求:
⑴、S1、S2都断开时,电流表和电压表的示数。
⑵、S1、S2都接通时,整个电路消耗的电功率。
例题分析:
在题中的当开关处于闭合或断开的两种情况下电路结构发生了变化,可进行电路的改画,见图6。
图中虚线部分是要去掉的部分。
在用“去表法”去掉电流表电压表后,要分析它们分别测量哪一个用电器的哪一个物理量。
电压表
可借助于“等电位”进行分析。
在图7中,红线、蓝线、黑线分别是三个“同电位点”,由图7中可见,L1与电压表V均加在蓝线与黑线之间,所以电压表是L两端的电压。
当S1、S2都断开时,L1、L3串联。
电流表读数
电压表读数
当S1、S2都接通时,L2、L3并联。
总电阻
总功率
2.滑动变阻器变化问题
滑动变阻器连入电路中的有效电阻发生变化了,或是引起电路结构的变化,或是引起电路中电压、电流、电功率的变化。
如图8所示电路中,电源电压不变,当滑动变阻器的滑片向右滑动时,电流表和电压表的示数变化情况是[ ]
A、电流表和电压表的示数变大;
B、电流表和电压表的示数变小;
C、电流表示数变小,电压表示
数变大;
D、电流表示数变大,电压表示数变小。
有关滑动变阻器的此类型问题,解题关键是:
⑴、弄清滑动变阻器原理,滑片滑动时电阻是变大还是变小?
⑵、弄清物理量是否变化,一般来说,电源的电压,定值电阻的阻值是不变,其它的物理量都是变化的;
⑶、弄清电压表读数读出的是哪一个电器两端的电压;
⑷、利用表格整理分析问题的思路。
上例题表格分析如下:
总电路
关系
I2
I?
串联电流相等
U1?
U总 不变
U总 =U1+U2
R1不变
R2↑
R总
R总 =R1+R2
由电阻横向关系可知,因R1不变,R2变大,故R总将变大;
再由总电路纵向关系
可知,R总变大,U总不变,故I将变小(电流表读数);
因串联电路电流相等I1=I;
再由有关R1纵向关系
可知,I1变小,R1不变,故U1将变小(电压表读数变小)。
复杂电路的简化方法
张友金
一.“拆除法”突破短路障碍
短路往往是因开关闭合后,使用电器(或电阻)两端被导线直接连通而造成的,初学者难以识别。
图1即为常见的短路模型。
一根导线直接接在用电器的两端,电阻R被短路。
既然电阻R上没有电流通过,故可将电阻从电路中“拆除”,拆除后的等效电路如图2所示。
图1
图2
二.“分断法”突破滑动变阻器的障碍
较复杂的电路图中,常通过移动变阻器上的滑片来改变自身接入电路中的电阻值,从而改变电路中的电流和电压,从而影响我们对电路作出明确的判断。
滑动变阻器的接入电路的一般情况如图3所示。
若如图4示的接法,同学们就难以判断。
此时可将滑动变阻器看作是在滑片P处“断开”,把其分成AP和PB两个部分,即等效成图5的电路,其中PB部分被短路。
当P从左至右滑动时,变阻器接入电路的电阻AP部分逐渐变大;
反之,AP部分逐渐变小。
图3
图4
图5
三.突破电压表的障碍
1.“滑移法”确定测量对象
所谓“滑移法”就是把电压表正、负接线柱的两根引线顺着导线滑动至某用电器(或电阻)的两端,从而确定测量对象的方法,但是滑动引线时不可绕过用电器和电源(可绕电流表)。
如图6,用“滑移法”将电压表的下端滑至电阻R1左端,不难确定,电压表测量的是R1和R2两端的总电压;
将电压表的上端移至R3右端,也可确定电压表测量的是R3两端电压,同时也测的是电源电压。
2.“用拆除法”确定电流路径
因为电压表的理想内阻无穷大,通过它的电流为零,可将其从电路中“拆除”,即使电压表两端断开,来判断电流路径。
如图6所示,用“拆除法”不难确定,R1和R2串联,再与R3并联。
图6
四.“去掉法”突破电流表的障碍
由于电流表的存在,对于弄清电流路径,简化电路存在障碍。
因电流表的理想内阻为零,故可采用“去掉法”排除其障碍,即将电流表从电路中“去掉”,并将连接电流表的两个接线头连接起来。
如图7,去掉电流表后得到的等效电路如图8所示。
这样就可以很清楚地看清电路的结构了。
图7
图8
五.“等效电路法”突破简化电路障碍
电路图简化以后,我们可以清楚地看到各用电器之间的串、并联关系;
分辨出电流表、电压表测量的是哪一部分电路的电流值和电压值,从而有利于我们解题。
简化电路图,除了用到上述方法外,还可以综合运用“等效电路法”。
“等效电路法”,即在电路中,不论导线有多长,只要其间没有电源、电压表、用电器等,均可以将其看成是同一个点,从而找出各用电器两端的公共点,画出简化了的等效电路图。
如图7所示的电路,先用“去掉法”去掉电流表,得到图8。
A、C其实是同一个点,B、D其实也是同一个点,也就是说,电阻R1、R2、R3连接在公共的A、D之间,三个电阻是并联连接的,可简化成图9。
同时,不难看出电流表A1测量的是流过R3和R2的总电流,电流表A2测量的是流过R1和R2的总电流,如图10所示。
图9
图10
利用上述几种方法,可以帮助我们迅速简化电路,顺利解决比较复杂的电学问题。
练习
请画出图11所示电路的等效电路图。
图11
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- 初中 物理 电路 分析 方法 超级 有用