一道物理高考题的深度剖析及规律总结

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  摘 要:高考题海无涯,我们需要的是跳出题海看高考,题后反思。经过思维的漏斗,沉淀规律,得到一些具有推广意义的结论,以此为屠龙宝刀,发散思维,斩获更高量级的难题。
  关键词:程度法;图像法;等效电源;半定量分析规律总结
  中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2015)7-0045-2
  (2014年上海高考试题)如图1,电路中定值电阻的阻值R大于电源内阻的阻值r。将滑动变阻器滑片向下滑动,理想电压表V1、 V2、 V3示数变化量的绝对值分别为△U1、△U2、△U3,理想电流表A示数变化量的绝对值为△I,则( )
  图1 电路图
  A.A的示数增大
  B.U2的示数增大
  C.△U3与△I的比值大于r
  D.△U1大于△U2
  解法一:程序法
  题中各电表皆为理想电表,将电路简化整理如图2。此电路为串联电路,将滑片向下滑动,电路中的总电阻减小,总电流增大;电流表的示数增大,A项正确;电源的内阻分压增大,所以路端电压减小,即V2的示数减小,B项错误;电压表V1测量的是定值电阻两端的电压,由于电流增大,定值电阻的分压增大,滑动变阻器两端的电压减小,所以V1的示数变化大于V2的变化 ,D项正确;将定值电阻等效为电源的内阻, =R r,C项正确。
  图2 图1电路简化图
  【答案】ACD。
  解法二:图像法
  (1)干路电流I与可变电阻接入的阻值R滑的函数图线如图3,易知 A项正确。
  图3 I-R滑曲线
  (2)路端电压U2与外电路的阻值R间的函数图线如图4,易知 B项错误。
  图4 U2-R滑曲线
  (3)路端电压U2与干路电流I间的函数如图5,斜率的数值为电源内阻r,易知 D项正确。
  图5 U2-I曲线
  (4)可变电阻的电压U3与其电流I间的函数图线如图6,斜率为电源内阻r与R1之和,易知 C项正确。
  图6 U3-I曲线
  解后心得:从图示的电路和变化情况分析为例,其他电路与此电路分析方法相同,我们可以利用动态直流电路的半定量分析法,得到以下几条值得推广的规律。为简便,图中各电表皆为理想电表。
  规律一:电压变化量大小的比较
  当滑动变阻器的阻值减小时,由动态分析可知U3减小,U2减小,而U1增大,再由串联电路的电压关系有U 2=U1 U3,
  则有:
  -ΔU2=ΔU1-ΔU3。
  即ΔU2=-ΔU1 ΔU3,
  故ΔU3>ΔU2, ΔU3>ΔU1。
  至于ΔU2和ΔU1的关系,取决于R和r的相对大小,从U1=IR,可得ΔU1=ΔIR,由E=U2 Ir可得ΔU2=ΔIr故有
  = 。
  由变阻器阻值增加可分析得到同样的结果,概括来说,电路中变化区域的电压变化量比其他区域电压变化量大。阻值大的定值电阻的电压变化量比阻值小的定值电阻电压变化量大。
  若电源内阻可以忽略时,ΔU2=0,ΔU1=ΔU3。
  规律二:比值变化趋势分析
  在图示电路中,当滑片滑动时, =R R滑, 的变化趋势与R滑变化情况相同: =R是一定值; =R滑的变化趋势与 相同。
  规律三:变化量的比值变化趋势分析
  (1)首先讨论 的变化情况
  因R是一定值电阻,由U1=IR有ΔU1=ΔIR,即 =R是一定值,不随R2阻值的变化而变化。
  (2)其次讨论 的变化情况
  由E=U2 Ir有ΔU2=ΔIr(ΔU2、ΔI表示变化量的绝对值),则 =r也是一定值,也不随R2阻值的变化而变化。
  (3)再讨论 的变化情况
  因E=I(R1 R2 r)=
  U3 I(R r)
  且E、R、r都是定值,故有
  ΔU3=ΔI(R r)
  (ΔU3、ΔI仍只表示变化量的大小)
  可知 =R r也是一定值,也不随R2的变化而变化。其实,前面利用等效电源法或图像法也可得出此规律。
  总之,每部分的电压变化量与相应的电流变化量之比都是定值。
  参考文献:
  [1]任志鸿.高中物理优化设计[M].北京:西宛出版社,2003.
  [2]沈晨.更高更妙的物理[M].杭州:浙江大学出版社,2007.
  (栏目编辑 陈 洁)
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