巧用“串反并同”对电路进行动态分析

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  摘 要:物理学科中的电路作为高考必考的重点之一,在近几年的高考题中都有出现,电路中包含了电流、电压、电阻以及电功率等物理量知识点及关系,也正是由于各种物理量元素构成了电路的特征,具有较强的综合性。其中电路的动态分析作为高考的热点,也是学生在物理电路学习中必须熟练掌握的知识点。本文针对在对电路进行动态分析时所运用的“串反并同”进行相关的探讨和分析。
  关键词:电路动态分析;串反并同;思维
  电学主要包括对电场以及电路两大模块的学习,电路学习中对电路的学习学生要确保做到对电路的熟练分析和计算,关于电路的动态分析中在近几年的考题中有较多的出现,对学生的分析推理以及综合思维有较好的考查,“串反并同”方法对学生进行電路的动态分析具有较好的理解和帮助作用。
  一、 “串反并同”法相关原理概述
  (一) 定理概述
  “串反并同”是指在电路中当电源的电阻在忽略不计的情况下,电路中与变化电路进行串联的电器,其电流、电压以及功率等变化与电阻变化的规律是相反的;电路中与变化电路进行并联的电器,其电流、电压以及功率的变化是与电阻变化规律是相同的。利用该规律进行电路的动态分析时非常有助于学生展开快速而且简便的分析和思考。
  串反是指在串联电路中当某电阻发生变化时,与串联电路串联的电流、电压以及电功率的变化是与其相反的;并同是指在并联电路中当某电阻发生变化时,与并联电路并联的电流、电压以及电功率的变化是与其相同的。
  在电路中判断其串联电路还是并联电路时主要是根据变化部分的电阻R变为判断的标准进行分析:在电路中通过变化电阻部分的电流有可能在电路的整体或者部分导体Rx有通过,此时R变和Rx之间为串联;但凡在电路中通过变化部分的电阻R变不一定通过电路的整体或者部分导体Rx时,则R变和Rx之间为并联。
  (二) 适用条件
  在电路中有满足以下三个方面的情况可以适用“串反并同”进行电路的动态分析:第一,电路中加载电路的电压或者电源的电动势恒定,例如:电源为干电池;第二,电路中只有一个可变化的电阻;第三,电源内阻不可忽略。在适用条件三提到的“电源内阻不可忽略”条件,由于在不考虑电源内阻时,路端的电压是等于电源的电动势的,不会有变化产生所以路端电路不适用“串反并同”法,在其他分电压、干路以及支路电流都可以适用;在某部分的电路是闭合状态下时,当开关由闭合状态转变被断开状态时,该电路支路的电阻是增加的,并且在开关断开时该支路的电阻被认为是无穷大。相反当电路由断开状态转变闭合状态时,该支路的电阻变化是减小的。
  二、 解题思路
  在遇到电路分析题型时,第一步应在电路图中找到发生变化的电阻部分,并判断其是增大还是减少,接下来对电路中的元件以及仪器与找到的变化电阻部分进行串联和并联关系的判断,最后将“串反并同”方法进行套用分析。
  三、 例题解析
  【例1】 如图所示在该电路中,电源电动势为E,内阻为r,闭合开关S时,滑动变阻器滑片P向左移动,下述哪个选项是正确的( )
  A. 电流表读数变小,电压表的读数增大
  B. 小灯泡L变亮
  C. 电容器C上的电荷量减小
  D. 电源的总功率变大
  对于此道题,根据题干判断当滑动变阻器P向左移动时,电阻R是在增大。电流表与电阻R是串联关系,所以电流减小电流表而定读数也在减小;电压表与变化电阻R是并联关系,电压是与变化电阻变化相同的,也在增加,电压表的读数增大。灯泡L是与变化电阻串联的,所以其变化方向与变化电阻的方向相反,电功率是减少的灯泡就变暗了;电容器与变化电阻是并联的,所以电容器两端电压增大;电源与变化电阻是串联的,总功率的变化方向与其相反,则总功率变小。通过以上分析可以得出正确选项为A选项。
  【例2】 如图所示的电路,在电路进行开关的闭合时,灯泡L1、L2正常亮起,由于电路忽然故障,灯泡L1变亮,L2却变暗,此时电流表的读数是变小的,发生故障的是选项中的哪一个( )
  A. R1断路
  B. R2断路
  C. R3短路
  D. R4短路
  由题干得知,灯泡L1变亮,L2却变暗,电流表的读数变小,可以分析出电路中通过灯泡L1的电流增大,灯泡L2的电流是减小的。如果R1断路,反应通过该段的电阻是增大的,根据“串反并同”规律可以判断出,灯泡L2与变化电阻R1之间是串联关系,所以通过该部分的电流表的电流是减小的,灯泡L1与变化电阻R1之间是并联关系,所以通过灯泡L1的电流增大,灯泡变亮,以上分析符合题干的信息,所以正确答案选A。
  四、 结束语
  总而言之,在利用“串同并反”方法进行电路的动态分析时,学生应对该方法相关的规律以思路有明确的了解,同时对电路中各种元件以及之间的串联、并联关系要有清晰的认识,这样才有助于学生在做电路动态分析相关的题目时能够有严谨清晰的思维分析。
  参考文献:
  [1]梁明飞.电路动态分析例谈[J].中学教学参考,2014,(20):65.
  [2]华明洋.例析电路的动态分析[J].中学生数理化(学研版),2016,(11):25.
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