闭合电路中的动态问题分析

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  闭合电路的欧姆定律是3-1《恒定电流》一章的重点知识,与初中阶段的部分电路欧姆定律相比较,电路图趋于复杂,功能关系更加突出,动态变化更加明显。电路中的各元器件上的物理量不再是单一的恒定不变,而是在电路图的丰富和变阻器的变化多样上,形成成整个回路的变化。本文主要就是针对学生第一次接触较为复杂的动态电路,根据课堂教学,提出一些个人的观点和解题思路。
  
  一、课堂教学
  
  课例一:如图所示电路,当滑动变阻器的滑片P向下移动时,判断电路中的电压表、电流表的示数如何变化?
  分析过程:该题是一个典型的混联电路问题,具体为R3与R2的并联,再与R1的串联,最后与内阻r串联。电压表V1测路端电压,V2测R2与R3的电压,电流表测R3的电流
  (1)部分:R2的电阻随着滑片P的下移,R3的阻值变小,其与R2的并联电路的阻值R变小;
  (2)整体:R与R1,r串联,外电路的阻值减小,带来整个电路的总阻值减小,电源电动势不变,此时根据闭合电路欧姆定理可得,I变大,根据电路的分压原则,内阻得到的电压增大,外电路的电压,即V1的值相应减小。
  (3)部分:路端电压减小,R与R1的串联中,R又在减小,所以V2的示数也会减小,但流过干路的电流在变大,R3在并联电路中,的的阻值又在减小,根据并联电路的分流原则,电流表的示数会变大。
  教学反馈:该题有学生在初次解答时面对复杂的电路没有勇气分析,有投机倾向,认为R3的值的在变小,电流值就会变大,但在处理电压问题时遇到电阻变小,就不好处理了。因此,科学的方法对正确解答大有裨益。
  
  课例二:如图所示,电源电动势为E,内电阻为r.当滑动变阻器的触片P从右端滑到左端时,发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为△U1和△U2,下列说法中正确的是
  A 小灯泡L1、L3变暗,L2变亮
  B 小灯泡L3变暗,L1、L2变亮
  C △U1<△U2
  D △U1>△U2
  分析过程:本题又是一例滑动变阻器引起的动态电路,所不同的是加入了灯泡了明暗判断。对次只要认清一般情况下灯泡可视为纯电阻电路即可将题目转化为一般的电压变化处理。
  (1)部分:灯泡L1与电阻R串联,当滑片P向左端时电阻变小,则该支路上的电阻也变小,再进一步到与L2并联所形成R也变小;
  (2)整体:随着支路电阻的变小,整个电路的阻值也随之变小,由电源电动势不变可知,整个电路的电流变大,电源内阻分到的内压增大,造成外电压的减小;
  (3)部分:L2上的电压,即电压表V2的示数由部分电路欧姆定律可知变大,灯泡亮度变亮;但并联电路中的电压相应的变小,造成灯泡L2上的电压减小,亮度变暗,即流过的电流变小,再根据并联电路的分流原则,通过L1上电流就增多,亮度变亮;
  (4)整体:电路中电压的再次分配表现为,电压表V1的示数减少,但此时增加的有内压与L2的电压,因此,电压表V1的变化量应当大于电压表V2的变化量,答案D是正确的。
  
  教学反馈:该题的电路较上一题更为复杂,学生在接受并领悟了分析问题的正确思路后,显的信心较足,但在处理灯泡L1的亮度变化时,对并联电路的分流显的不是很熟练。而且该题的最关键在于最后在判断电压表示数变化的大小时,仍然要回到整体考虑问题,显得深度十足。
  
  二、实际操作
  
  在实际解题中,学生不可能有如此多的时间来写出分析过程,这时,我们按照所讲的思路,将这种方法变成一条简单的流程线,显得快捷整洁。
  如图,当滑动变阻器触片移动向上移动时,情况是:
  A A、B减小;
  B A增B减
  C A减B增;
  D B值不可能大于A值。
  流程:↑→↑→↑→↓→↓
  
  三、课堂小结
  
  所谓“局部——整体一局部”的解题思路,实际上就是学生在了解个支路电阻变化的基础上,利用闭合电路的欧姆定律求出干路中电流的变化,从而得出内压和路端电压的变化,再分别回到支路中,利用并联电路的分流,串联电路的分压解决出要求的问题。
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