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电学是整个初中物理课程中的重点,使不少学生对其望而生畏.简化电路图,确定各电表的测量对象又是正确解答许多电学问题的关键.而如何正确地确定电压表的测量对象对学生来说是个难点,题目中往往电路图情况复杂,变化多样,常使学生摸不着头脑.本文通过几个例题来谈谈如何用简单的方法确定电压表的测量对象。
1“抱谁测谁”,单个表忠心
[TP12CW72.TIF,Y#]
问题1如图1所示的电路中,电源电压不变的情况下,滑片从左到右滑动的过程中电流表示数将[CD#3],电压表示数将[CD#3]。
解这类题的步骤通常都是首先判断电路的连接方式.判断电路连接方式的方法是:拆表法.把电压表拆成断路,电流表拆成导线.确定好电路的连接方式后再将电表接上去,确定电表的测量对象。
像这道题中确定电流表的测量对象,对学生来讲很容易,但是对于电压表的测量对象的确定,部分学生还存在困难.这里介绍一种对学生来说简单易掌握的方法:把电压表两个接线柱引出的两条导线当成是“两只手”,这“两只手”能单独抱住谁,就测谁.如问题1中,电压表的“左手”可以直接到达电源的负极,记为第(1)种情况,也可以直接到达电阻R的右端,记为第(2)种情况,两种情况分开讨论.当第(1)种情况时,电压表的“右手”出来可以直接到达滑动变阻器的右端,却不能直接到达电源的正极,所以就认为不能满足“两只手同时直接抱住电源”,不能直接测电源电压.当第(2)种情况时,电压表的“右手”出来可以直接到达电阻R的左端,于是电阻R的左右两端可以直接被电压表的“左右手”抱住,所以电压表用来测量电阻R.确定测量对象之后,两表的示数变化情况就容易解决了.显然这道题的答案是电流表示数将变小,电压表示数也将变小。
判断电压表测谁,我们还要特别注意,当电压表的“两只手”可以只“抱住”一个测量对象的时候,就不要选择同时“抱多个”,即“单个表忠心”。
2一心一意,测量到底
当情况变成电压表并联在一根导线两端时,那么电压表就用来测该导线两端的电压,实际上就是电压表被短路了.如下面这种情况:
[TP12CW73.TIF,Y#]
问题2在如图2所示的电路中,电源两端的电压保持不变.闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P向左移动, 电压表V1的示数将[CD#3],电压表V2的示数将[CD#3],电流表A的示数将[CD#3]。
从拆表法可以知道两个电阻串联,当滑片P向左移动时,电流表的示数自然是增大的;电压表V1的“两只手”可以直接“抱住”电源,所以表V1用来测电源电压,读数不变;我们把电流表看成导线,电压表V2的“两只手”只能单独“抱住”电阻R2,所以电压表V2用来测R2两端的电压,示数将减小。
如果滑片P滑到最左端,那么R2被短路,此时电压表V2“两只手”就单独“抱住”导线,用来测导线两端的电压,读数为零,实际上是电压表V2也被短路了.这里很多学生想当然地会认为既然R2被短路而没有了,那么表V2就会“转身”测R1和电源,显然这里是不会的,它将“一心一意”测到底,哪怕R2被短路。
我们应该让学生记住的是:如果电压表并联的部分看上去既有电源又有其它电阻(如图1和图2),则电压表肯定不是测电源电压,也不是测其它电阻(如图1中的滑动变阻器和图2中的R1)两端的电压,只能测图1中R(或图2中的R2)两端的电压.我们可以试想一下,电源电压已经是整个电路中电压最大值,电压表如果测电源和其它电阻两端电压之和,那么电压表的读数难道还会比电源电压大吗?显然是不合理的.(此时,由于短路导线的存在,R1的电阻不可忽略不计)
那么,是否也存在电压表“转身”测其它元件的情况呢?有,当原来的被测对象R2断路的情况。
3无可奈何,携伴测电源
在初中阶段我们把电压表看成理想电表,即内阻无穷大,相当于断路.实际上电压表的内阻只是相对于被测电路电阻来说很大,但不是断路,仍有微电流通过,才能显示出数字.测量时要与被测电路并联,其原理是根据并联电路两端电压相等来测电压的.它的示数其实是它的内阻和通过它的电流转化成的电压值,所以,电压表测量的实际上是它本身两端的电压.由于并联接入,电压表的示数也即被并联的待测部分两端的电压。
如果遇到如图2中R2断路,那么电压表V1仍然测电源电压,而电压表V2此时就变成与R1串联了.我们知道电压表相对于被测电路来说内阻很大,所以R1的电阻就可以忽略不计,认为没有分去电压,相当于电压表V1单独并联在电源两端,那么V1的示数即电源电压的大小.
所以,当原来测量的对象(如图2中的R2)断路时,电压表将“无可奈何”,“携伴(如图2中的R1)”测电源.这种情况在具体题目中也是比较多见的。
4两表串接,实力定输赢
有时题目条件比较复杂,出现两电压表串联后同时并在电路两端,那么它们的示数又会如何呢?
实际上我们可以把电压表看成是内阻很大的普通用电器,它既可以被短路,使它没有微电流通过而没有示数(如图2中滑片P移到最左端),也可以几个电压表串联起来起到分压作用.当它们串联时,根据串联电路分压的特点,U=U1 U2,两电压表的示数之和即被测电路两端的电压.至于电压在两个电压表上的分配,与电压表的内阻有关.内阻大的分去的电压多,示数自然就大一些,若是两个完全相同的电压表串联,那么它们的示数相等,都为被测电路电压的一半。
以上方法是笔者在实际教学过程中的经验总结,使用起来简单方便,对初中学生来说非常容易掌握,哪怕对于简化电路图有困难的学生也能轻松确定电压表的测量对象,而且电路图越复杂,使用起来越见优势.
1“抱谁测谁”,单个表忠心
[TP12CW72.TIF,Y#]
问题1如图1所示的电路中,电源电压不变的情况下,滑片从左到右滑动的过程中电流表示数将[CD#3],电压表示数将[CD#3]。
解这类题的步骤通常都是首先判断电路的连接方式.判断电路连接方式的方法是:拆表法.把电压表拆成断路,电流表拆成导线.确定好电路的连接方式后再将电表接上去,确定电表的测量对象。
像这道题中确定电流表的测量对象,对学生来讲很容易,但是对于电压表的测量对象的确定,部分学生还存在困难.这里介绍一种对学生来说简单易掌握的方法:把电压表两个接线柱引出的两条导线当成是“两只手”,这“两只手”能单独抱住谁,就测谁.如问题1中,电压表的“左手”可以直接到达电源的负极,记为第(1)种情况,也可以直接到达电阻R的右端,记为第(2)种情况,两种情况分开讨论.当第(1)种情况时,电压表的“右手”出来可以直接到达滑动变阻器的右端,却不能直接到达电源的正极,所以就认为不能满足“两只手同时直接抱住电源”,不能直接测电源电压.当第(2)种情况时,电压表的“右手”出来可以直接到达电阻R的左端,于是电阻R的左右两端可以直接被电压表的“左右手”抱住,所以电压表用来测量电阻R.确定测量对象之后,两表的示数变化情况就容易解决了.显然这道题的答案是电流表示数将变小,电压表示数也将变小。
判断电压表测谁,我们还要特别注意,当电压表的“两只手”可以只“抱住”一个测量对象的时候,就不要选择同时“抱多个”,即“单个表忠心”。
2一心一意,测量到底
当情况变成电压表并联在一根导线两端时,那么电压表就用来测该导线两端的电压,实际上就是电压表被短路了.如下面这种情况:
[TP12CW73.TIF,Y#]
问题2在如图2所示的电路中,电源两端的电压保持不变.闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P向左移动, 电压表V1的示数将[CD#3],电压表V2的示数将[CD#3],电流表A的示数将[CD#3]。
从拆表法可以知道两个电阻串联,当滑片P向左移动时,电流表的示数自然是增大的;电压表V1的“两只手”可以直接“抱住”电源,所以表V1用来测电源电压,读数不变;我们把电流表看成导线,电压表V2的“两只手”只能单独“抱住”电阻R2,所以电压表V2用来测R2两端的电压,示数将减小。
如果滑片P滑到最左端,那么R2被短路,此时电压表V2“两只手”就单独“抱住”导线,用来测导线两端的电压,读数为零,实际上是电压表V2也被短路了.这里很多学生想当然地会认为既然R2被短路而没有了,那么表V2就会“转身”测R1和电源,显然这里是不会的,它将“一心一意”测到底,哪怕R2被短路。
我们应该让学生记住的是:如果电压表并联的部分看上去既有电源又有其它电阻(如图1和图2),则电压表肯定不是测电源电压,也不是测其它电阻(如图1中的滑动变阻器和图2中的R1)两端的电压,只能测图1中R(或图2中的R2)两端的电压.我们可以试想一下,电源电压已经是整个电路中电压最大值,电压表如果测电源和其它电阻两端电压之和,那么电压表的读数难道还会比电源电压大吗?显然是不合理的.(此时,由于短路导线的存在,R1的电阻不可忽略不计)
那么,是否也存在电压表“转身”测其它元件的情况呢?有,当原来的被测对象R2断路的情况。
3无可奈何,携伴测电源
在初中阶段我们把电压表看成理想电表,即内阻无穷大,相当于断路.实际上电压表的内阻只是相对于被测电路电阻来说很大,但不是断路,仍有微电流通过,才能显示出数字.测量时要与被测电路并联,其原理是根据并联电路两端电压相等来测电压的.它的示数其实是它的内阻和通过它的电流转化成的电压值,所以,电压表测量的实际上是它本身两端的电压.由于并联接入,电压表的示数也即被并联的待测部分两端的电压。
如果遇到如图2中R2断路,那么电压表V1仍然测电源电压,而电压表V2此时就变成与R1串联了.我们知道电压表相对于被测电路来说内阻很大,所以R1的电阻就可以忽略不计,认为没有分去电压,相当于电压表V1单独并联在电源两端,那么V1的示数即电源电压的大小.
所以,当原来测量的对象(如图2中的R2)断路时,电压表将“无可奈何”,“携伴(如图2中的R1)”测电源.这种情况在具体题目中也是比较多见的。
4两表串接,实力定输赢
有时题目条件比较复杂,出现两电压表串联后同时并在电路两端,那么它们的示数又会如何呢?
实际上我们可以把电压表看成是内阻很大的普通用电器,它既可以被短路,使它没有微电流通过而没有示数(如图2中滑片P移到最左端),也可以几个电压表串联起来起到分压作用.当它们串联时,根据串联电路分压的特点,U=U1 U2,两电压表的示数之和即被测电路两端的电压.至于电压在两个电压表上的分配,与电压表的内阻有关.内阻大的分去的电压多,示数自然就大一些,若是两个完全相同的电压表串联,那么它们的示数相等,都为被测电路电压的一半。
以上方法是笔者在实际教学过程中的经验总结,使用起来简单方便,对初中学生来说非常容易掌握,哪怕对于简化电路图有困难的学生也能轻松确定电压表的测量对象,而且电路图越复杂,使用起来越见优势.