如何求解不同类型动态变化电路问题

董淑华

(甘肃省肃北中学 甘肃 酒泉 736300)

动态变化电路问题是初中物理教学的重、难点，同时也是中考物理的必考点，由于涉及的知识点较多，几乎覆盖了电学中所有重要的规律，综合性较强，许多学生遇到后往往找不到问题的突破口而束手无策.下面笔者就借助典型例题来谈谈此类问题的解决方法.

1 开关的通断引起的动态变化电路问题

【例1】如图1所示，电源电压不变，开关由断开变为闭合后，下列说法正确的是

A.电流表示数增大

B.电流表示数减小

C.电压表示数增大

D.电压表示数减小

解析：无论开关断开还是闭合，电压表均测的是电源电压，故示数不发生改变.当开关S闭合后，构成R1与R2的并联电路，总电阻小于R1，电流表示数增大.

图1

答案：A.

【例2】某电热水器的工作原理如图2所示(已知两电阻丝的阻值相等，电源电压保持不变)，它有加热和保温两个工作状态，当开关S1接b，S2断开时，它处于______状态，此时电路功率为P1;开关S1接a，S2闭合时，它处于______状态，此时电功率为P2，则P1∶P2=______.

图2

解析:当开关S1接b, S2断开时，两电阻丝串联，根据焦耳定律Q=I2Rt得此时处于保温状态,可得

(1)

当开关S1接a，S2闭合时，两电阻丝并联，总电阻减小，电流增大，根据焦耳定律Q=I2Rt，此时处于加热状态，可得

(2)

联立式(1)、(2)得

答案：保温状态；加热状态；1∶4.

此类题目的特点是,由于开关的通、断引起电路的连接方式改变，使电路中总电阻改变而引起电流发生改变.解决此类问题的关键是搞清楚开关的断、通使电路的连接方式如何变化，电阻和电流随电路的连接方式如何变化，从而找到解决问题的突破口.

2 滑动变阻器滑片移动引起的动态变化电路问题

【例3】如图3所示的电路中，滑动变阻器的滑片P向右移动时，电流表的示数______，电压表的示数______.

解析：将电压表断路，判断电路为串联电路，电压表接在滑动变阻器滑片P上，滑片移动不能改变电路中的总电阻，电路中的总电阻不变，故总电流不变，电流表示数不变；但电压表测的是与之并联部分电阻的电压，故电压表示数变大.

答案：不变；变大.

图3

解决此类问题的关键是判断电路连接方式，根据电路连接方式,先判断滑动变阻器引起的总电阻变化，随后判断电流表示数的变化，排除错误答案，再判断电压表如何变，进而得出结论.

3 由开关通断和变阻器滑片移动共同引起的动态变化电路问题

【例4】如图4所示，电源电压为6 V保持不变，电阻R1=10 Ω，变阻器R2的最大阻值为60 Ω，灯L标有“6 V，0.72 W”字样，问：

(1) 当R2的滑片移至最左端时，要使L正常发光，开关S1和S2应处于什么状态？

(2)S1, S2都断开时，灯L在5 min内消耗的电能是多少？

(3)闭合S1,S2，调节滑动变阻器的滑片，电流表的示数最小时，整个电路的电功率是多少？

图4

解析：(1)此时若S1,S2都断开，则灯L不能正常发光；若闭合S2，则灯L被短路；当闭合S1，断开S2时，电阻R1被短路，灯L两端的电压为6 V，属于正常发光.同时还可以求得L的电阻为

代入数据得

RL=50 Ω

(2)当开关S1,S2都断开时，只有R1与L串联在电路中，电路中的电流为

代入数据得

I=0.1 A

则灯L在5 min内消耗电能为

W=I2RLt

代入数据得

W=150 J

(3)闭合开关S1,S2时，R2与L并联，R1被短路，这时只有当滑动变阻器的滑片移至最右端时，即R2=60 Ω时，电路中的电流最小，此时整个电路的等效电阻为

代入数据得

整个电路消耗的电功率为

代入数据得

P=1.32 W

4 电流表及电压表连接方式改变引起的动态变化电路问题

【例5】如图5所示的电路中，电源电压保持不变，电阻R2与R3的阻值为30 Ω，闭合开关S，电流表○A1和○A2的示数之比为2∶1,若把电流表○A1换成电压表○V1,电流表○A2换成电压表○V2后，电压表○V1的示数为U1, 电压表○V2的示数为U2，则

图5

A.R1=15 Ω

B.R1=30 Ω

C.U1∶U2=3∶2

D.U1∶U2=2∶1

解析：当接电流表○A1与○A2时，由电路图分析可知R1,R2,R3构成并联电路，○A1测量的是通过R1与R2的总电流IA1，○A2测量的是通过R2与R3的总电流IA2，则

(3)

(4)

由题意知

IA1∶IA1=2∶1

(5)

联立式(3)～(5)得

R1=10 Ω

当把电流表○A1换成电压表○V1，电流表○A2换成电压表○V2时，电路变为R1，R2，R3的串联电路，电压表○V1测R2，R3两端电压，电压表○V2测R1，R2两端电压，由串联电路电压与电阻的关系得

代入数据得

答案：C.

由于动态电路的开关通、断，变阻器滑片的移动或电流表、电压表位置改变，电路的连接以及电路中某些物理量也随之改变，使得电路计算变得复杂.解答此类问题，应抓好3个环节：

一是题图对照，侧重识图；

二是梳理条件，抓住关键，找出突破口

三是明确解题思路，综合运用公式进行计算.

注意两个要点：一是严格区分不同条件下的电路，分别列出相关的关系式；二是结合题目的已知条件，寻找解题的突破口并进行计算.