初中物理电路动态分析教学案例探讨

成其胜

【摘要】对于初中物理，电路的动态分析，是重点也是难点。本文将以三种类型论述分析初中动态电路解题的一般思路方法，寻找突破点，以便能更准确地解答这种类型的题目。

【关键词】动态电路；滑动变阻器；欧姆定律；电路连接方式

电路动态分析，是中考的重点内容之一，一般以选择或填空的形式出现。这种动态电路各元件的物理量发生变化，通常是由于某个操作——滑动变阻器滑片P的移动或闭合、断开某个开关等原因而直接使得电路中某个量发生改变（个别特殊电路如热敏电阻、酒精测量仪等电路则是由于外界条件发生改变）而引起的。该类型题目可考察的知识基本可以涵盖初中所有的电学知识——电路类型判定、串并联电路电流电压特点、电学仪器的使用、电功率、欧姆定律等，是逻辑推理性、综合性较强的一种类型题目，对于初中生而言，得分率相对较低。在本文中，将结合具体的教学案例对三大类型动态电路进行分析：由滑动变阻器滑片P的移动、开关的断开或闭合、有特殊电学元件如压敏电阻等的特殊电路。

一、由滑动变阻器滑片P移动所引起变化动态电路

对于这种类型题目的解答，总体上思路可以分为以下几步：第一，需要理清的也是最重要的一步：电路的连接方式的判断——是串联电路还是并联电路。关于电路连接方式的判断，比较常用的是“电流法”——电流从电源正极出发，回到负极的过程中，如果路径是唯一确定的，则是串联电路，如果有多条路径，则是并联电路。第二，电表的判断，要判断清楚电压表和电流表的测量对象。电压表看并联接在哪部分电路，电流表可通过观察哪部分元件电流会流过该电流表来判断。第三，理清条件，可以分为两部分内容，一是电路中的变量——由于某种操作或外界因素改变而直接引起了变化的量是什么；一是电路中的恒量——哪些量是不会因为其它条件发生改变而改变的。一般来说，电源电压U以及定值电压R的阻值是不会发生改变的，同时，也还要结合串联、并联电路的特点来判断。第四，思考与分析——题目问了什么，某个量的改变（滑动变阻器阻值等）而造成了哪些量发生了改变，一般是先判断电流后再判断电压。第五，在前面分析的基础上，根据相应的公式概念得到题目所需要的答案。

类型一：如图所示是小明测量电阻功率的实验电路。闭合开关，滑动变阻器滑片向右移动，滑动变阻器接入电路的电阻值 ，电压表的示数 ，电路消耗的电功率 。（填“变大”、“不变”或“变小”）

解析：该题选自2014年茂名市中考题，这种类型的题目是动态电路中最常见、最常考的一种。首先分析电路的连接方式，根据电路图，可以看到在本电路中，定值电阻R与滑动变阻器RP是与串联的方式连接的，电压表测量的是定值电阻R的电压UR，电流表测量的是电路中的电流，而且由于是串联电路，有I=IR=IP。其次，根据题目的条件“闭合开关后，滑动变阻器滑片向右移动”，此时滑动变阻器接入电路中电阻丝的长度变长，可以判断出滑动变阻器接入电路中的阻值RP变大。因此，第一个空的答案应该选填“变大”。而串联电路中总电阻R总=R+RP，因此，总电阻R总变大。再次，对于电流表与电压表示数的变化，先判断电流表的示数。由于电源电压U以及定值电阻R的阻值均不变，根据欧姆定律可以得到，电路中的电流I变小，因此，电流表的读数变小；再判断电压表的示数，因为电压表测量的是定值电阻的电压，因此，判断电压表的示数实际上就是判断定值电阻R两端的电压变化情况。根据欧姆定律可以得到定值电阻R两端的电压表达式UR=IR，很明显，由于I的变小，UR也变小了。故电压表的示数也变小了。最后一个空是对于电路消耗的电功率变化情况，仔细分析，并结合电功率的表达式P=UI，由于U不变，I变小，因此，电功率也应该变小。

二、由于开关的断开或闭合所引起变化的动态电路

对于该类型动态电路，首先应该简化电路图——即根据开关的断开或闭合画出与之相对应的等效电路，这有助于判断电路的连接方式以及电表测量的对象。在判断清楚电路连接方式以及电表测量对象后，根据电路特点判断电路中不变的量是什么，跟前面一样，一般来说，初中所考虑的动态电路，电源电压都是不变的。最后根据串并联电路的特点并结合相应的知识，最好能用公式表示出各量在对应状态下的表达式，从而判断题设中待求量的变化情况。

类型二：如图所示电路中，电源电压保持不变，将开关S闭合后，电流表的示数将 ；电压表的示数将 。（选填“变大”、“变小”或“不变”）

解析：在该题设中，要比较的是开关S闭合后，電流表、电压表的示数与开关S断开时电流表、电压表的示数的大小关系。首先，应该画出对应状态下的等效电路。

1.当开关S断开时，等效电路如图甲所示。由该电路图可知，此时电阻R1、R2是以串联的方式接入电路中，电压表V1测的是电阻R1两端的电压，电流表测量电路中的总电流。此时，电流表读数的表达式为，电压R1的电压，即电压表示数的表达式为。式中的U0为电源电压，而电源电压恒定。

2.当开关S闭合后，此时R2被短路，等效电路如图乙所示。很明显，只有电阻R1接入电路中，电流表测量电路中的电流——即流过R1的电流，因而该种情况下，电流表的示数为，电压表依然测量的是R1的电压，但此时电路中只有R1一个用电器，因此，R1两端的电压要等于电源电压，即电压表的示数应该为U=U0。

在以上分析的基础上，对于1，2两种情况下，对电流表、电压表示数表达式进行大小的比较。首先是电流表示数，由于电源电压不变，显然，开关S断开时的电流小于开关S闭合后的电流，因此，电流表的示数变大了。其次是电压表示数，开关S断开时的电压要小于电源电压，即小于开关S闭合后的电压U=U0，故电压表的示数变大了。综上，本题中的答案应为“变大”“变大”。

三、特殊元件动态电路

这种类型的动态电路，主要是指那种由于外界因素（如压力、温度、光照条件等）干扰而导致特定的电学元件（如压敏电阻、热敏电阻、气敏电阻等）的阻值发生改变而引发的动态电路，属于知识延伸应用。

对于该种题型的解答思路，其实跟类型一由滑动变阻器滑片P移动所引起变化的动态电路的解答思想差不多，比较特别、关键的一步是要根据题目信息来判断清楚外界因素与元件阻值大小的关系，例如热敏电压，当外界温度升高时，压敏电阻的阻值是增大了还是变小了——即温度与阻值大小关系。下面以具体例子进行分析。

类型三：某型号天然气泄漏检测仪器的电路如图甲所示，图中R为气敏电阻，其阻值R与天然气浓度β的变化关系如图乙所示，已知R0为定值电阻，电源电压恒定不变，用此仪器检测天然气是否泄漏，则下列判断正确的是（ ）

A.天然气浓度增大时，电压表示数变小

B.天然气浓度减小时，电流表示数变大

C.天然气浓度增大时，电路消耗的总功率变小

D.无论天然气浓度怎样变化，电压表与电流表示数的比值不变

解析：在该题设中，出现的特殊电学元件为气敏电阻，该电阻的阻值受周围天然气浓度变化的影响。首先要判断的是气敏电阻阻值大小与天然气浓度的关系——由乙图可知，随着浓度β的增大，气敏电阻R的阻值减小。接下来的思路步骤与类型一的类似，再对各选项进行判断即可。由甲图可知，气敏电阻R与R0组成了串联电路，电流表测量电路中的总电流，电压表测量R0两端的电压。

根据欧姆定律有电流表示数，电压表示数URO=IR0。所以天然气浓度增大时，R变小，电流I会变大，URO因此也变大，故A错。结合P=UI知，U不变，电路消耗的功率P应该增大，故C错。

天然气浓度减小时，R增大，电流I会变小，即电流表读数应该变小，故B错。而对于D选项，电压表与电流表示数的比值，实际上即为R0的阻值大小，而R0为定值电阻，故D正确。

通过以上对电路动态分析三种类型题目的系统性的分析，不管是什么类型的电路动态分析，在课堂教学中，只要能一步一步地分析，并且每个量的变化都应有相应的依据或者公式的表达，重思路、重方法，培养学生的物理思维，便可使学生能清晰、准确地对这类型的题目进行解答。2EAE189F-53E7-40B4-AE3D-828A25B706D9