浅析动态电路问题求解方法

朱俊

摘 要：动态电路问题是高中物理电学知识的重要内容，也是学生学习掌握的难点.本文将围绕动态电路教学实例，着眼于程序法、极限法及串反并同法对动态电路问题的求解策略展开讨论，并针对不同类型的动态电路题型进行总结.

关键词：高中物理;动态电路;题型;求解方法

中图分类号：G632      文献标识码：A      文章编号：1008-0333（2020）16-0073-02

动态电路往往是通过电路局部电阻（滑动变阻器或是开关）的变化实现，从而引发整个电路其他物理量的变化，实现动态电路情境.动态电路问题较好的考察了学生对电路知识的掌握程度，闭合电路欧姆定律、串并联电路规律及部分电路欧姆定律等电学规律，涉及到电流、电压、功率等众多物理量.针对不同类型的动态电路问题，学生需要巧妙选择对应的求解方法，提高解题效率.

一、程序法分析动态电路问题

动态电路常涉及到的电学规律包括欧姆定律及串并联电路定律等，结合动态电路的本质，当外电路局部的电阻发生变化，导致电路中相关物理量的变化，故可以总结出动态电路分析的基本程序.整个动态电路的研究思路应该是由局部-整体-局部，结合电路性质，即是先干路后支路、先总后分、先固定后变化，该方法即是“程序法”.

例1 火灾报警器的电路原理如图1所示，其中电阻R2为热敏电阻.若在热敏电阻处发生火灾，则电流表读数I及电铃两端电压U是怎么变化的？

解析：按照程序法的基本步骤，热敏电阻处发生火灾，导致电阻R2局部电阻减小;再回到电路整体，结合串并联电路性质，R2局部电阻减小，电路总电阻也减小，则总电流增大.为了方便分析，将干路电阻R1视为内电路电阻，则外电路电压为U外=E-U内，外电路电压较小，则电流表读数I减小.欲分析电铃两端电压，继续采用程序法.电流表所在支路电流I减小，电路总电流增大，则电铃所在支路电流I2=I总-I增大，根据U=I2R电铃判断出电铃两端电压增大.

二、极限法求解动态电路问题

当动态电路问题在选择题中出现时，往往不需要学生给出清晰完整的计算过程，只需要选出正确选项即可.此时，极限法便得到了用武之地.通过将电路动态变化过程中某个物理量或是状态推向到极端，即是在最值情况下研究，根据最值情况下的电路推断，对电路动态变化全过程展开判断分析.通过极限状况研究，避开了复杂的分析及繁琐的计算过程，有效提高解题效率.

例2 在如图2所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，电路中的三个小灯泡均正常发光.若滑动变阻器的滑片向左端滑动时，说法正确的是（  ）.

A.L1、L2变亮，L3变暗

B.L1、L2、L3均变暗

C.L1变亮，L2、L3变暗 D.L1、L2变暗，L3变亮

解析 鉴于该题型为选择题，无需给出严密的计算分析过程，故不妨尝试极限法求解.由于滑动变阻器的滑片P向左端滑动，故拟定极限情况，分析滑片分别位于最右端和最左端的情形.当滑片位于最右端时，相当于滑动变阻器被短路，即电阻为零;当滑动变阻器位于最左端時，滑动变阻器阻值最大为R.分析可知，支路电阻增大，干路电流减小，则通过L2的电流减小，即灯泡L2变暗.结合公式U=E-Ir，干路电流减小，则供电电压增大，即L1两端电压增大，故灯泡L1变亮，通过电流增大.通过灯泡L3的电流为干路电流与L1支路电流的差值，由于L1支路电流增大，故灯泡L3电流减小，灯泡变暗.综上可知，C选项为正确选项.

三、串反并同法求解动态电路问题

“串反并同”法是一种后期总结出来的动态电路求解规律，即是电阻的变化趋势与电压、电流和功率的变化趋势，满足“与变化电阻存在串联关系电路中的用电器，其电压、电流及功率与变化的阻值变化趋势相反”、“与变化电阻存在并联关系电路中的用电器，其电压、电流及功率与变化的阻值变化趋势相同”的规律，浓缩起来即是串反并同.

例3已知如图3所示电路图，当滑动变阻器由方向a向b移动时，下面说法中正确的是（  ）.

A.电压表读数变大，电流表读数变小

B.电压表读数变小，电流表读数变大

C.两表读数均变大

D.两表读数均变小

解析 由题意可知，当滑动变阻器由方向a向b移动时，R3的阻值增大.根据串反并同原理，与电阻R3串联的电流表读数变小.此时，进一步将外电路等效为一个可变电阻，由于电阻R3的阻值增大，则外电阻也增大，电压表与外电阻并联，则电压表读数也变大.综上选项A即是正确选项.值得注意的是，在使用串反并同法时，必须强调其适用条件，保证答案正确性.简言之，该法的适用条件分为两种：1）电源并非理想型，即存在电源内阻;2）电路中的电阻呈现单一变化规律.在实际求解过程中，紧抓串反并同的适用条件，谨记串反并同法的内核，实现高效求解.

总之，动态电路问题是一类综合性问题，涉及多个电学知识及规律.本文中提出的三类动态电路求解方法必定不能有效包含全部的动态电路求解方法，还需要广大一线物理教师在实际教学过程中，继续总结，有效分类，完善此类问题的求解技巧.

参考文献：

[1]刘天赞.高中物理电路动态分析问题的应对[J].中国高新区，2018（1）：95.

[2]王丽媛.简析高中物理电路动态分析问题的策略[J].新智慧，2018（26）：60.

[3]王开荣.电路动态分析问题的命题变化[J].物理教师，1997：21-22.

[责任编辑：李 璟]