例讲高中物理中的常见电路问题

何国泉

(江苏省如皋中学 226500)

结合自身教学经验，将高中物理常见电路划分为：一般电路、含电容器电路、含变压器电路、与图象结合电路、非纯电阻电路、实物电路六种类型.高中物理教学中应做好上述六种类型电路问题的讲解，使学习者在解题中少走弯路，提高其解题效率.

1 一般电路问题

解答该类电路的思路为由局部→整体→局部.其中支路电阻增大(或减小)，则对应外电路的电流减小(或增大)，运用欧姆定律逐一分析.分析变化量相关问题，可采用等效电阻法，将定值电阻等效为电源内阻进行分析，达到降低分析难度的目的.另外，还可运用“串反并同”这一结论，在理清与变化电阻串并联关系的基础上，得出相关电学元件参数的变化规律.

例1如图1所示电路中，将开关S闭合后，将滑动变阻器的滑动触头P向下滑动，五个理想电表均发生变化，其中ΔU、ΔU1和ΔU2分别表示V，V1，V2的变化量，ΔI1表示A1的变化量，则以下分析正确的是( ).

图1

A.V1示数变大，A示数减小

B.V2示数变大，A1示数减小

C.|ΔU1|>|ΔU2|

答案：ACD.

2 含电容器电路

分析含电容器电路，需要把握以下三点内容：其一，运用欧姆定律分析电容器两极板间的电压关系，确定正负极；其二，若电容器处于稳定状态，其两极板电压和与之并联电学元件的电压相等，将其所在支路看成断路；其三，若电容器有充放电过程，分析其极板电性是否发生改变，若未改变，其改变的电荷量Q=C|U1-U2|.若电性发生改变，则改变的电荷量为Q=C|U1+U2|.

例2如图2所示电路中的电源内阻为r=1Ω，电动势为E=6V.R1=7.5Ω，R2=3Ω，R3=2Ω，R0=3Ω.电容器的电容C=2μF.起初开关S闭合.则( ).

A.电容器上极板带正电

B.电容器两极板间的电势差为3V

C.断开S后，稳定后电容器极板所带电荷量为3.6×10-6C

D.断开S至电路稳定期间通过R0的电荷量为9.6×10-6C

图2

答案：D.

3 含变压器电路

解答含变压器的电路问题时，应搞清楚变压器的工作原理，分析相关参数的决定关系.一般情况下，原线圈的电压决定负线圈电压，副线圈的电流决定原线圈的电流，副线圈的输出功率决定原线圈的输入功率.

例3如图3所示电路中L1～L3为阻值均为R1=10Ω且保持不变的灯泡，理想变压器的原、副线圈匝数之比为1∶3.滑动变阻器R2的最大阻值为20Ω.起初滑片P处在正中间位置，当电路中接入有效值U=20V的稳定正弦交流电时，则以下说法不正确的是( ).

A.通过L1的电流为1.5A

B.通过L2的电流为1A

C.电压表读数为15V

D.若向上移动P，电源的输出功率将变大

图3

答案：ACD.

4 与图象结合电路

分析与图象相结合的电路不仅需要认真观察，明确电学元件之间的串并联关系，而且需要结合电学元件相关参数规律的判断，确定其对应的图线.同时，认真观察图线的坐标轴，搞清楚纵横坐标表示的含义.同时，重点分析图线的拐点及交点，找到引起图线变化的内在因素，在此基础上对给出的选项做出判断.

例4如图4(a)所示，调节滑动变阻器的触头P向某一方向移动，分别记录电流表A和电压表V1，电流表A和电压表V2的数据，绘制如图4(b)所示的U-I图线，则( ).

图4

A.曲线和电压表V2测量的数据对应

B.电源电动势E=4.5V，r=1Ω

C.图线交点对应电源的最大效率

D.将三个图中灯泡并联接到该电源上，则每个灯泡的实际功率为5W.

答案：AB.

5 非纯电阻电路

例5如图5所示电路图，调节滑动变阻器R，电动机停止转动，电压表示数U1=1V，电流表示数I1=0.5A；重新调节R，电动机正常运转，其能够以a=1m/s2的加速度匀加速竖直提升重物.当重物速度v0=1m/s时，电压表的示数U2=15V，电流表的示数I2=2A，g取10m/s2.

求:

(1)电动机的输出电功率P出；

(2)该重物的质量m和电动机的效率η.

图5

答案：(1)22W；(2)73.3%.

6 实物电路

分析实物电路图，应当按照从电源出发的原则，沿着导线逐一理清电学元件的串并联关系.针对较为复杂的实物电路，结合所学将其转化为常规电路图，运用所学的欧姆定律知识，构建相关物理方程.

例6 如图6所示，电源两端的电压U始终保持不变.当开关S1、S2均闭合，滑动变阻器接入电路中的电阻为RA时，电压表V1的示数为U1，电流表示数为I1，滑动变阻器消耗的电功率为PA，电路消耗的总功率为P1.当开关S1闭合，S2断开时，滑动变阻器的滑片位于最右端时电流表的示数为I2，电路消耗的总功率为P2.保持开关S1闭合，S2断开，当滑动变阻器由最右端调至接入电路中的电阻为RA时，电流表的示数为I3，电压表V2的示数为U2，电路消耗的总功率为P3.继续改变滑动变阻器接入电路中的电阻值为RB时，电路消耗的总功率P4=2.4W.已知P2-P3=1.2W，U1∶U2=4∶9，I2∶I3=4∶3.

求：(1)P2和P3的比值；

(2)RA和RB的比值；

(3)开关S1、S2均闭合时，滑动变阻器RA消耗的电功率PA.

图6

答案：(1)4∶3；(2)1∶3；(3)1.6W

高中物理电路问题不仅考查学习者对欧姆定律的认识与理解的深度，而且与其他电学元件结合起来，综合考查学习者电学元件相关规律的灵活运用程度.在教学实践中，应严把基础关，为学习者系统剖析相关结论的推导过程，使学习者真正的理解，而非是死记硬背，在运用的过程中即便遗忘也能够顺利的推导出来.另外，不同电路考查的知识点不同，为提高学习者分析问题的效率，为学习者总结不同电路问题的突破思路，并与学习者一起剖析经典习题，使其认真体会与揣摩分析过程，并做好听课总结，及时发现与弥补相关电路分析的不足.