基于闭合电路欧姆定律的电路动态分析策略

黄鹏轩

【摘要】闭合电路欧姆定律是高中电学的重要内容，是解决电学实验问题的基础，也是分析电路动态问题的重要工具．本文以例题的形式给出基于闭合电路欧姆定律的电路动态分析方法，探讨运用程序法、结论法和极限法快速处理电路动态问题的思路．

【关键词】高中物理；闭合电路；欧姆定律

在闭合电路中，移动滑动变阻器的滑片、增大或减小电阻、断开或闭合开关，都可能会导致电路中某些负载两端的电压、通过某些负载的电流或负载功率等的变化．不同类型的问题分析的思路和方法不同，本文探讨运用程序法、结论法和极限法分析电路的动态问题．

1 程序法

在闭合电路中，由于开关的通断或者局部电阻的变化，可能会引起各部分电压、电流或电功率发生变化．分析此类问题的基本思路是程序法，即“局部→整体→局部”的思路．

例1 交警部门所用酒驾检测仪中的“电子鼻子”是氧化锡半导体，它是一种气敏电阻RQ，吸附酒精气体后表面能态会发生改变，从而引起电阻率发生变化．RQ的阻值随酒精气体浓度的变化曲线如图1所示，图2是含有气敏电阻RQ的电路．图中电源内阻很小，可忽略不计．当RQ吸附酒精气体浓度升高时（  ）

（A）灯泡L两端电压增大．

（B）R1中的电流增大．

（C）电源E的总功率增大．

（D）R0消耗的功率增大．

解析 当RQ吸附酒精气体浓度升高时，RQ的阻值增大，则电路中的总电阻增大，电路总电流减小，即通过R1的电流减小，根据P=EI，可知电源E的总功率减小；由于R1和R2两端电压均减小，则灯泡L两端电压增大，灯泡L电流增大，根据I总=IL+I0，可知通过R0的电流减小，则R0消耗的功率减小，故选（A）．

点评 当外电路当中的任何一个负载的阻值增大（或减小）时，就会引起电路当中的总电阻增大（或减小）；若开关的通断使串联（并联）的负载增多时，电路当中的总电阻会增大（减小）．

电路动态分析的基本程序是：局部电阻的变化→总电阻的变化→总电流的变化→内电压的变化→外电压的变化→各负载电流、电压和功率的变化.

2 结论法——“并同串反”

例2 如图3所示，两个电压表均视为理想电表，电阻R2为压敏电阻（阻值随所受压力的增大而减小，用柔软的导线与其他电学元件相连且导线足够长），在其受压面上固定一物块．如图4所示，一半圆柱的工件固定在实验桌面上，A为半圆水平直径的端点，B为半圆的最高点．闭合电键S，将物块和压敏电阻一起置于圆柱表面上，用方向始终沿圆弧的切线方向的力F推物块，使物块和压敏电阻由A点缓慢移动到B点，在此过程中，电压表V1的示数改变量大小为ΔU1，电压表V2的示数改变量大小为ΔU2，U1，U2分别是电压表V1，V2示数．下列说法正确的是（  ）

（A）电压表V1的示数U1变小．

（B）电压表V2的示数U2变小．

（C）ΔU1一定小于ΔU2．

（D）R2消耗的电功率逐渐减小．

解析 物块和压敏电阻由A点缓慢移动到B点，物块对压敏电阻的压力逐渐增大，压敏电阻R3的阻值逐渐减小，根据“并同串反”可知，电压表V1的示数增大，电压表V2的示数减小，故（A）错误，（B）正确；

根据串联并联电路特点可知，U1+I3R3=U2，可以判断ΔU1和ΔI3R3的大小关系，无法判断ΔU1和ΔU2的大小关系，故（C）錯误；

通过R2的电流增大，R2两端的电压减小，由于内、外电阻关系未知，所以无法判断R2消耗电功率的变化，故（D）错误．

点评 程序法是处理电流动态分析问题最基本的方法，但对部分试题而言，解题速度较慢，如果巧用结论法可快速解题．“串反”的意思：当某一负载阻值增大（减小）时，与它直接串联或间接串联的负载中的电流、电功率、两端电压都将会减小（增大）．“并同”的意思：某一负载阻值增大（减小）时，与它直接并联或间接并联的电阻中的电流、电功率、两端电压都将会增大（减小）．

3 极限法

例3 图5为某种对车辆进行快速称重的电子秤重计原理图，以下选项正确的是（  ）

（A）称重计在电路中相当于一个电压表．

（B）电路中的R1是没有作用的．

（C）当车辆越重时，流过称重计的电流越大．

（D）当车辆越重时，流过称重计的电流越小．

解析 称重计串联在电路中，相当于电流表，（A）错误；

当车辆很重时，滑动变阻器的滑片将会滑到最下端，接入电路的阻值为0，如果没有R1的存在，就会导致电路短路，烧坏电源和称重计，所以电路中的R1起到了保护整个电路的作用，（B）错误；

当车辆越重时，弹簧的压缩越大，滑动变阻器的滑片越往下，电路中电阻越小，回路中的电流越大，（C）正确，（D）错误．

点评 因滑动变阻器滑片移动引起电路动态变化问题，可将滑动变阻器的滑片分别移动至两个极端，让电阻最大或电阻为零，再去讨论整个电路的电流、电压或电功率变化问题．

4 结语

在高中电学中，闭合电路的欧姆定律是非常重要的知识点之一，原因在于整个电学问题都是以闭合电路的欧姆定律为基础的．本文以闭合电路的欧姆定律为出发点，运用了电路动态分析中最基本的方法——程序法，夯实了学生的电学基础，又运用了结论法来提高解题速度和解题效率，最后运用极限法，引导学生发散思维，提升了学生解决问题的能力和物理学科核心素养．电路中存在热敏电阻、光敏电阻、电容器、二极管等电学元件，在这类问题的实际分析过程中，需要灵活运用这些策略，并结合具体电路进行综合分析．

参考文献：

［1］边宗虎.高中物理电路问题动态分析［J］.中学教学参考，2014（35）：81.

［2］李如虎.科学方法在高中物理教学中的应用——以“直流电路的动态分析”为例［J］.物理通报，2016（12）：54-57.

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［4］杨方建.闭合电路欧姆定律解题应用探析［J］.名师在线，2017（11）：58-59.

［5］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.