动态电路问题分类分析

黄芳芳

[摘要]动态电路主要包括电路中开关通断、变阻器滑片移动、开关通断与滑动变阻器滑片移动共同作用等三种类型。电路中物理量的计算是近年来全国各地中考考查的重点与难点之一，关键是分析电路连接方式，找准物理量变化的原因，利用欧姆定律，串并联电路中电流、电压、电阻规律，利用电功及电功率等规律对电路进行分析，进而解决物理问题。

[关键词]动态电路;分类分析;变化规律

[中图分类号]G633.7

[文献标识码] A

[文章编号] 1674-6058（ 2020）35-0059-02

电路动态变化主要是由电路中开关的通断，滑动变阻器滑片的移动引起的，这类问题可以分为：（1）开关通断引起电路变化;（2）滑动变阻器引起电路变化;（3）开关与滑动变阻器共同作用引起电路变化。分析动态电路常见物理量的变化规律，可能用到的物理知识主要有：欧姆定律，串并联电路中电流、电压、电阻规律，电功及电功率等电学规律…。为此，本文以2019年山东省青岛市中考物理第26题为例，谈谈动态电路中物理量的确定，并以此为基础，探讨三种动态电路中物理量的确定。

一、原题展示

【问题背景】（2019.山东青岛，26）如图l甲所示，电源电压U不变，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器。闭合S，断开S1，S2接a时，移动变阻器滑片P，可得如图l乙I所示的电压表V1示数与电流表A示数的关系图线;闭合S和S1，S2接b时，移动变阻器滑片P，可得如图1乙中Ⅱ所示的电压表V2示数与电流表A示数的关系图线。

请计算：（1）电阻R1;（2）电源电压U、电阻R2。

分析：这是一道由变阻器滑片移动与不同开关通断共同作用而引起的电路动态变化的图像问题，以不同连接方式下静态电路为基础，在动态图像指引下解决静态电路问题，具有较强的综合性。本题图像中电流I1=0.1A与I2=0.3A并不是电流的最小值与最大值，即滑动变阻器滑片并没有移动到左、右两个端点，这是对本题理解的最大难点之一。

解：（1）当闭合S，断开S1，S2接a时，R2被短路，简化后的电路如图2甲所示，调节滑动变阻器，定值电阻R1的电压与电流的关系图线如图1乙中的I所示，以坐标（0.1 A，1.0 v）为例，R1=U1/I1=1.0 V/0.1 A=10Ω，则I2=0.3 A时，电压U2=I2R1=0.3A×10Ω=3V;

（2）当闭合S、S1，S2接b时，此时R，被短路，简化后的电路如图2乙所示，调节滑动变阻器，变阻器R3的电压与电流的关系图线如图1乙中的Ⅱ所示，以坐標（0.1 A，7.0 V）为例，U=U3+U：，即U=7V+ 0.1A-R2;再以坐标（0.3 A，3.0 V）为例，U=3V+ 0.3A-R2;联立求解可得：R2= 20 Ω、U=9V。

答案：（1）R1=10 Ω;（2）U= 9V、R2=20Ω。

点评：解决动态电路问题的基本方法可以按照图3步骤进行。（1）识别电路连接方式，简化电路;（2）寻找不同物理量之间的联系;（3）利用电学规律分析物理量的变化规律。

二、动态电路问题分类解析

1.开关通断引起电路变化

对由开关通断引起物理量变化问题，关键是根据不同开关通断情况分析电路连接方式，确定各电表测量的物理量;再根据电路连接方式，结合电学规律分析物理量变化趋势及变化规律;最后要能够将由不同开关通断引起的电路变化进行对比分析，寻找出共同点与不同处[2]，进而有效分析电路中的常见物理量。

【例1】在图4甲所示电路中，电源电压不变，小灯泡L的额定电压为4V，电流表（0- 0.6 A），小灯泡的I-U图像如图4乙所示。变阻器R1最大=20Ω，R2=10 Ω。S、S2闭合，S1断开，R1的滑片处于中点，L刚好正常发光，则下面选项正确的是（ ）。

2.变阻器型滑片移动引起电路变化

利用滑动变阻器滑片移动引起电路电阻变化，进而引起电路中常见物理量发生变化。这里按以下两种情况讨论：①含滑动变阻器的串联电路：由于电源电压不变，变阻器阻值变化，引起电路中电流变化，进而改变电路中电压、电阻等物理量发生变化;②含滑动变阻器的并联电路，电源电压不变，并联电路中各个支路互相独立、互不影响，所以含定值电阻的支路物理量都不变化，只改变含滑动变阻器支路中的物理量。

【例2】在图5甲中，U电源=8 V，Ro是定值电阻，R是变阻器，S闭合后，滑动滑片P时，U-I图像为图5乙，由图像信息知下列选项错误的是（ ）。

3.开关通断与滑片移动共同作用引起电路变化

开关通断与滑动变阻器滑片移动共同作用引起电路变化的问题，往往需要在分析电路连接方式的基础上，根据题意运用极限思维，即滑片在移动到变阻器不同端时物理量的确定[3]，解决这类动态电路问题的关键是分析动态电路中物理量的变化趋势，再结合题中已知物理量，对电路变化规律进行分析，特别是电路出现的最值量（如电压、电流、电阻等），是分析动态电路问题的突破口[4]。

【例3】如图6甲所示，闭合开关S，滑片从最右端滑至最左端时，小灯泡恰好正常发光，电流表示数与两电压表示数的关系图像如图6乙，下列说法中正确的是（ ）。

在分析动态电路中物理量的变化时，要注意电路连接方式，找准物理量变化的原因，利用欧姆定律，串并联电路中电流、电压、电阻规律，电功及电功率等规律对电路进行分析，进而明确物理量的变化规律。

[参考文献]

[1]侯中柱.赏欧姆定律之神奇析电表变化之奥秘[J].数理化学习（初中版），2016（9）：53-55.

[2]周江，巧解初中物理电路动态分析题[Jl.物理教学，2012（9）：43-44.

[3]赵勇功.突破“动态电路分析”的常用方法[J].中学物理教学参考，2015（4）：37-38.

[4]胡小波.2018年全国高考理综新课标卷I第23题的赏析与思考[J].物理教学，2019（4）：72-74.

（责任编辑 易志毅）