电路分析的方法.doc

物理小课题研究电路分析的方法物理小课题研究电路分析的方法选题背景：电学是初中物理学习的重要知识之一，也是中考时涉及比重最大的一部分，在20102011年的中考中，满分为70分的物理，电学部分的试题分数占到24分，占总分的三分之一强，而学生在做这些题目时做的不好，失分很多。在电学里面很多的规律定律和公式学生由于掌握不牢、运用不灵活是导致失分的一个原因，而我认为电路分析不对是学生解题不好的一个前提。电路分析不对，后面的分析计算都是白费。面对分数比重大，学生失分多这一现状，根据自己的教学实际，特来研究解决这一问题。教情分析：纵观历年的中考题，可以发现电学题型的不断变化和创新其实始终离不开基本的原理和思维方法，并通过这些原理和思维方法来分析和解决一些研究性和创新性的问题。电学中电路分析又是解决这些问题的前提，它形象地展示出电路结构，直观地表达各物理量之间的关系，对我们学习电学知识有着非常重要的意义。虽然电路可以千变万化，但万变不离其宗，只要正确分析几种基本变化因素对电路的影响，便有利于学生正确地掌握电学概念，解决电学问题。学情分析：学生在电路的分析中，主要存在以下困惑：1、对基本的串并联电路分析不清。2、不能正确分析开关对电路的影响。3、不能正确分析滑动变阻器对电路的动态变化影响。4、电压表和电流表对电路的影响分析混乱。实施过程：一、对基本电路的分析：存在困惑：部分同学对基本的串并联电路的分析或判断不清。包括电路的分析、实物图的连接、电路图的画法及电路的设计。原因剖析：（1）个别同学对串并联电路的基本特点理解不好。 （2）对电路中有多条路径（三条或以上）的题分析不透。 （3）对稍微复杂的电路（路径多，有电表）思路不清，分析不全。学法指导：第一个问题可以采用识别串并联电路的最基本方法电流流向法来解决。所谓的“电流流向法”，就是当电流从电源正极流出，依次流过每个元件的是串联；当在某处分开流过若干个支路，最后又合到一起，则表明该电路为并联。对电路中有多条路径（三条或以上）的题可用“移点法”来解决。所谓“移点法”，就是在识别不规范电路过程中，不论导线有多长，只要其间没有电源、用电器等，导线的两个端点均可以看成同一个点，从而找出各用电器两端的公共点。简化电路，并画出等效电路图，这样便可简便有效地分析电路。如下面这个例题。这道题可以说是在学习串并联电路时比较典型的一个例题，偏偏不少同学在分析时出现问题。有的认为是串联电路，还有的认为是故障电路，R1应该被短路了，而其实际上是一个标准的并联电路。这个电路的分析我们就可以用移点法来简化电路，画出它的等效电路图（如下）有些看似稍微复杂的电路图用这种方法来进行简化，便可得到相对较容易分析的一个电路。就像西游记里的妖怪，虽然看着挺恐怖挺可怕的，但被打回原形后都是些可爱的兔子、道童啥的，跟我们的最终的电路图一样，其实它们就是一些纸老虎。对稍微复杂的电路（路径多，有电表）可用“去表法”进行分析。由于电压表的内阻很大，并联在电路中时，通过它的电流很小，可忽略不计，故在电路中去掉电压表，不会影响电路结构，电压表所在之处可视为断路。而电流表的内阻很小，串联在电路中几乎不影响电路的电流强度，因而在电路分析中，可视其为一根导线，去掉后改成一根导线即可。这样便可初步简化电路来分析，把用电器的工作情况分析完之后，再把表加上去，看它们的测量情况。典型例题：上面这个电路图看似复杂，只不过电表多而已。利用去表法把电流表的位置换成导线，把电压表看成断路。便可清楚地看到这是R2与R1串联的电路，然后看表，V1测R1两端电压，V2测R2两端电压，V测电源电压。分析完后，根据串联特点来进行分析计算即可。二、开关对电路影响的分析存在困惑：不能正确地根据某个开关的断开或闭合分析电路是串联还是并联电路，会使电路结构发生怎样的变化。特别是由于开关的闭合会使哪部分电路发生短路分辨不清。知识点拨：开关是电路的重要组成部分，它对电路的变化起着至关重要的作用，主要表现为：（1）短路；（2）断路；（3）通路。开关的断开与闭合将影响到电路哪部分短路、断路或通路，影响到电路是组成串联电路还是并联电路，使电路的结构发生如何变化，正确地分析开关对电路的影响是解决问题的关键。学法指导：解决这类问题的方法主要是采用“擦拭法”，即把闭合的开关连成导线，断开的开关擦去，然后再来分析电路。闭合哪个开关是串联，闭合哪个开关是并联电路，亦是同理。典型例题：如图所示，若将L1、L2与电源接成串联电路，应闭合开关_；若将L1、L2与电源接成并联电路，应闭合开关_；闭合开关 会造成用电器短路；同时闭合开关 是不允许的。 思路分析：如图，我们可以按电流的流向（电源正极电源负极）分析，若要使L1、L2组成串联电路，可知电路中电流只有一条流通路径，即不能出现分流，所以分析可知需闭合开关S、S2；若要使L1与L2并联，则可知电流需有两条流通路径，分别通过L1和L2，即电流通过L1和L2之前就需分流，由此可知需闭合开关S、S1和S3；当闭合开关S、S1、S2时，由于导线的电阻很小，所以在两点之间会使灯泡L1短路；不允许的情况是电源短路（也称整体短路），即电流由电源正极直接通过导线流向电源的负极，这时会使电路中的电流过大，引发事故，即不能同时闭合开关S、S1、S2、S3。三、滑动变阻器对电路动态变化影响的分析存在困惑：不少同学在判断电路的过程中，不能根据滑动变阻器滑片移动对电路中总电阻的变化情况而引起的电路中电流的变化、各用电器两端的电压变化和用电器的工作情况。知识点拨：滑动变阻器在电路中的主要作用是通过改变电阻丝在电路中的长度，来改变连入电路中的电阻，从而改变所研究电路部分的电流和电压值；同时还可防止电路中的电流过大，从而起到保护电路的作用。学法指导：滑动变阻器对串联电路的影响可以从五个步骤来依次分析：判断动态源滑动变阻器RP的变化；进而判断电路中总电阻R=R0+RP的变化情况；依据I，判断干路电流的变化；依据U0=IR0判断定值电阻的电压变化；最后根据UP=UU0来判断动态源的电压变化。而这里有一个非常重要的不变量，就是定值电阻R0的阻值不变，它在电路中起到转折的作用。当然滑动变阻器也可由电阻箱（或同一电路接入不同的定值电阻）来替代研究，此分析方法仍然适用。典型例题：在下图中，当滑动变阻器的滑片向右移动时，电流表和电压表的示数会如何变化A.电压表读数变小，电流表读数变小 B.电压表读数变大，电流表读数变小C.电压表读数不变，电流表读数变小D.电压表读数变小，电流表读数变大思路分析：由电路图可知，这是一个串联电路，电压表测的是定值电阻两端的电压；电流表测的是电路的总电流，即I=IP=IR。根据上述分析的五步骤可解为：当P向右端移动时，RP变大；总电阻也会变大；因电源电压不变，故I变小；又因定值电阻不变，I变小，即UL=IRL变小；而电源电压不变，所以UP=UUL变大。最后可判断选A。四、电压表和电流表对电路影响的分析易错问题：在实验操作中易出现的错误A电流表和电压表的正负接线柱容易接反B电流表和电压表的量程选择不当C滑动变阻器接线柱错误D电流表并联，电压表串联知识点拨：电压表是用来测量导体两端电压大小的仪表，应与被测导体并联；而电流表是用来测量通过导体中的电流大小的仪表，应与被测导体串联。但考试中往往需借助电流表、电压表的特性来分析：（1）电路中出现的故障；（2）简单电路图的设计。学法指导：（一）实验操作要注意的问题A电流表和电压表的正负接线柱容易接反。导致现象：指针向左偏转。遵循的原则是电流从“+”接线柱进，“”接线柱出。B电流表和电压表的量程选择不当。选择太小，超过量程，太大，读数不精确。原则：采用“试触法”，先用大量程试触，看指针偏转角度，进行量程的选择。C滑动变阻器接线柱错误。接上面两个接线柱，使接入电路的电阻几乎为0；接下面两个接线柱，使接入电路的电阻为最大值，且不可改变，也就是起不到滑动变阻器应有的作用。原则：接滑动变阻器必须是“一上一下”两个接线柱，且要看接入电路的是哪段电阻丝。D电流表并联在电路中，容易烧坏电流表；电压表串联在电路中，用电器无法正常工作，电压表示数为电源电压。典型例题：在一次用电压表和电流表测电阻的实验中，同学们按图中的电路图把各器材连接好后，甲同学用电流表测电流时，发现指针偏到左边没有刻度的地方，这是因为_；乙同学用电流表测电流时，发现指针偏到右边没有刻度的地方，这是因为_；丙同学发现电流表示数很小，电压表指针左偏转不大，且随意移动滑片P，两表指针几乎不动。那么连接错误的是_。思路分析：本题是通过电压表和电流表的指针变化情况来分析实验结果的。初中物理实验中用的电流表和电压表左边刻度为零，右边刻度为其测量的最大值，若指针偏向零刻度的左边，说明电表的“+”“”接线柱接反了。若指针偏向右边没有刻度的地方，说明所测量的值超出电表所选的量程，产生的原因可能是电源电压太大，或滑动变阻器接入电路中阻值过小，或电表所选择的量程过小，或Rx出现开路所造成。因此甲、乙两同学的故障很快就能分析出来。而丙同学出现的问题是电流表示数很小，说明电路中的电流很小，由I可知，在电压一定时，接入电路中的电阻很大，且电压表的示数左偏不大，即Rx两端的电压Ux较小，也就反映了UP上电压较大，由RP=可知，RP的阻值较大，且移动滑片P时，对电路没有影响，最后就可判断连接错误的原因是滑动变阻器接线时同时接到下面两根接线柱了。（二）利用电表检测电路故障或设计电路测电阻值。典型例题：如右图所示电路中，当接通开关S后，发现电流表指针偏转，电压表指针不动，则故障可能是（ ）AL1的灯丝断了 BL2的灯丝断了CL1的接线短路 DL2的接线短路思路分析：电流表的指针偏转，说明故障不应该是断路，而是短路，电压表测L1两端电压，指针不动，所以短路的应该是L1，故选C。典型例题：手边有一个电池组，一个已知阻值为R0的电阻，开关和导线若干。要求只能使用2个电流表（或只能使用2个电压表）测量一个阻值未知的电阻的Rx阻值，画出测量的电路图。思路分析：由R可知，要测出Rx的阻值，需测出Rx两端的电压Ux和通过Rx的电流Ix，可在只有电流表（或电压表）的情况下，只能测出电流值（或电压值），于是可借助定值电阻R0与电流表结合来代替电压表（或与电压表结合来代替电流表）。所以方案就有：选两只电压表，就应把R0与Rx串联，电压表分别测出R0与Rx两端的电压，根据串联电路电流相等的特点，利用比值法可求出Rx的阻值；选两只电流表，就应把R0与Rx并联，用电流表分别测出通过R0与Rx的电流，根据并联电路电压相等的特点，利用比值法可求出Rx的阻值。当然以上几个例题并不能反映所有题型的要求，但是它始终脱离不了上述几种分析的基本方法，如果你能掌握电路分析的基本方法，并将它们有机结合在一起，综合分析，那么你就能以不变应万变，创造性地解决电路中各种复杂的问题。平行练习：一、单项选择题 1、如右图，滑动变阻器滑片向右滑动，以下正确的是（ ）A、A1变大，A2不变 B、A1不变，A2增大C、A1不变，A2减小 D、A1减小，A2不变2、如右图，滑片向左滑动，下面正确的是（ ）A、V1变大，V2变小 B、V1变小，V2变大C、V1不变，V2变大 D、V1不变，V2变小3、在图所示的电路中，电源电压保持不变，当开关S闭合，滑动变阻器的滑片P向右移动时，电流表和电压表的示数的变化情况分别为()A电流表的示数变小，电压表的示数变大B电流表的示数变大，电压表的示数变小C电流表的示数变小，电压表的示数不变D电流 表的示数变小，电压表的示数变小4、如图所示，电源电压不变，当滑动变阻器的滑片P向右图6AVSRP移动时，电流表和电压表的示数变化情况是（ ）A电压表的示数增大，电流表的示数减小 B电压表的示数增大，电流表的示数增大C电压表的示数减小，电流表的示数增大D电压表的示数减小，电流表的示数减小 二、多项选择题1、下面说法正确的是（ ）A、S1 S2 S3都闭合，L1 L2 L3 并联 B、S1闭合，S2 S3断开，L1 L2 L3并联C、S1 S2闭合，S3断开，只有L1亮 D、S1 S3闭合，S2断开，只有L3亮 2、如图，电流表A1 A2 A3的示数分别为0.4A、 0.3A 、0.6A，则下列正确的是（ ） A、IL3=0.4A B、IL1=0.2A C、IL2=0.1A D、总电流是0.6A三、填空题1、如图所示 ，当S1、S2都闭合时L1、L2、L3是 联；当S1、S2都断开时，L1、L2、L3是 联；当S1