□劉長斌
構建電路模式破解電學難題
□劉長斌
“伏安法測量電阻”是初中電學部分最重要的實驗之一,實驗電路如圖1所示.根據歐姆定律及串聯電路的特點可以判定:當滑片P在移動時,兩種電表的示數變化趨勢相同,且當一只電表的示數達到某一最大(或最?。┲禃r,另一只電表的示數也相應達到某一最大(或最?。┲?若將圖1中的電壓表改測滑動變阻器兩端的電壓(如圖2所示),則兩種電表的示數變化趨勢相反.
圖1
圖2
縱觀近幾年全國各省市中考物理試題會發現,上述兩電路出現的頻率很高,有些題目讓考生感到無從下手.為了解決這一問題,我們可以從大家熟悉的電路中構建出兩種電路模式,將圖1、圖2分別構建為電路模式A和B.同學們在理解模式A、B中各電表示數變化規律的同時并對規律加以記憶,解題時能充分挖掘電路模式,可使解題速度與正確率得到很大的提高.
例1如圖3所示,電源電壓保持不變,將變阻器的滑片P向右滑動時,則下列說法中正確的是().
圖3
A.V1示數增大,V2示數減小,A示數減小
B.V1與V2示數不變,A示數不變
C.V1示數減小,V2示數增大,A示數減小
D.V1示數減小,V2示數減小,A示數減大
解析:圖3是定值電阻R1與滑動變阻器R2串聯,V1、V2兩表分別測R1與R2兩端的電壓,判定此電路為電路模式A、B的疊加,即V1與A表示數變化趨勢相同,V2與A表示數變化趨勢相反,所以當滑片P向右端滑動時,R2阻值變大,A示數變小,V1示數變小,V2示數變大,故此題答案選C.
例2如圖4所示電源電壓保持不變,當滑片P在某兩處(不在兩端)之間滑動時,電壓表示數變化范圍是1~6V,電流表的示數變化范圍是0.5~1A,則電源電壓U總=_________,R1=_________.
圖4
解析:判定此電路為模式B,V與A兩表的示數變化情況相反,即電壓表示數為最小值1V時,對應著電流表示數的最大值1A;電壓表示數為最大值6V時,對應著電流表示數的最小值0.5A.則有:
將(1)(2)組成方程組解得:
U總=11V,R1=10Ω.
例3如圖5所示,標有“3V 4.5W”的燈泡RL與最大阻值為50Ω的滑動變阻器R1、電流表串聯在電路中,電壓表并聯在R1兩端,電源電壓為16V.若電流表的量程為0~3A,電壓表的量程為0~15V.為不損壞電表和電路元件,變阻器R1接入電路的阻值應在什么范圍內變化?
圖5
解析:判定此電路為模式B,即兩表示數的變化情況相反.當R1阻值最小時,A表示數最大,最大值為
(此時I總不能取最大量程值3A)
當R1阻值最大時,A表示數最小,V表示數最大,即U1=15V,
所以R1的阻值應在8.7~30Ω之間變化.