初中物理电学解题思维能力“进阶”训练

李剑

【摘要】本文通过静态电路、动态电路、应用电路定性分析和计算的例题，进阶巩固学生基础解题能力，再通过电路图表信息与电学综合计算的综合能力训练题，进阶提升学生的解题思维.通过合理的梯度设计和严谨的思维逻辑设计，进阶培养学生的解题思维，提高学生的认知水平.

【关键词】初中物理;电学解题;“进阶”训练

1 静态电路分析

静态电路分析的关键是简化电路：电压表当断路，电流表当导线，开关闭合当导线，开关断开当断路，得出电路基本结构;根据电压表掐谁两端测谁电压，流过电流表的电流流过谁测谁电流，完成电流的分析;根据电路规律得出电压、电流和电阻的关系.

例1 小明同学设计了如图1所示的电路，闭合开关后，电压表V1的示数為1.5V，电压表V2的示数为0.6V，则该电路中（）.

（A）两灯并联. （B）表V1测电源电压.

（C）表V2测电源电压. （D）电源电压为2.1V.

首先，因为电压表相当于断路，所以在电路图中抹去电压表，得出等效电路图，电流从电源正极去到负极的过程中依次经过L1与L2，只有一条电流路径则L1与L2串联.

其次将电压表依次接入，表V1接在甲乙两端，如图1所示电路甲乙两点间是L1（或甲乙两点间电流通过L1），所以表V1与L1并联，即表V1测L1两端的电压，表V2接在丙丁两端，如图2所示电路丙丁两点间是L2（或丙丁两点间电流通过L2），所以表V2与L2并联，则表V2测L2两端的电压.

最后，根据串联电压规律（串联电路中总电压等于各分电压之和）得电源的电压U=U1+U2=1.5V+0.6V=2.1V.故答案选D.

例2 如图3甲所示电路，闭合开关S后，两个灯泡都能发光，乙图为电流表A1指针的位置，电流表A2读数是0.6A.则（）.

（A）电流表A1测灯泡L1中的电流.

（B）灯泡L1和L2串联.

（C）通过灯泡L1中的电流为0.9A.

（D）开关S只控制灯泡L2.

首先，简化电路如图4所示，两灯并联，A1测量干路电流I总=1.5A，A2测量通过L2的电流I2=0.6A;由于并联电路中，干路中的电流等于各支路电流之和，则通过灯L1的电流为：I1=I总-I2=1.5A-0.6A=0.9A.故C正确.

2 动态电路定性分析

动态电路主要类型有两种，一种由滑动变阻器实现，一种由开关实现.在分析由滑动变阻器实现的动态电路时，可以先简化电路，然后在简化电路图中调节变阻器，分析变阻器接入电路中的阻值发生变化时，根据欧姆定律分析电路各处电流、电压、电功率的变化.

例3 如图5所示的电路中，电源电压保持不变，灯泡L的电阻保持不变，闭合开关S后，将滑动变阻器R的滑片P向左移动的过程中，下列说法正确的是（）

（A）电压表V1示数变大，电压表V2示数变小.

（B）电流表A示数变大，灯泡L亮度变亮.

（C）V1表示数的变化量等于V2表示数的变化量.

（D）V2表示数与A表示数的比值变小.

首先，简化电路得出灯泡L与滑动变阻器R串联.

其次，分析电表测量对象，V1测L两端的电压V2测R左边部分两端的电压，A测电路中的电流.

然后，动态分析时先分析电流再分析电压，将滑片P向左移动的过程中，滑动变阻器接入电路中的电阻不变，电路中的总电阻不变，由欧姆定律可知，电路中的电流不变，即A的示数不变;由U=IR可知，L的电压不变，即电压表V1的示数不变;L的电压、电流不变，则灯泡的亮度不变，变阻器与电压表并联部分的电阻变小，根据U=IR可知，电压表的示数变小，即电压表V2的示数变小.

最后，分析综合关系，V1表示数的变化量为零小于V2表示数的变化量;V2表示数与A表示数的比值是与电压表并联部分的电阻，所以变小.故D正确.

例4 如图6所示的电路，闭合开关S、S1后，以下说法正确的是（）

（A）灯L1、L2串联.

（B）L1、L2两端的电压可能不相同.

（C）断开S1后，电流表A1示数变小.

（D）断开S1后，电流表A2示数变小.

首先，闭合开关S、S1后，由简化电路图可知L1与L2并联，根据电流路径分析可知，A1测L1支路的电流，A2测干路电流.

其次，根据并联电路规律得出，L1、L2两端的电压一定相同;然后，进行动态分析得断开S1，L2被断路，电路为L1的简单电路，两电流表均测通过L1的电流.

最后，进行综合分析，因并联电路各支路互不影响，所以通过L1的电流不变，即电流表A1的示数不变，少了一条支路的电流，则电流表A2示数变小.故D正确.

3 静态电路的计算

在串联或并联电路中，利用欧姆完成解题的主要思路是：首先画出简化电路图;其次将题目的已知条件和所求标识在图中;然后根据电路的规律和公式“知二求一”的原则完成解题即利用电路的等量、在同一位置有两个物理量就可以利用公式“知二求一”解出其它物理量或同一物理量在不同位置则可以求出其它位置的这一物理量;最后，根据已知依次完成解题.

例5 如图7所示将一个标有“9V 0.6A”字样的小灯泡，接入电源电压是15V的电路中，要想让灯泡正常发光，应该（）

（A）串联一个10Ω的电阻.

（B）串联一个25Ω的电阻.

（C）并联一个10Ω的电阻.

（D）并联一个25Ω的电阻.

因为灯泡的额定电压为9V<电源电压为15V，所以要使灯正常发光应该串联一个电阻来分压.根据串联电路电压的规律（根据电压规律，知两处电压求第三处电压）得串联接入的电阻电压UR=U-UL=15V-9V=6V.又因为串联电路中各处的电流相等（串联电路的等量），所以电路中的电流I=IL=0.6A.根据电阻的电压和电流（同一处利用公式知二求一）得出电阻的阻值R=URI=6V0.6A=10Ω.故A正确.

4 动态电路的计算

动态电路的解题原则是“化动为静”.首先分析电路，即了解电路的联接方式和电表测量什么量;其次，调节滑动变阻器观察电路中各元件电压与电流变化的情况;然后，根据题目的安全限制条件或具体要求将题目归类为两个静态;最后，在两个静态电路中电路的规律和公式“知二求一”的原则完成解题或者建立电源电压的求解方程联立求解.

例6 某物理兴趣小组设计的电子身高测量仪电路图如图8所示，其中电源电压恒为4.5V，定值电阻R1=6Ω，滑动变阻器R2的规格为“15Ω 0.3A”，电压表的量程为0～3V，电流表的量程为0～0.6A.为了保证电路中各元件安全工作，变阻器R2接入电路的阻值范围是（）.

（A）3Ω～12Ω. （B）3Ω～15Ω.

（C）9Ω～12Ω.（D）12Ω～15Ω.

首先，简化电路可知R2与R1串联，电压表测R2的电压，电流表测电流;其次将滑片向下滑动时，R2接入电路中的阻值减少，电路中的电流增大，串联分电阻越小分到的电压越少，电压表的示数越小，反之亦然.

其次，划分为两个静态电路，即明确电流最大时，R2的阻值最小，电压表的示数最大时，R2阻值最大.

最后，在安全的条件下，依据静态电路中电路的规律和公式“知二求一”的原则完成解题或者建立电源电压的求解方程联立求解.

因为电流表最大示数为0.6A，而R2允许通过的最大电流为0.3A，依据串联电流规律和“保安全取小值”可知电路中的最大电流为0.3A，所以当I1=0.3A，滑动变阻器接入电路中的最小电阻，电路的总电阻R总=UI1=4.5V0.3A=15Ω，滑动变阻器接入电路中的最小电阻R2min=R总-R1=15Ω-6Ω=9Ω;当电压表的示数U2′=3V时，变阻器接入电路中的阻值最大，此时R1两端的电压U1=U-U2′=4.5V-3V=1.5V;电路中电流I2=U1R1=1.5V6Ω=0.25A;滑動变阻器接入电路的最大阻值R2max=U2I2=3V0.25A=12Ω;故滑动变阻器的阻值范围为9Ω～12Ω.故C正确.

5 结语

总之，学生的学习过程就是从入门至精通的进阶过程，我们可以从知识和能力综合的维度进行梯度设置，通过静态电路掌握简化电路与电路分析强化内核，通过动态电路及其应用中的定性分析，综合应用电路的规律和欧姆定律进行分析逐步夯实电学的基础，通过静态电路和动态电路的定量计算进行进阶强化训练，促进学生思维的发展.