构建电路模式破解电学难题

□刘长斌

构建电路模式破解电学难题

□刘长斌

“伏安法测量电阻”是初中电学部分最重要的实验之一，实验电路如图1所示.根据欧姆定律及串联电路的特点可以判定：当滑片P在移动时，两种电表的示数变化趋势相同，且当一只电表的示数达到某一最大（或最小）值时，另一只电表的示数也相应达到某一最大（或最小）值.若将图1中的电压表改测滑动变阻器两端的电压（如图2所示），则两种电表的示数变化趋势相反.

图1

图2

纵观近几年全国各省市中考物理试题会发现，上述两电路出现的频率很高，有些题目让考生感到无从下手.为了解决这一问题，我们可以从大家熟悉的电路中构建出两种电路模式，将图1、图2分别构建为电路模式A和B.同学们在理解模式A、B中各电表示数变化规律的同时并对规律加以记忆，解题时能充分挖掘电路模式，可使解题速度与正确率得到很大的提高.

例1如图3所示，电源电压保持不变，将变阻器的滑片P向右滑动时，则下列说法中正确的是（）.

图3

A.V1示数增大，V2示数减小，A示数减小

B.V1与V2示数不变，A示数不变

C.V1示数减小，V2示数增大，A示数减小

D.V1示数减小，V2示数减小，A示数减大

解析：图3是定值电阻R1与滑动变阻器R2串联，V1、V2两表分别测R1与R2两端的电压，判定此电路为电路模式A、B的叠加，即V1与A表示数变化趋势相同，V2与A表示数变化趋势相反，所以当滑片P向右端滑动时，R2阻值变大，A示数变小，V1示数变小，V2示数变大，故此题答案选C.

例2如图4所示电源电压保持不变，当滑片P在某两处（不在两端）之间滑动时，电压表示数变化范围是1～6V，电流表的示数变化范围是0.5～1A，则电源电压U总=_________，R1=_________.

图4

解析：判定此电路为模式B，V与A两表的示数变化情况相反，即电压表示数为最小值1V时，对应着电流表示数的最大值1A；电压表示数为最大值6V时，对应着电流表示数的最小值0.5A.则有：

将（1）（2）组成方程组解得：

U总=11V，R1=10Ω.

例3如图5所示，标有“3V 4.5W”的灯泡RL与最大阻值为50Ω的滑动变阻器R1、电流表串联在电路中，电压表并联在R1两端，电源电压为16V.若电流表的量程为0～3A，电压表的量程为0～15V.为不损坏电表和电路元件，变阻器R1接入电路的阻值应在什么范围内变化？

图5

解析：判定此电路为模式B，即两表示数的变化情况相反.当R1阻值最小时，A表示数最大，最大值为

（此时I总不能取最大量程值3A）

当R1阻值最大时，A表示数最小，V表示数最大，即U1=15V，

所以R1的阻值应在8.7～30Ω之间变化.