电路图的简化
正确辨识电路图,是高中中学生的最基本的能力要求,一些热学估算也总是要事先进行电路情况剖析,高考中所占比重较大,高考中的热学压轴题的难点、关键点常常就是电路辨识问题,是普遍中学生认为无法读懂,而且也是小学学习及之后从事涉及热学知识工作中都会常常遇见的问题,因而,必须高度注重。
一、串、并联电路的概念及特征
“两个小灯泡首尾相连,之后接到电路中,我们说这两个灯泡串联”和“两个小灯泡的两端分别连在一起,之后接到电路中,我们说这两个灯泡是并联”
我们从上述关于串联和并联的定义中不难看出串、并联电路的特性,串联电路只有一条通路,各用家电通则都通,断则都断,相互影响,无论开关接在何处均控制整个电路,而并联电路有两条或多条大道,各用家电独立工作,支路的开关控制整个电路,大道的开关只控制其所在的那一路。
二、串、并联电路的判定方式
1.用家电联接法剖析电路中用家电的联接法,挨个顺次联接的是串联,并列接在电路两点间的是并联。
2.电压法在串联电路中电流没有分支,在并联电路中支路的电压在分支处分成了几部份。
3.共同接点数法在串联中,某一用家电与另一用家电只有一个共同的联接点,而在并联中,某一用家电与另一用家电有两个共同的联接点。
4.在剖析电路联接情况时,从电源负极开始,沿着电压的方向,始终到电源的正极。
5.因为在高中阶段多个用家电的联接不涉及混联,因此对于中学生来说,电路联接的最终结果只能是电路两种基本联接形式──串联和并联之一。
6.因为电路图画法的多样性,也导致中学生不习惯而无法分辨,此时只须将原电路图整理改画成常见的标准方式,透过现象看本质。如图1的标准方式是图2,图3的标准方式是图4,图5的标准方式是图6,另外图7、图8都可把它画成标准方式的。
三、几个常见电路器件的特殊处理
我们在剖析电路联接情况时,常常是针对用家电而言的,其它器件如开关、电压表、电流表等这种“拦路虎”,对我们剖析比较复杂的电路来说负面影响很大,假如既可将有些器件从电路图中拿掉,又能保证这些器件拿掉后不影响用家电的原联接情况的的话,原电路图就可以得到简化,以便揭露“庐山真面目”。因此,我们完全可以根据所拆器件的特点进行简化,其方式是:
1.开关若是开关闭合,就在原开关处画一导线连通,若是开关断掉,就将此路完全去除不要。
2.电流表因为电流表的内阻很大,因而可把连电流表处当作开路,只须把电流表拿掉即可。
3.电压表因为电压表的内阻很小,因而可把连电压表处当作漏电,电压表拆下处要用导线连通。
通过上述方式所得的简化图表示出的用家电联接情况即为原电路中用家电联接情况。此步最好在草稿纸上,用钢笔先画出原电路图后,从电源负极开始,逐一依序增删,直至电源正极为止。诸如,我们要判定图9中当开关S和S都断掉时,内阻R、R和R的联接情况,对开关、电压表、电流表依序进行简化后的电路图分别如图10、11和12所示。我们从图12不难看出阻值R和R串联。
图9图10图11图12
四、关于电表示数问题
首先弄清楚各水表是测的哪些数学量,电压表测的是通过那个的电压就是看它串在哪一路上,电流表测的是谁的电流就看电流表直接接在谁的两端(注意:电源电流是总电流即最高电流,如在图10中,不能说电流表测的是电源与R1的总电流,而只能说是R3的电流)。有时对比较复杂的电路,还须要结合上述第三条将电路简化后,再将水表按照原电路图逐一还原到电路中去判定,以增加难度。
五、滑动变阻器的变化
首先弄清楚滑动变阻器的联接情况。因为滑动变阻器的使用是“一上一下,各用一个”,连入电路的就是滑片与下接线柱间的这部份,好多人在电路图上看不懂滑动变阻器的联接情况,就是没懂其实物联接与器件符号是完全一致的道理,当然,当滑片滑动时我们就可在电路图上直接看这部分是变长了还是减短了,进而确定其连入电路的电阻是减小了还是减少了,只有真正弄清楚了这个问题能够进一步弄清楚其电压、电压变化的情况,以及整个电路的阻值变化,电压、电压变化的情况。如图13中滑动变阻器的器件符号上画有斜线部份为连入电路部份。
图13图14
图15图16
上述电路剖析的分解方式,仅为“山穷水尽”者提供一个化难为易扎紧基本功的辅助策略电路图初三物理,应用之可有“柳暗花明”之欣慰。实际上,我们对电路的剖析是一个复杂的综合体,必须全盘考虑且要求思维的流畅性和闪电性,无须受上述方式的羁绊,只有在必要时才有选择地灵活地综合地变通地运用,要注意将各方式视为参与物理反应的反应物,我们所希望的是这种反应物参与物理反应生成新物质,发生质变,发散中有求异,否则将会弄巧成拙而事倍功半的。下边瞧瞧2003年中试题中估算题的电路吧。图14(北京市图8)中,要立即看出,当S1、S2断掉时,内阻R1与R2串联,电流表测的是R2的电流,电压表测的是通过R1或R2的电压;对当S1、S2都闭合时,内阻R2被漏电,R1和R3并联,电压表测的是支路电压,电流表的示数为0,等等情况,应了如指掌。图15(西安市图23)中,当S1和S2断掉时,L和R1串联,当S1和S2闭合时,R1和R2并联;各类情况下,变阻器R1是将Pb部份连入电路,滑片P向a端滑动时,其连入电路的电阻是减小,若滑片P向b端滑动时其连入电路的电阻是减少,电流表的示数不变,均为电源电流,等等,要胸有成竹。图16(云南省图11)中的情况又怎样呢?对有良好的知识、技能和心理素养的来说,这问题也只不过是一戳就穿的纸老虎哟!
值得一提的是,好多人对开关的通断、滑动变阻器的滑片滑动等这种动态的情况,形成惧怕心理,一头雾水,不知所措,虽然我们只需保持脑子清醒,分清各类情况最重要,混杂不清孤立地静止地看问题是常见病,记住各个击破是正途,操之过急和知难而退不可取!学习患无疑,疑则有进,大胆尝试,重视自身案例剖析,反省过失,只要不犯重复性错误,一次次错误不正一步步迫近正确吗?人非圣贤,孰能无错,知错就改吧,没有人能随随排便成功,“所有坚忍不拔的努力迟早会取得酬金的”,彩虹总在风雨后。
第一种方式叫首尾相接法,假如是全都是首尾相连就一定是串联,若果是首首相连,尾尾相接,就一定是并联。若果是既有首尾相连,又有首首相连,则一定是混联。
第二种方式叫电压流向法,依照电压的流向,来判定和串并联的特性,来判定串联、并联和混联电路。
第三种方式,叫手捂法,含意是任意除去一个用家电,其他用家电都不能工作的一定是串联;任意除去一个用家电,其他用家电都能工作就一定是并联;任意除去一个用家电,其他用家电部份能工作的一定是混联。
第四种方式,叫节点法(我十分喜欢这一种方式)
⑴标出等势点。依次找出各个等势点,并从高电势点到低电势点顺次标清各等势点字母。
⑵捏合等势点画草图。即把几个电势相同的等势点拉到一起,合为一点,之后假想提起该点“抖动”一下,以理顺从该点向上一个节点电压方向相同的阻值,这样逐点依次画出草图。作图时要注意标出在每位等势点处电压“兵分几路”及与下一个节点的连接关系。
⑶整理电路图。要注意等势点、电阻序号与原图一一对应,整理后的等效电路图力求规范,便于估算。
电路图的辨识是小学数学热学学习的基础,将复杂的电路图改画成简单电路可使电路器件的串、并联情况显得清晰,易于估算和解答,按照中学数学中的电路图情况,介绍如下几种电路图的简化方式:
1、删简法初学电学者常常会由于电路中的水表跟用家电相混而阻碍对电路的正确剖析,所以,应讲清水表可删的道理和删后的处理办法,如图1若已知电流表示数和内阻,求电压表示数,则删简后电路图如图2
2、伸缩变位法有的习题或思索题。故意给出不规范的电路图,若不进行电路图的改画,都会导致解答困难。因此,应讲清可将导线理想化,无论导线宽度怎样,其阻值均为零,所以,可按照情况将导线伸长、缩短或变型,适当变更电路器件的位置,使电路器件的串、并联的关系显得清
3、共端法若几个用家电的一端通过连接线方式共端时,其电路图可用共端法进行改画,如图5沿电压的方向R1的上端和R2R3的下端都可联接到电瓶的负极,而另一端则都可联接到电源的正极上故可改画成图6
如图7,用笔将电瓶负极相连的连接线画成颜色,其共端情况都会非常显著,便可以改画成图8
4、滑动变阻器分段法有滑动变阻器的电路图,可依照滑片的接触位置,把滑动变阻器改画成两个串联的内阻,以易于电路剖析,如图9改画成图10
5、翻转法对于并联电路,采用翻转法来进行改画以便弄清联接关系,如图11中的R3大道翻转到上面去,即成为图12或将R1R2的串联大道翻转到下面去。
6、等效法在总备考阶段,可依照中学生的学习情况,适当教给中学生一些等效电路的知识。使中学生对于电路图的简化和改画的意义有更深刻的理解,以提升教学疗效,如图13等效成图14或图15,通常学生是不难理解的。
为了更好的达到电路图简化的教学目的,教学中应注重以下几点:
(1)、讲清改画电路图的重要性,有的中学生自以为看图能力强,嫌麻烦,不愿进行改画,凡这样的中学生,其考试成绩总高于她们的实际水平,针对这些情况,要借助精典例题进行教育、引导,使她们认识到,即使耗费一点时间,但可防止欲速则不达的失误,并养成认真改画和检查的好习惯。
(2)、灵活应用各类技巧,应该让中学生懂得改画一个电路图常常须要同时运用几种方式才行,所以须要多讲例题和多做习题,以增强灵活运用各类方式的能力。
(3)、注意改画电路图的原则,改画电路图时,电路改变不宜过大,考虑中学中学生的实际能力。对中学电路图的改画应指出两个原则:a、电池位置通常不动。b、电路变动不宜过大。如图16改画成图17中学生就容易读懂,而改变成图18对于中学生来说变动的幅度就有点过大了。
?第七步:将电流表和电压表添加到等效电路图中,剖析各电压表和电流表示数之间的关系。(借助原则七)
精典例题选讲
例1:在如下电路图中,开关S闭合后,电流表V1的示数是2.5V,V2的示数是1V,倘若A2的示数是0.2A,这么A1的示数是多少?试求两只灯泡两端的电流。
剖析:第一步:将开关弄成导线;第二步:将电压表弄成导线;第三步将电流表去除。
第四步(略)第五步:判定用家电联接形式
V2
V1
L1
L2
A1
A2
很其实,电路中两个灯
泡是串联的。
第六步:按照原则四,晓得电流表V2处断掉电路图初三物理,所以没有电压从A1流过,示数为零;按照滑移法晓得V1和电源并联,测电源两端电流。V2和L2并联,测L2两端
电流。
第七步:等效电路图如下:
v1
v2
L1
L2
A2A1
按照等效电路图,可知所求I1=I2=0.2AU1=2.5V-1V=1.5VU2=1V
V2V1A1A2V3
例2:如图示,开关s闭合后下述各电流表示数的关系是,各电压表示数之间的关系是。
剖析:第一步:把开关弄成导线;第二步:把电压表弄成导线;第三步:去除电流表;第四步(略);第五步:判定各用家电的联接形式:L1
L2
第六步:按照原则七和原
则八以及滑移法或去源法
判定电压表和电流表各自
所检测的对象。
①在原电路中,除去电流表,可以发觉电压表A1和A2都与灯泡串联,所以电压表示数相等;
②用滑移法可以判定出V1测L1两端的电流,V2测电源两端的电流;V3测L2两端的电流。
第七步:等效电路图如下
A1A2
V2
V1v3
例3:电路开关闭合后,v1、v2、v3的示数分别是8V、9V、4V,则L1、L2、L3两端的电流各是多少?
V2
V1
V3
所求的电流关系式为:U2=U1+U3I1=I2
解:按照“十原则,七步骤”可以得到该电路的等效电路图如下:V1V2V3
从等效图可以得到如下等式组:
UL1+UL2=8V
UL2+UL3=9V
UL3=4V
解得:UL1=3vUL2=5vUL3=4V例4:如图所示,已知两只灯泡L1和L2是串联的,则在①、②和③三个水表中(电压表或电流表)判定正确的是()
A.①是电压表,②和③是电流表;
B.①和③是电流表,②是电压表;
C.①和②是电压表,③是电流表;
D.①②和③都是电压表
2L1
32
1剖析:本题可用排除法解答。将A答案的各表填入三个位置中,按照“十原则,七步骤”电路图简化为:
L2很显著,不符合题意。将B答案各表填入图中,电路可简化为:
A这些填法符合题意。
把C答案各表填入电路中,电路L1被断路,简化后的电路图和A答案相同,不合题意。把D答案各表填入图中,电源漏电,两个灯泡没有电压流过,不合题意。所以选择答案B.