画等效电路图方法大盘点

Vol. 37 N o. 11N ov. 2008

教学参考

教法学法

画等效电路图方法大盘点

赖集开

(广东省惠州市博罗中学 516100)

电路问题是高中物理的重点内容, 也是近几年高考常考的内容. 学生比较容易分析和理解简单的串、并联电路, 但对一些不规则、复杂的电路, 就比较困难. 不能弄清楚电路的具体接法, 就不知道用什么规律去分析解决. 所以在分析此类电路问题时, 常需要先把一个串、并联关系不明显的电路改画成关系明显的等效电路, 然后用相关的规律分析和解决问题.

一、画等效电路图的一般原则

画等效电路图时, 首先要对原电路中电压表、电流表作简化处理. 在题目没有明确告诉的情况下, 不考虑电表对电路的影响, 即认为电压表和电流表是理想电表, 遇到电压表当断开处理, 遇到电流表当导线处理. 如果题目要求考虑电表的影响, 可把电表看成电阻元件画入电路中. 画出等效电路图后再在相应的位置换成电压表和电流表. 同时电路中导线的电阻一般是不计的, 可以任意伸长或变短, 形状又可以任意改变, 通过伸缩把方法并不和盘托出. 在 从电表电路到集成电路 一章, 第1节就安排了让学生用多用表测量串联、并联电阻总阻值的实验活动, 并问学生: 你发现了什么? 为分析论证 电阻的串联、并联、混联 埋下了伏笔. 在第3节的分析论证中, 就只作适当提示, 放手让学生去分析讨论, 并要求学生将讨论结果跟第1节的实验结果进行比较.

三、通过开放性的课题引导学生研究

教材 还通过 课题研究 课题研究成果报告会 科技成果展示报告会 和 科学讨论会 等形式, 提供了一些开放的、切实可行的研究课题, 为学生提供了广泛的自主活动空间. 现将 教材 中出现的开放性课题和课外活动出现的情况统计如表2所示.

表2

教 材物理1物理2 开放性课题 数 课外活动 数

12

17

物理1 1

6实践活动2

物理2 121实践活动 59

物理3 118体现在家庭项目中

导线连接的节点进行合成, 再根据节点支路分布重新排列元件, 电路的连接情况及层次就可以变得更加直观. 对直流电路中电容器支路可看成断路, 在交流电路中电容器支路可看成短路.

二、画等效电路图的常用方法1. 定义法

就是根据串联、并联电路的定义直接判断. 如果元件都是首尾相连就一定是串联, 如果元件是首首相连, 尾尾相接, 就一定是并联. 如果元件既有首尾相连, 又有首首相连, 则一定是混联. 这种方法适用于较简单的电路. 下面以如图1所示电路为例说明定义法.

图1电路中有R 1、R 2、R 3、R 4四个电阻, 从图中可以看出R 2、R 3、R 4通过导线是首首相连, 尾尾相接, 所以它们是并联连接在一起的, 而R 1与R 2、R 3、R 4是首尾相连的, 说明R 1是与R 2、R 3、R 4串联的. 因此图1的电路可以画成如图2所示的等效电路.

教材 中的 S ! T ! S 信息浏览 等栏目都反映了科技、社会的关系, 例如在∀物理1#中 S ! T ! S 出现了8次, 信息浏览 出现了7次; 在∀物理2#中, 信息浏览 出现了18次.

四、通过开放性的实验彰显物理课程的时代性传统物理教学基本上是一支粉笔、一块黑板和一些实验器材就可进行. 可是新课程对教学资源的要求远高于此. 教材 中, 计算机、传感器、电脑软件、频闪照相、数码相机、网络等已成为课程资源. 书中也以 超级链接 的形式给出了一些网址和参考书目. 另外, 教材 中的 课题研究 课外活动 等栏目本身就要求教学资源由课内向课外延伸, 由学校向所在社区和社会其他场所拓展.

又如∀物理1#的 超越伽利略 部分, 教材既提供了小球做自由落体运动的频闪照片, 又提出了用打点计时器等传统方法来研究等. 教材安排了6个 课外活动 . 另外, 教材 充分利用现代技术手段, 多次利用Dislab

配合实验教学, 取得一定成效.

希望 教材 的开放性设计, 能促进高中物理教学的改革, 推动高中物理课程教材的建设.

61

科技活动 37课外活动 37

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3. 节点 法

第37卷 第11期2008年11月

节点法就是根据电路的节点, 利用导线可以任意变形的特点来简化电路; 再根据电流的方向来了解电路的连接情况画出电路的等效电路图. 下面以图5电路为例

图1 图2

说明如何用节点法画等效电路图

.

2. 电流流向法

电流流向法是根据电流的流动路线来确定电路中元件的连接情况. 我们可以从电源的正极(或负极) 出发, 沿电流的流向, 分析电流通过的路径, 依次画出电流的分合情况. 在画图过程注意:有分的情况, 要画完一路再开始第二路, 不能遗漏; 一般先画干路, 再画支路. 如果其中只有一条路径通过所有的用电器, 则这个电路是串联的; 若电流在某处分流, 又在另一处汇合, 则分支处到汇合处之间的电路是并联的. 这种方法是电路分析中常用的一种方法. 我们借助下面的例题来了解这种方法的应用过程.

例1 如图3所示的电路中, 闭合开关S , 灯L 1、L 2

正常发光, 由于电路出现故障, 突然发现灯L 1变亮, 灯L 2变暗, 电流表的读数变小, 根据分析, 发生的故障可能是

A . R 1断路 B . R 2断路C . R 3短路

D . R 4

短路

( )

图6图5

(1) 在电路中标出节点, 如图6中的a 、b 、c 、d; (2) 标出用电器的电流方向, 如图6所示

;

(3) 画出等效电路图, 如图7所示

.

图7

图3

图4

4. 编码法

下面以如图1所示电路为例说明编码法画等效电路图的步骤:

(1) 编码:将每个电阻两端编上数码, 对等电势点用同一数码标出. 图8就是图1电路的编码图.

(2) 识别:凡两端数码对应相同的电阻(说明两端电势对应相等) , 即为并联电阻.

(3) 作图:将数码相同的各端点接在一个节点上, 如图9所示

.

解析 图3电路中的电流从电源正极经过开关然后分为两个支路L 2和R 4, 通过R 4又分成为两个支路R 2和R 3, R 2、R 3、L 2通过导线又合为一路, 接着又分为R 1、L 1两个支路, 最后合为一路流入电源负极. 根据电流的流动路线, 可以画出如图4所示的等效电路. 根据等效电路图中的连接情况, 可以根据串并联电路的规律来分析具体的电路. 若R 1断路, 总电阻变大, 总电流减小, 路端电压变大, L 1两端电压变大, L 1变亮; ab 部分电路结构没变, 电流仍按原比例分配, 总电流减小, 通过L 2、电流表的电流都减小, 故A 选项正确. 若R 2断路, 总电阻变大, 总电流减小, ac 部分电路结构不变, 电流仍按原比例分配, R 1、L 1中电流都减小, 与题意相矛盾, 故B 选项错; 若R 3短路或R 4短路, 总电阻减小, 总电流增大, 电流表A 中电流变大, 与题意相矛盾, 故C 、D 选项错, 正确答案为选项A .

图8 图9

等效电路图可以让我们比较直观地了解电路中各个元件的具体连接情况, 解答题目中的问题.

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