利用等电位点,解决初中电路问题

陈荣高

(吴江市庙港中学,江苏 苏州 215232)

在电路中,如果两点间没有电阻,那么这两个点就是等电位点.不论导线有多长,只要中间没有电源、用电器等,则导线(包括电流表、闭合的开关)两端点均可以看成等电位点.在识别不规范电路的过程中,可将等电位点命名为相同的点,从而找出电路中各元件两端的公共点,以达到解决问题的目的.

1 利用等电位点确定比较复杂的并联电路

原理:如图1所示,并联电路只有两个不同的等电位点,分别命名为A和B;如图2所示,串联电路有3个或3个以上的不同的等电位点,分别命名为A、B和C.

图1

图2

图3

例1.电路如图3所示,判断3个灯泡的连接方式.

解题过程:闭合开关S,在电源两端标出两个点A和B,如图4所示.再依次在图中找出若干个A的等电位点和若干个B的等电位点,如图5所示.发现灯泡L1、L2、L3都连接在A、B之间,所以它们是并列关系,这是一个并联电路.

图4

图5

例2.如图6所示电路,R1和R2是如何连接的？

图6

图7

解题过程:在电源两端标出两个点A和B,如图7所示,再依次在图中找出A点的各个等电位点和B点的各个等电位点,R1和R2都连接在点A、B之间,R1和R2是并联的.

2 根据电路图连接实物元件十分快捷

根据电路图,将实物元件连接成实物电路,是学习电路知识的基础,遇到串联电路,学生困难不大.遇到并联电路,很多学生会变得束手无策.其实,可以利用等电位点来解决此类困难,而且会十分快捷.

例3.请根据如图8(a)所示电路图,在图8(b)中连接实物电路.

图8

解题过程:在电路图上标出各个等电位点A和B,如图8(c).

等电位点A和B把电路分成了3个部分,如图9所示,分别是

图9

依次在实物图中连出这3个部分,如图10所示.

图10

如图11所示,把3个A和3个B用导线连接起来,便完成了电路的连接.

图11

3 利用等电位点完成电路的巧设计

在电学的教学中,电路设计题一直是教学的一个难点,很多学生一看到电学设计题就找不到解题的切入点,而利用等电位点设计电路,却能被学生广泛接受.

例4.教室里的一个开关可以同时控制两盏电灯,请将图12连接成符合教室里电路实际情况的电路图.

图12

在练习的过程中,众多的学生会比较自然地连接出一个串联电路,但教室里电灯都应接在220V电源上学生知道电路应是一个并联电路,但无从下手.若利用等电位点去解决这个问题,就会使问题迎刃而解.

解题过程:这是一个并联电路,开关同时控制两盏电灯,应该在干路上,即与电源串联.如图13所示,开关与电源串联,形成干路,干路两端端点分别是A和B,而两灯两端也分别是A和B.

图13

图14

在图13的基础上,在电路中把3个A点和3个B点用横线和竖线连接起来即成,如图14.

例5.如图15所示是电吹风的构件,其中电热丝通电发热,电动机通电送风,其中当开关S2闭合时,电吹风吹冷风,只有电动机工作,电热器(电阻丝)不工作;当S1也同时合上时吹热风,此时电动机工作,电热器也工作.请你以笔代线把未画好的部分图补充完整.

图15

分析:这是一个并联电路,S2是总开关,它与插头构成干路;S1控制电热丝,它们构成一条支路,电动机单独处在另一条支路上.

解题过程:如图16所示,将S2与插头连接后,一端标A,另一端标B;将S1与电热丝连接后,一端标A,另一端标B;在电动机两端分别标上A和B.再如图17所示,把3个A和3个B用导线连接起来即成.

图16

图17

4 准确判断电压表在串联电路中的作用

图18

串联电路问题中,学生会遇到一个难题,那就是串联电路中的电压表的作用是什么？它与何元件并联？利用等电位点,就能做到准确定位.

例6.如图18所示,电源电压为6V,开关S闭合时,电压表示数为3.5V,则L2两端的电压是多少？

实际解题过程中,较多的学生误认为电压表测量的是L1两端的电压,从而得出了错误的结论.

图19

解题过程:如图19所示,在电压表两端标注A点和B点,再依次在图中找出各个点A和点B,L1与电源正极连线上则标注为C.即可清晰地发现L2也在A点和B点之间,所以,电压表是与L2并联的.所以,L2两端的电压即为电压表的示数,为3.5V.

小结:在实际解决初中电路问题的过程中,方法是多种多样、层出不穷的.利用等电位点去解决电路问题的方法无疑是一种优秀的、有效的方法.在教学过程中,向学生传授这种方法,并让学生学会、使用这种方法,大大提高了物理电路教学的有效性.