通过模型学解题中学物理专辑——电路问题

时间:2025-07-10

通过模型学解题中学物理专辑——电路问题

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通过模型学解题中学物理专辑——电路问题

献 给 读 者

《通过模型学解题》(物理)丛书是围绕高中物理教材,结合中学教学实际编写的学生课外读物。本丛书突破按知识体系谋篇布局的常规,力图引导学生换一种新的角度去窥视中学物理图景,领悟分析和解决物理问题的思路。

什么叫物理模型?物理模型就是抽象化了的物理研究对象、条件或过程。物理模型可划分为实体模型与过程模型两大类。

实体模型是研究对象或条件的抽象。质点、点电荷、点光源、光滑轨道、单摆、理想气体、匀强磁场、核式结构的原子等,都属于实体模型。

过程模型是对物理过程的抽象。直线运动、圆周运动、简谐运动、等温过程、静电平衡、稳恒电流、带电粒子在电场与磁场中的运动、导体在磁场中的运动等等,都是过程模型。

物理模型,按其性质特征、规模大小及相互联系,可以划分为不同的层次。本丛书以过程模型为结构框架,各分册有体观第一层次模型的书名和体现第二、三层次模型的简明目录。所谓“通过模型学解题”,就是根据物理问题的基本性质和特征,条分缕析,剖切成各个层次的过程模型,并抓住同一模型中各类问题的共同特性,例举有代表性的实体模型,综合运用各种物理知识,各种定理、定律,运用不同的观点、方法,归纳出解决问题的一般途径和方法技巧。

本丛书在研究具体问题时,以文字演算为主,避免繁琐的数值计算,从而使解决问题的方法更具广泛性,更显得逻辑严密。

按物理模型构建丛书框架,在不同层次的模型上展示物理图景,是一种新的编写体裁,新的尝试,前无经验,谬误和不妥之处难免,敬请读者批评指正。

王  兴  桃

1994年2月

通过模型学解题中学物理专辑——电路问题

本书重点研究电路中电压与电流的分配问题。当电路结构发生变化,或电路中某个电阻的阻值发生变化时,电路中的电流与电压也将随之发生变化。电流、电压的变化,以及电流电压变化中的极值问题十分重要。

 电路中的能量过程,是电路中更为本质的问题。用能量转化与守恒的观点研究电路问题,也是分析解决实际问题的重要方法。真正理解并掌握电路中的电流、电压与能量转化过程的关系,是学习电路问题的关键。

在分析电路中的电压分配问题时,我们讨论了电路中各点电势及任意两点的电势差;在分析电路中的电流分配问题时,我们专门探讨了对称电路;在研究用电器中的能量转换问题时,重点研究纯电阻性用电器,并简单介绍了以被充电的电池和电动机作为电源负载时的情况。这对拓宽知识面,增强学习物理的兴趣,理解电学的基本概念,掌握电学研究问题的方法,提高分析、研究、解决实际问题的能力都是有好处的。

通过模型学解题中学物理专辑——电路问题

一、电路中的电压分配

电路结构可分为串联电路和并联电路,实际电路一般是串、并混联电路。对简单的串、并联电路的分析是电路分析的基础。我们首先分析串联电路中电压的分配问题,然后把在分析中得出的结论用于混联电路,

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串联电路的基本特点是:①电路中各处的电流强度相等;②电路的总电压等于各部分电路电压之和。

在图1-1中,U是加在整个串联电路两端的总电压,U1、U2分别是R1、R2上的电压,因为

U1U2=,U=U1+U2R1R2

所以可导出

R1U=R1+R2

R2U2=U=R1+R2

(其中R=R1+R2是串联电路的总电阻)U1=R1URR2UR

上面两式称为串联电路的分压公式。显见,每个电阻上分配的电压跟电阻的阻值成正比。

如果所讨论的电路是由n个电阻串联而成(如图1—2),同样可导出在任一电阻RK上分配的电压:

RKUK=UR1+R2…+Rn

RKUR

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图1-l和1-2所示电路,习惯上称为部分电路,它不含电源。而实际电路应该是电源、导线、电阻等组成的闭合电流通路,这种电路称为闭合电路(或全电路)。在串联的闭合电路中,电压的分配与部分串联电路中电压的分配遵从相同的原则。

在图1-3所示的闭合电路中,电源电动势为ε、内阻r上的电压降为U′,路端电压为U,电阻R1、R2上电压分别为U1、U2。因为

U′U=,U′+U=erR1+R2

所以可导出

rrU′=ε=εR1+R2+rR

U1=

U2=R1Rε=1εR1+R2+rRR2Rε=2εR1+R2+rR

由此可见:电压分配公式对于串联的部分电路和闭合电路同样成立。

通过模型学解题中学物理专辑——电路问题

在图1-4(a)中,电阻R2R3联后再与R1联。

首先从整体考虑,其等效电路如图1—4(b)所示,其中

R(R+R3)R=12

R1+R2+R3

根据电压分配公式,在电源内阻上的电压

rU′=εR+r

路端电压

RUAB=εR+r

再考虑R2与R3串联的局部情况,其等效电路如图1-4(C)所示,根据部分电路电压分配公式

R2R2RU2=U=εR2+R3+rAB(R+r)(R2+R3)

RRRUAB=εR2+R3( …… 此处隐藏:4593字,全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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