电路识别与动态电路分析

一．常见电路的识别方法与技巧

在解决电学问题时，我们遇到的第一个问题往往是电路图中各个用电器(电阻)的连接关系问题。不能确定各个电阻之间的连接关系，就无法确定可以利用的规律，更谈不到如何解决问题。因此正确识别电路是解决电学问题的前提。当然首先必须掌握串联电路和并联电路这两种基本的电路连接方式(图1(甲)、(乙))，这是简化、改画电路图的最终结果。

识别电路的常用方法有电流流向法（电流跟踪法）、摘表法（去表法）、直线法和节点法。在识别电路的过程中，往往是几种方法并用

。

１．电流流向法

电流流向法是指用描绘电流流向的方法来分析电阻连接方式的方法。这是一种识别电路最直观的方法，也是连接实物电路时必须遵循的基本思路。具体步骤是：从电源正极出发，沿着电流的方向描绘出电流通过电阻的各条路经，一直达到电源的负极。

例1：在图2(甲)所示电路中，三盏灯是如何连接的，开关闭合后，电流表测量的是哪部分的电流?

做法：先标出电源的正负极，再沿着从正极到负极的方向，用自己习惯的方法(箭头、粗细线、彩线)，描绘各处的电流走向，标在电路图上，如图2(乙)。

分析：从图2(乙)中可以看出，点a是最初的电流分支点，点b是最后的电流会合点。电流共有三条路径，分别通过三盏灯，所以三盏灯是并联的。通过电流表的电流只通过灯L1，所以电流表测量的是通过灯L1的电流。

２．摘表法

摘表法的基本思路和步骤：从电路中摘去电压表和电流表后，电压表所在支路用断路替代，电流表所在位置用导线替代。如果需要进一步对电路进行分析讨论，原电压表、电流表所测量的电压和电流则应在简化后的电路上标出。

例2：如图3(甲)所示电路中，三个电阻是__联的。电压表V1的示数为3V，V2的示数为5V，电源电压__8V(填“大于”、“小于”或“等于”)。

分析：两个电压表使电路看起来比较复杂，摘掉两个电压表后，把电压表所在支路擦除，电阻的串联方式如图3(乙)所示。两图比较可知，电压表V1测量的是R1和R3两端的电压U1+U3，电压表V2测量的是R1和R2两端的电压U1+U2，两个电压表的示数之和大于电源电压。

３．直线法

直线法是一种普遍适用的简化电路的方法，是在上述两种方法的基础上，把不规范电路简化成规范电路的方法。在识别电路、分析电路变化等方面有不可替代的的作用。具体方法步骤是：将电路从电源正负极处断开，结合电流流向法，拉长和缩短某一段导线，使各组元器件都在一条直线上，一次不成，可逐次分步完成。

例3：图4(甲)所示电路中，电源电压是6V，开关闭合后电压表的示数为4V，问：灯L1、L2两端电压各为多少?

分析：利用摘表法，可以确定这是两个灯泡的串联电路。问题是电压表测量的电压是哪个灯两端的电压。将电路拉成直线，图4(乙)所示，这个问题就迎刃而解了。

４．节点法

节点法是一种将不规范电路快速简化、改化为规范电路的方法。具体做法是：从电源正极开始，把电阻之间的连接导线缩减成点，相同的点用同一个字母表示。如果一个电路中的点多于两个，可以将这些点排在一条直线上，再把相应的电阻补充到这些点之间，节点法和直线法有着相辅相成的关系。大多数时间比直线法来得更直接、更简洁。

例4：图5(甲)所示电路中，三个电阻是__联的;电流表A1测量的是通过电阻___的电流。电流表A2测量的是___的电流。

分析：将图5(甲)中的电流表摘掉后，电路中三个电阻的连接方式仍然不明显。从电源正极开始，可以标出三个位置都是a点(电源正极)，另外两个位置都是b点(电源负极)。如图5(乙)所示。三个电阻都连接在ab两点之间，通过三个电阻的电流方向都是从a到b，所以这是一个并联电路。再利用电流法，描绘电流走向如图5(丙)所示。可以知道原电流表A1的位置通过的是R2和R3的电流I2+I3;原电流表A2的位置通过的是R1和R2的电流I1+I2。本题中两个电流表的位置跟例2(图3甲)中两个电压表的位置相同，因为用电流表替代了电压表，三个电阻的连接方式也随之发生了变化。

二、动态电路分析与判断

分析动态电路的一般思路是：根据引起电路变化的原因（开关通断、变阻器滑片移动、电路故障），分析判断电路中电阻的变化，根据欧姆定律分析电路中电流的变化（电流表示数变化），再根据欧姆定律变形式U=IR（或串并联电路电压特点）进一步判断电路中部分电路中电压的变化（电压表示数变化）或其它物理量的变化。

1、滑动变阻器滑片P的位置的变化引起电路中电学物理量的变化

(1).串联电路中滑动变阻器滑片P的位置的变化引起的变化

[例1]

如图1，是典型的伏安法测电阻的实验电路图，当滑片P向左移动时，请你判断电流表和电压表示数的变化。

分析：

P左移→R2减小→R总减小→I增大→表变大。

R1不变→IR1增大→U1增大→表变大。

判断表的变化还可以根据串联电路的电压特点来分析：

R2减小→U2减小→U1增大→表变大。

[例2]

如图2，当滑片P向左移动时，表和表将如何变化。

分析：

首先要确定电路的类型，此电路属于串联电路呢还是并联电路。我们可以将电流表简化成导线，将电压表简化成断开的开关或干脆拿掉。此时可以容易地看出，这是一个串联电路。而且发现滑动变阻器的滑片已经悬空，滑动变阻器变成了定值电阻，电流表测串联电路的电流，所以表示数不变。即：P左移→R1+R2不变→不变

在本电路中，电压表是测量R1和R2部分电阻之和的总电压，当滑片P向左移动时，被跨接在电压表内的电阻随着变小，根据串联电路电压特点：表示数减小。

[例3]

在如图3所示电路中，当闭合开关后，滑动变阻器的滑动片P向右移动时

(A)电流表示数变大，灯变暗。 (B)电流表示数变小，灯变亮。

(C)电压表示数不变，灯变亮。 (D)电压表示数不变，灯变暗。

分析：将电流表等效为一根导线，可以看到电压表直接测量电源电压，因此当滑动变阻器的滑动片P向右移动时，电压表的示数将不会变化;而电阻R的阻值变大，小灯的电阻RL大小不变(注意：在初中阶段，小灯泡的电阻由于温度的影响引起的变化往往忽略不计)，因此总电阻变大，电流变小，所以电流表示数变小。根据串联电路的电压特点分析，小灯两端的电压也将变小，小灯的功率P=ULI也将变小，所以小灯的发光将变暗。本题正确答案为D。

(2).并联电路中滑动变阻器的滑片P的位置的变化引起的变化

[例4]

如图4，当滑片P向右移动时，表、表和表将如何变化?

分析：测电源两端电压，测R1支路电流，测干路电流。并联电路各支路两端电压相等，等于电源电压，故电压表V示数不变。由于并联电路各支路独立工作，互不干扰，滑动变阻器滑片P向右移动时，对R1这条支路没有影响，所以电流表示数不变。滑片P右移，R2变大，两端电压不变，故电流变小，干路中电流也随之变小，所以示数也会变小。

2、开关的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化

(1).串联电路中开关的断开或闭合引起的变化

[例5]

在如图5所示的电路中，将开关S闭合，则电流表的示数将______，电压表的示数将________(均填“变大”、“变小”或“不变”)。

分析：在开关尚未闭合前，电流表测量的是串联电路的电流值，由于此时电阻较大，故电流较小;开关S闭合后，电阻R2被局部短路，电路中的电阻只有R1了，因此电流表的示数将变大。

在开关尚未闭合前，两个电阻组成串联电路。电压表测量R1两端的电压，开关S闭合后，电阻R2被局部短路，只有R1接入电路，电压表变成测量电源两端的电压了，因此电压表的示数将变大。

还可以根据U=IR来分析开关闭合后电压表的示数变化。

(2)并联电路中开关的断开或闭合引起的变化

[例6]

在图6中，灯泡L1和灯泡L2是______联连接的。当开关K断开时，电压表的示数将_____;电流表的示数将_____ (选填“增大”、“不变”或“减小”)。

分析：本题的难度首先在电路的识别，我们可以将电流表看作导线，将电压表拿去，就容易看出这个电路是“并”联电路。电流表串联在小灯L1的支路中，所以开关闭合时，电灯L1接入电路，电流表的示数从0变到有读数，应该选填“增大”。电压表并联在L2两端，也即测量电源电压，而且不受开关控制，所以电压表示数“不变”。

3、电路的故障引起电路中电学物理量的变化及故障原因分析

[例7]

在图7中，当开关 K闭合后，两只小灯泡发光，电压表示数为4伏。过了2分钟，电压表示数为0，经检查除小灯泡外其余器材的连接良好，请分析造成这种情况的原因可能有：_____________________。

分析：电压表示数为0，其原因有三：1.电压表没有接好或电压表损坏;2.小灯L2短路;3.小灯L1断路。起先，电压表有示数，说明不存在原因1的情况。那么还有两种情况都是可能的。答案为：小灯L2短路;小灯L1断路。

[例8]

在如图8所示电路中，电源电压不变。闭合开关K后，灯L1、L2都发光。一段时间后，其中一灯突然熄灭，而电流表、电压表的示数都不变，产生这一现象的原因可能是

(A)灯L1短路。 (B)灯L2短路。

(C)灯L1断路。 (D)灯L2断路。

分析：这是一个并联电路。可以采用排除法。小灯L2短路，会导致电压表示数变小、电流表示数变大，且导致两灯都不亮;小灯L2断路，会导致电流表示数变0;小灯L1短路，也会导致两灯都不亮;一灯熄灭而电表示数都不变，只有小灯L1发生断路时才有此可能。本题正确答案为C。

[例9]

在图9所示的电路中，电源电压不变。闭合开关K后，灯L1、L2都发光，—段时间后，其中的一盏灯突然变亮，而电压表Vl的示数变小，电压表V2的示数变大，则产生这一现象的原因是

(A)灯L1断路。 (B)灯Ll短路。

(C)灯L2断路。 (D)灯L2短路。

分析：应用“去表法”可以判断此电路是L1、L2组成的串联电路。 “—段时间后，其中的一盏灯突然变亮”排除了电路出现断路的情况，那么，故障现象只有发生短路了。电压表V2的示数变大，是小灯变亮的原因，且它测小灯L2两端电压，所以一定是小灯L2突然变亮;电压表Vl的示数变小说明小灯L1发生了短路。本题正确答案为B。