电路设计题难点突破

电路设计题难点突破
一. 本周教学内容：
电路设计题难点突破
二. 重点、难点
重点：电路设计题的解题方法
难点：电学黑箱的解题方法
知识分析：电路设计是初中物理教学的难点，解答此类题目需灵活应用串、并联电路的特点及规律、欧姆定律等电学知识，考察同学们对知识的理解和应用的程度。

（一）常规电路设计题
常规的电路设计题需要先分清楚电路是串联还是并联，开关的作用是什么，然后才能设计出正确的电路。

例1. 如图所示的电路盒，面板上有红、绿灯各一个，三个拨动开关S1、S2、S3，为了在不打开盒子的情况下探究盒内的电路结构，小明做了多次实验并将实验结果填入下表。

根据上述实验的情况，画出盒内的电路图。

分析：首先应观察题目中给定的开关数量，由开关数量判定电路的连接方式。

本题中开关有3个，且当3个开关都闭合时两灯都亮，这就说明此电路是并联电路，且电路不存在短接或短路现象。

然后分析开关的作用（干路开关控制整个电路的通断，支路开关只控制本支路用电器）。

当某开关断开时，不工作的用电器就是此开关所控制的用电器。

分析此题，我们可以确定：S2控制绿灯，S1控制红灯，S3控制两盏灯。

第三步，在草稿纸上画出相应的电路图。

2
第四步，根据题目所给条件检查电路的正确性，确认电路无误后填入图中。

答案：
拓展练习：
小明和父母三人想采用投票的方式决定假期是否外出旅游，如果父母中至少一人同意，同时小明也要去的话，他们就决定去旅游。

为此，小明用三只开关、两节干电池和一个小灯泡制作了一只投票机，三人各自控制一只开关（闭合表示同意，断开表示不同意），表决后只要灯亮就决定去旅游。

请按上述要求设计此投票机的电路（请在开关旁注明控制开关的人）分析：这道题中只给了一个用电器（灯泡），通过题目的叙述可以分析获得三个开关需要同时控制这一盏灯。

其中父母中的一个加小明同意，这盏灯才亮，说明父母手中的开关应是相互并联的，小明的开关应在干路上。

答案：
母亲
例2. 小明手中有一个电池组，两盏灯，两个开关，导线若干，现在他想用这些仪器设计一个电路，实现以下几个要求：
（1）两开关都闭合时两灯都亮
（2）只闭合S2时，电路中只有L2发光
（3）只闭合S1时，电路中L1、L2都不发光
分析：按照上一例题的分析过程我们来分析此题。

首先，电路中有2个开关；且2个开关都闭合时，两灯都亮，说明电路是并联电路。

其次，分析开关的位置及作用。

当S1断开时，L1不工作，说明S1控制L1；当S2断开时，两灯都不工作，说明S2控制L1和L2。

由此可知，S2在干路上，S1在L1所在支路上。

第三步，画出草图
S2
2
第四步，检查草图的正确性。

答案：
S2
2
同类变式：
小明手中有一个电池组，两盏灯，两个开关，导线若干，现在他想用这些仪器设计一个电路，并满足下列条件：
分析：本题与例题情况一致，所不同的是本题将所需满足的条件以表格的形式呈现出来。

答案：
S2
1
拓展延伸1：
小明手中有一个电池组，两盏灯，两个开关，一只电压表，导线若干，现在他想用这些仪器设计一个电路，当开关闭合或断开时所出现的现象如下表，请你设计出合适的电路。

分析：本题在前一题基础上，增加了电压表的示数情况，其解题方法是先根据开关及灯的工作情况画出电路，然后根据表的示数情况加电压表填加上即可。

此题中，设计出基本电路：
S2
2
然后分析电压表示数情况可以发现无论哪一个开关闭合或断开，电压表示数总是不变的，可以判定此时电压表应并联在电源两端。

答案：
S 2
2
同类变式1：题干如延伸1。

答案：
S 或
S
拓展延伸2：小明手中有一个电池组，两盏灯，两个开关，一只电流表。

现在他想用这
些仪器设计一个电路，当开关闭合或断开时，出现以下现象。

请你设计出此电路。

答案：
S
同类变式：题干如延伸2
答案：
S
（二）电学黑箱设计
例3. 现在有一个供电电压为U ，且保持电压U 不变的电源；两个定值电阻R 1和R 2，且R 1＝2R 2；导线若干。

如图，框内为R 1、R 2组成的电路。

R 1、R 2分别与标有A 、B 、C 、D 的有关接线柱相连，把一个电流表先后接在相关接线柱之间，发现： （1）当电流表接在BC 间时，电流表示数为I （2）当电流表接在AD 间时，电流表示数为I/2 （3）把电流表接在AC 间时，示数为I/3
B
D
试根据上述测量结果，画出框内接线柱间的电阻连接情况并标明R 1、R 2。

分析：此题是已知电流关系，需要把电流关系转化成电阻关系。

（电流的定性关系，电
路通常外围有导线，电流表，内部电路与外围应构成通路，内部电路一般不是一个通路，内部电路与外围电路相连后才能构成通路）
本题中由于电源电压不变，则有U BC ＝U AD ＝U AC ＝U 。

又由于，，U IR U I R U I R BC BC AD AD AC AC ==
=23
可知R AD ＝2R BC ，R AC ＝3R BC
由以上分析可知，AC 间电阻最大，AC 间应为R 1、R 2串联
D
R 1 R 2
C
而由R AD ＝2R BC 可知AD 间应为电阻R 1，BC 间应为电阻R 2，整理后可得答案。

答案：
D
拓展延伸
如图所示方框内是三个相同的电阻和一个3V 的电源组成的电路，用电压表测得U AB ＝3V ，U AC ＝2V ，U CD ＝1V ，U BD ＝0，画出方框内的正确电路图：
分析：根据题意可知，框内是一个有电源的电路，题中U AB ＝U ＝3V ，因此AB 间应当是电源，BD 间电压为0，因此BD 间应为一段导线；题中知AB 、AC 、CD 间电压关系为3：2：1，可以确定3个电阻是串联关系，且AC 间应为2个电阻串联，CD 间应有一个电阻。

B
D C
① ② ③ ④ 将分析所获得的4个简图组合整理后即可获得答案。

答案：
B
D
例4. 如图所示电路，电源电压不变，框内有两个相同的电阻，当开关S由断开到闭合时，电流表示数变大，请在框中画出其电路连接。

分析：“当电源电压不变时，开关S由断开到闭合，干路中的电流表示数变大”，说明开关闭合时，总电阻减小。

而总电阻变小可能存在两种情况。

第一种情况是两电阻并联，开关S在其中一条支路上，如图所示：
当开关S闭合时，两电阻并联，总电阻比任何一个电阻都小，引起电流表示数变大。

第二种情况是，两电阻串联，开关S将其一电阻短接，如图所示：
当开关S闭合时，其中一电阻被短接，总阻值减小，引起电流表示数变大。

答案：
或
【模拟试题】
1. 某户住宅边有一菜园，三面用篱笆围住，为可靠起见，该户还装上报警电路，围篱笆的三面再围上导线，电路中有电源和保护电阻（已连好），指示灯，电铃。

要求：（1）无牲畜进入菜园时导线没断，指示灯亮铃不响；
（2）当有牲畜进入菜园时，把导线弄断，指示灯亮铃也响，请试画出相应电路图。

菜园住宅
2. 如图所示，电源电压U＝9V不变，R0的阻值为16.5Ω，图中虚线框内有两个定值电阻，阻值分别为R1＝6Ω，R2＝2.5Ω。

（1）当闭合开关S1和S2，断开开关S3时，电路中电阻为6Ω
（2）当断开S1，闭合开关S2和S3时，电流表示数为0.36A。

请你通过计算在框内画出R1、R2的连接情况。

（提示：解题方法参照例4）。