1、学科素养提升科学思维1等效电流的求解电荷的运动可以等效为电流，计算中可以选取一定时间(一般选一个周期)，此时间内通过截面的电荷量与此时间的比值即为等效电流。1.所谓等效是指不同的物理过程(或现象)在某种意义上有相同效果。等效法就是在保证某种效果(特性和关系)相同的前提下，将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程的方法。2.根据电流的定义，只要电荷发生定向移动就可以看作产生了电流，而等效电流的计算要紧抓电荷定向移动方向上的一个截面，看时间t内通过这个截面的电荷量的数值q，然后再用I计算。例1一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电荷量为
2、q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为()A.qv B. C.qvS D.解析时间t内通过垂直于棒运动方向某一横截面的电荷量Qqvt，依电流的定义式可得Iqv，故A正确。答案A方法总结等效电流的形成可以是电荷转动通过某一截面，也可以是平动经过某一截面。根据定义，只要电荷发生定向移动就可以看作产生了电流。而等效电流的计算要明确电荷定向移动方向上的一个截面，看时间t内通过这个截面的电荷量，由I计算电流。特别注意当求负电荷运动产生的电流时，电流方向与负电荷运动方向相反。针对训练1(多选)半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕垂直环所在平面且通
3、过圆心的轴以角速度匀速转动，则由环产生的等效电流判断正确的是()A.若不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则等效电流也将变为原来的2倍B.若电荷量Q不变而使变为原来的2倍，则等效电流也将变为原来的2倍C.若使、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，等效电流将变大D.若使、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，等效电流将变小解析截取圆环的任一横截面S，如右图所示，在橡胶圆环运动一周的时间T内，通过这个横截面的电荷量为Q，则有I，又T，所以I，由上式可知，选项A、B正确。答案AB科学思维2电路的等效化简一、化简原则1.理想导线可任意长短。2.无电流支路可去掉。3.等电势点可合并。4.理想电压表可看成断路，
4、理想电流表可看成短路，电流稳定后，电容器可看成断开。二、化简方法1.电流分支法(1)将各节点用字母标上。(2)判定各支路元件的电流方向。(3)按电流流向，自左向右(或自上向下)将各元件、节点、分支逐一画出。(4)将画出的等效图加工整理。2.等势点排列法(1)将各节点用字母标上。(2)判定各节点电势的高低。(3)将各节点按电势高低自左向右(或自上向下)依次排列，再将各节点之间的支路画出。(4)将画出的等效图加工整理。例2如图所示电路，R1R24 ，R3R42 ，UAB6 V，求：(1)电流表A1和A2的示数(不计电流表的内阻)；(2)R1与R4两端的电压之比。解析(1)等效电路图如图所示，R1、
5、R2、R3三个电阻并联的总电阻设为R并，则有，得R并1 。电路的总电流I A2 A。并联部分的电压U并IR并21 V2 V。通过R1、R2、R3三个电阻的电流分别为I1 A0.5 A，I2 A0.5 A，I3 A1.0 A。由图可知，电流表A1的示数是通过R2与R3的电流之和，则有IA1I2I30.5 A1.0 A1.5 A。电流表A2的示数是通过R1与R2的电流之和则有IA2I1I20.5 A0.5 A1.0 A(2)因为UABU并U4，所以R4两端电压为U4UABU并6 V2 V4 V，U1U并2 V，则。答案(1)1.5 A1.0 A(2)12针对训练2分析如图所示的电路(电流表内阻不计
6、)，下列说法正确的是()A.四个电阻为并联关系B.四个电阻为串联关系C.A1的示数为通过R2和R3的电流之和D.A2的示数为通过R3和R4的电流之和解析对电路进行简化，简化后的电路如图所示，根据电路图可知，电阻R1、R2、R3为并联关系，电阻R1、R2、R3构成的并联电路与R4为串联关系，选项A、B错误；根据电路图可知，A1的示数为通过R2和R3的电流之和，A2的示数为通过R1和R2的电流之和，选项C正确，D错误。答案C科学思维3电学黑箱原件的判断1.“电学黑箱”的种类一般有四种：(1)纯电阻黑箱；(2)纯电源黑箱；(3)由电阻和电源组成的闭合电路黑箱；(4)含电容器、二极管的黑箱。2.常见元
7、件的特性及测量现象元件特性不分极性，正向、反向电阻大小相等单向导电性，正向、反向电阻差值很大直流电路中相当于断路，欧姆表测量时指针先偏转，又回到“”刻度提供电压，用电压表测量，如果在两测量点间电压最大，说明两点间有电源3.用多用电表探测黑箱内的电学元件的基本思路根据以上思路判断出黑箱内有哪些电学元件后，再根据各接点间测量的数据进行逻辑推理，最后确定出元件的位置和连接方式。例3现有一个电学黑箱，有A、B、C、D四个接线柱，如图所示。若用多用电表的电压挡和电阻挡分别做三次测量，发现两接线柱间测量结果如下：UABUACUAD1.5 V；UBCUBDUCD0；RBC4 ，RBD3 ，RCD5 。试判断
8、箱内电路的最简结构(电阻无并联的情况)。思路点拨判断黑箱内元件的连接情况，要根据外部电压、电阻的测量结果来作出判定，采用各个击破的方式来画出内部结构，然后分析所画结构图是否符合题意，直到所画图符合题意为止。解析由电压测量结果知，B、C、D三点电势相等，A点电势比它们高1.5 V，只有一节干电池，接线柱A应接电源正极，在B、C、D三点间无电池。由电阻测量结果可知，B、C、D三个接线柱之间均有电阻，如图所示，由测量结果可知，R1R24 ，R1R33 ，R2R35 ，解得R11 ，R23 ，R32 。答案箱内电路结构如图所示。方法总结判断黑盒子问题时要特别关注电压和电阻的测量情况。电压不为零，说明内
9、部有电源；电压为零，说明所测的两点间被短路，也可能是这两点都在断开的电路的负极一侧或正极一侧。电阻的测量值也能反映电路电阻的连接情况，可以判断黑盒子中是否有二极管。1.(伏安特性曲线的理解)某同学做三种导电元件的导电性能的实验，根据所测量数据分别绘制了三种元件的IU图像，如图所示，则下述判断正确的是()A.只有乙图正确B.甲、丙图的曲线肯定是误差太大C.甲、丙不遵从欧姆定律，肯定不可能D.甲、乙、丙三个图像都可能正确，并不一定有较大误差解析甲、乙、丙三个图像都可能正确，乙是定值电阻，甲的电阻随U的增大而减小，丙的电阻随U的增大而增大，都是可能存在的，并不一定有较大的误差，故D选项正确。答案D2
10、.(电路故障的分析)(多选)如图所示为一电路板的示意图，a、b、c、d为接线柱，a、d与220 V的交流电源连接。a、b间，b、c间，c、d间分别连接一个电阻，现发现电路中没有电流，为检查电路故障，用一交流电压表分别测得b、d两点间以及a、c两点间的电压均为220 V，由此可知()A.a、b间电路通，c、d间电路不通B.a、b间电路不通，b、c间电路通C.a、b间电路通，b、c间电路不通D.b、c间电路不通，c、d间电路通解析由于用交流电压表测得b、d两点间电压为220 V，这说明a、b间电路是通的，b、c间电路不通或c、d间电路不通；由于a、c两点间电压为220 V，这说明c、d间电路是通的
11、，a、b间电路不通或b、c间电路不通，综合分析可知b、c间电路不通，a、b间和c、d间电路通，即选项C、D正确。答案CD3.(电路故障的分析)在如图所示的电路中，1、2、3、4、5、6为连接点的标号。在开关闭合后，发现小灯泡不亮。现用多用电表检查电路故障，需要检测的有：电源、开关、小灯泡、3根导线以及电路中的各连接点。(1)为了检测小灯泡以及3根导线，在连接点1、2已接好的情况下，应当选用多用电表的_挡。在连接点1、2同时断开的情况下，应当选用多用电表的_挡。(2)在开关闭合情况下，若测得5、6两点间的电压接近电源提供的电压，则表明_可能有故障。(3)将小灯泡拆离电路，写出用多用电表检测该小灯
12、泡是否有故障的具体步骤。解析用多用电表欧姆挡测电阻时必须将其从电路中断开，在点1和点2已接好的情况下，应选用多用电表的直流电压挡测量各元件两端的电压；点1和点2同时断开时，可以用欧姆挡进行测量。在开关闭合时，若测得5、6两点间电压接近电源提供的电压，可知开关或连接点5、6出现故障。把小灯泡拆离电路后，检验小灯泡是否断路可用多用电表的欧姆挡调零后进行测量，如果电阻无穷大，说明灯泡是断路的。答案(1)直流电压欧姆(2)开关或连接点5、6(3)将多用电表挡位调至欧姆挡；将红、黑表笔相接进行欧姆调零，检查欧姆挡能否正常工作；测量小灯泡的电阻，如电阻为无穷大，表明小灯泡有故障。4.(电路的等效化简)如图所示四个电阻的阻值均为4 ，求Rab。解析等效电路图如图所以RabR41 。答案1
