恒定电流黑盒问题求解方法

湖南省汉寿县第一中学 田友华

研究中学物理《恒定电流》的黑盒子问题,对培养学生分析问题、逻辑推理以及运用所学知识解决实际问题的能力,都有很大好处。盒子的元件可能是电源(直流或交流电源)、电阻、电容、电感、半导体二极管。两接线柱间可以有一个也可以有多个元件。对黑盒子问题需要学生从观察入手,最后通过比较、分析、推理、综合、判断,得出正确结论。针对高考物理考纲要求,下面就纯电阻组合与纯电源组合问题例析它的求解方法,供同学们参考。


【例一】 一个盒子内装有由导线和几个相同阻值的电阻组成的电路,盒外的1、2、3、4是该电路的四个接线柱,若1、2间的电阻是3、4间电阻的3倍,1、3间电阻等于2、4间的电阻,试画出盒内的较简单电路。

[解析]不要理会原题所给的黑盒子,从最大值入手:1、2点间电阻值最大(是3、4间电阻的3倍)画出如图(1-2)所示的电路
3、4间只能是一个电阻,1、3间和2、4间有电阻且相等,在图(1-2)的基础上找到3、4两点,如图(1-3)所示
考虑原题黑盒:把图(1-3)放入图(1-1)中所成的电路图(1-4)即为本题所要求的较简单的电路。


【例二】盒内有由导线和三节干电池组成的电池组,A、B、C、B是四个接线柱,用伏特表测量任意两点间的电压,测量结果如下,UAC=0,UBD=UAB=UCB=1.5伏;UAD=UCD=3伏,试画出盒内电池是怎样连接的?


[解析]不要理会原题黑盒的约束,从最大值入手,A、D间(或C、D间)电压最大,等于两节干电池串联后的端电压,画出如图(2-2)所示电路,
UBD=UAB=UCB=1.5伏,即在B、D;A、B;C、B间只有一个干电池,在图(2-2)基础可以找到B点如图(2-3)所示。
UAC=0,可以认为A、C公用一个点,图(2-3)符合该项要求。
考虑原题黑盒中的接线柱要求,把图(2-3)放入图(2-1)中所成的电路图(2-4)即为本题所要求的最简电池组合。

说明:此类黑盒子问题的解法一般是从最大值入手,先推测最大值可能电路,然后从大到小对每一电路逐一推测,为达到所画电路最简的目的,另外的电路尽可能的公用前一电路。最后考虑原题黑盒子外接线柱的排列要求,把画成的电路放入黑盒子中,检查电路无误即可。

 


 
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