分析电学暗盒问题的思想方法，本文主要内容关键词为：暗盒论文,电学论文,思想论文,方法论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
电学暗盒问题，往往就是给出电路中的几种电学现象，要求判断暗盒内的电路结构。由于暗盒的种类变化多端，解无定法，大多数学生对暗盒束手无策，往往只凭主观猜测了事。在电学教学中，老师应指导学生怎样分析暗盒、归纳分析电学暗盒问题的常用思想方法，让学生在初步掌握解决暗盒问题的基本思路和原则的基础上进一步深化对基础知识的理解，提高学生分析、推理及判断能力。
1.利用分压、分流的特点 在串联电路中，电阻起分压作用，在并联电路中，电阻起分流作用，如果暗盒给出条件是不同的电压，或几个已知电压之和正好等于另一个已知电压，则暗盒内就可能是分压电路——串联电路；如暗盒给出的条件是不同的电流，或几个已知电流之和等于另一个已知电流，则暗盒内就可能是分流电路——并联电路。
例1.在如图1暗盒内有由一个电源和几个阻值为R的电阻组成的电路，用电压表测其接线柱之间的电压，测得：
，在图1中画出盒子里的电路，且要求电阻个数最少。
显然暗盒内部是一个电源与几个电阻的串联电路。根据串联分压特点可画出内部电路（图2）
2.利用断路、短路特点 串联电路中，某一个用电器被局部短路后，总电阻变小，电流变大，剩下电阻的两端电压增大，电功率也增大。并联电路中，某一支路断路后，其他支路不受影响，但总电阻变大，总电流变小。
如果暗盒中有开关，当开关闭合时，总电阻变小，总电流变大，则暗盒中可能是串联电路而局部短路，也可能是并联电路而某一支路由断开变成导通。利用串联电路局部短路，并联电路支路断路的特点可能判断暗盒内的电路。
例2.在如图3的暗盒内有两个阻值相等的电阻R[,1]，R[,2]，一个电压稳定的电池组、导线若干。当开关S断开时，电流表示数为I；当开关S闭合时，电流表的示数为2I，请在暗盒中画出都满足上述条件的两个不同电路。
分析：当S闭合时，电流是原来的2倍，则电阻是原来的一半，R[,1]=R[,2]，可能有一个电阻被短接，所以暗盒内电路可能是串联电路且一个电阻与S并联（图4），或由一个电阻电路变成两个电阻并联，使总电阻变为原来的一个半，所以暗盒内也可能是并联电路，且一个电阻与S串联（图5）
3.利用电表连接特点 初中电学可以把电流表当成一根通过电流为I的导线。当电流表接入暗盒两接线柱之间，如使原不通的电路导通，则暗盒内必定有电源、用电器，且用电器与电表串联；如电流表从暗盒接线柱上拿开时，原电路断路，则这两个接线柱之间一定不存在任何元件或导线。电压表可以从电路中拿掉而不影响电路。在暗盒中，如某两接线柱之间的电压表示数为零，则这两接线柱之间可能连接有导线；如电压表测到的是最大电压，则这两接线柱之间可能存在电源；如电压表测得几个不同的电压，则暗盒中必有含有电源和几个用电器串联的电路。暗盒问题给出的条件中如有电表的话，可利用电表的特点帮助判断暗盒内电路。
例3.暗盒（图6）中有一个电压不变的电池组，两个定值电阻R[,1]、R[,2]，且R[,1]=2R[,2]，用电流表测试有关接线柱之间的电流，结果发现(1)开关S断开时，电流表接在B,D间示数为I；(2)开关S断开时，电流表接在B,C间示数为2I；(3)当开关S闭合时，电流表接在C,D间示数为I，根据此时测试结果，画出暗盒内的电路。
分析：S断开时，电流表接入B、D，电路导通，但电流较小，则A、B、D、A间是一个完整回路，有电源和阻值较大的电阻，电路中可能有R[,1]，D、C间无导线。S断开时，电流表接入B,C，电路导通，但电流较大，则A,B,C,A间是一通路，暗盒内有电源和一小电阻R[,2]。综合(1),(2)电源只能放在A,B间。S闭合时，电流表接C,D，电流表测R[,1]电流，证明上述推理正确。所以暗盒电路如图7。
4.利用电阻串联，并联的特点 在暗盒问题中，如两接线柱之间的电阻大于已知电阻，则这两接线柱之间的电阻一定是串联；若两接线柱之间的电阻小于已知电阻，则这两接线柱之间的电阻一定是并联，如某一段电路断开但并不影响其他电路，则暗盒内一定是并联电路。
例4.图8暗盒内有三个阻值都是R的等值电阻，已知A,B间的电阻值为R,A、C间的阻值为R/2，画出暗盒内的电路。
分析：利用电阻串、并联的特点，可以很容易地判断A,B间只有一个电阻，A,C间有二个相同的电阻并联。（图9）
5.纯电阻暗盒的基本线路
纯电阻电路，没有电源，电路基本是开放的，不形成回路。纯电阻暗盒内电路形式大致有以下几种：
(1)"H"型，四个接线柱分别位于"H"的四个端点，电阻分布在H的各段线段上。
例5.方框表示一个不透明的盒子（图10），盒内有三个阻值相同的电阻R，盒外有四个引出线，测得
，在暗盒内画出电阻连接方法。
分析：在盒内先用铅笔将四个接线柱连成"H"型，利用电阻串并联的特点，将电阻分布到"H"型的各个线段上，直到满足题意（图10）
(2)"I"字型，将"H"型暗盒旋转90°，就可得此电路。(3)“∏”字型 (4)"Z"字型，(5)“二”字型 (6)“人”字型如例4图9就是“人”字型电路。
6.利用共用性特点 在含有电源的电路中，电源是各个用电器共用的，必定放在共用电路上或干路上。分析暗盒问题时，根据问题的已知条件可以推导出各两接线柱之间的电阻数，但暗盒问题必须使用最少的元件。这时就应进行合并、调整，把各接线之间能共同使用的电阻放在共用电路上。分析暗盒问题，要注意寻找各部分电路之间的共用电阻，把它们放置在共用电路上。
例6.如图11暗盒内有四个等值电阻，测得A,B间电阻为3欧，B,C间电阻为4欧，画出暗盒内电路，指出每个电阻的阻值。
分析：在A,B间放三个阻值为1欧的电阻，在B、C间放四个阻值均为1欧的电阻，基本满足题意，但电阻数超出原题要求。这时进行合并，找出共用部分。显然A,B间电阻无法省略，而B,C间的电路可绕道走B、A到C，这样B,A间电阻可重复使用，减少电阻个数（图11）。
7.利用电池组可拆特点 在初中电学的电路图上，电池组总是以一个完整的电路符号出现。在实际接线中，电池组是由几节电池组成，可以把它分开，放置在不同部位。所以暗盒中的电池也可以拆开排列。
例7.图12暗盒中有一个四节干电池组成的电源，还可能有以下三个电阻中的部分或全部：
。现用电压表分别测量接线柱AB,BD,CD,CA之间的电压都是3伏，画出暗盒中的电路。
分析：利用分压特点，应选择6伏电源和R[,1]，R[,2]串联，使R[,1]，R[,2]两端获得3伏电压，再利用电池组可拆特点，把6伏电池组一分为二，就得到暗盒内电路（图12）。也可以单独使用电池组可拆特点，把四节电池拆成二个各为3伏的电池组，分别连到接线柱上（图13），也可以满足题意对电压的要求。