初中物理教学中黑盒子问题的探讨，本文主要内容关键词为：黑盒子论文,物理论文,初中论文,教学中论文，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。
初中电学中的黑盒子问题是学生最感棘手的问题。主要原因是因为这类问题综合性强，对于抽象思维尚不健全的初中学生来说是有一定的困难。但这类问题也有它的一般解题规律，只要对它有所了解，其实也并非很难。
首先，根据不同的试探电路，来确定盒内电路的形状；其次，根据内容提示，来确定电源或电阻的位置；最后，根据电压、电流或电阻的大小来确定接线柱间电阻的大小。
1.用电压表进行试测的电路
如果是用电压表来进行探测的电路，那么整个电路应该通路。它的形状大致可以认为是长方形框构成的电路。如：
例1 图中1、2、3、4是从盒接出来的四个接线柱，测得U[，12]=1.5V，U[，24]=1.5V，U[，34]=0V。U[，14]=3V。已知盒内有两个相同的电阻和两节相同的干电池，画出盒内电路的电路图。
析与解 因为接线柱34之间电压为0，则34间应为导线；1和4间电压为3伏，则14间应为电源，所以电源应放在13间；由于12和24间电压都为1.5伏，而两电阻又相等，所以在12和24之间应各放一个电阻，如图1所示。
例2 盒内有一个电源，三个阻值相同的电阻构成一个电路，盒外有ABCD四个接线柱，用电压表测得AB间电压为CD间电压的1.5倍，而CD间电压是AC间电压的2倍，BD间无电压，画出盒内电路图。
析与解 BD间无电压，故BD间应为导线；AB间电压最大，AB间应放电源；CD间电压是AC间电压的2倍，根据串联电路的分压特点，CD间的电阻也应是AC间电阻的2倍，所以在AC间应放一个电阻，在CD间放二个电阻，如图2所示。
例3 盒子内有一个电压恒定为5伏的电源和四个阻值为3欧的电阻连接成电路，从电路中引出ABCD四根导线，今测得AB之间电压是5伏，CD之间的电压是2伏，BD之间电压是零，要满足上述条件，AB之间的最小阻值是________。
析与解 BD间无电压，故BD间应为导线；AB之间电压是5伏，则AB间应为电源；CD之间的电压是2伏，那么AC间的电压应为3伏。根据串联电路的分压特点，AC间的电压是CD间电压的1.5倍，则AC间的电阻也应是CD间电阻的1.5倍，而总电阻又要求最小，所以如果AC间放了一个3欧的电阻，则CD间电阻一定为2欧，故CD间应有一个3欧的电阻和6欧的电阻并联得到。如图3所示，同时可求得AB之间的最小阻值是5欧姆。
例4 黑箱内有6伏的电源，另有R[，1]=2欧，R[，2]=4欧，R[，3]=6欧三个电阻，导线若干，ABCD为接线柱。
（1）在AD之间接6伏的电源
（2）在BD之间接一个电压表，当开关S断开时，电压表的示数为3伏
（3）在AC之间接一个电压表，当开关S断开时，电压表的示数为4伏，当开关S闭合时，电压表的示数为2伏，画出盒内三个电阻的连接方式。
析与解 因为电源电压是6伏，当开关S断开时，三个电阻串联，BD间的电压为3伏，是电源电压的一半，则AB间的电阻应和BD间电阻值相等，故AB间电阻应是6欧；当AC间电压为4伏时，根据串联电路中电流为0.5安，可知AC间电阻为8欧，则BC间应放2欧的电阻，CD间应为4欧的电阻。当开关S闭合时，AB间电阻被短路，根据串联电路分压特点，可证实AC电压为2伏。盒内电路如图所示。
2.用电流表进行试测的电路
如果是用电流表来进行探测的电路，那么凡是有电流表的位置上一定不会有电阻或电源，它的形状有Z字形、N形或一点三线形。
例5 盒内有一个电池组，两个电阻R[，1]、R[，2]（R[，1]=2R[，2]）和若干导线组成的电路，盒内电路分别与盒外四个接线柱ABCD相连，若用电流表测量各接线柱之间的电流，发现把电流表接BC两端时，读数为I；当把电流表接BD两端时，读数为2I，当用导线先将BD连接起来，再把电流表接CD两端时，读数为I。请在图中画出能表示盒内连接电流的电路图。
析与解 在BC、BD和CD这三处都有电流表进行探测的，因此这三处应排除电阻或电源，这样就可发现盒内电路形状为一点三线式。因为电流表在BC间时读数为I，在BD间读数为2I，两次出现B，则电源一定在AB间，根据电流与电阻的反比关系，AC间应是R[，1]，AD应是R[，2]。当用导线先将BD连接起来，再把电流表接CD时，测得是R[，1]中电流，证实电流为I。盒内电路如图5所示。
例6 现有一个供电电压为U且保持不变的电池组、两个定值电阻R[，1]和R[，2]（R[，1]=2R[，2]）及若干导线，它们分别与图中虚线框中标有ABCD的有关接线柱连接，把一个电流表先后接在有关接线柱间，结果发现：
（1）把电流表接在BC间，电流表指针偏转到某一位置（设这时示数为I）
（2）把电流表改接在AD间，电流表的示数为I/2
（3）把电流表改接在AC间，电流表的示数为I/3
画出接线柱间连接情况，并标明R[，1]和R[，2]
析与解 在BC、AD、AC间有电流表，因此这三处应排除电阻或电源，故盒内形状为Z字形。在BC和AD间都有电流表，则电源应放在BD间。当电流表接在BC间时，电流为最大I，则CD间电阻应为最小R[，2]；把电流表改接在AD间，电流表的示数为I/2，由于电源电压没变，电流变小为I/2，则AB间电阻应是R[，2]两倍（即应放上R[，1]）；当电流表改接在AC间；二个电阻串联，电流表的示数为I/3，符合题意。如图6所示。
例7 盒内有一个电池组（电压为6伏），两个阻值为R[，1]和R[，2]的电阻（R[，1]=2R[，2]）和若干导线组成的电路。盒内电路分别与盒外四个接线柱ABCD相连。若用电流表测量各个接线柱之间的电流，发现把电流表接在AB之间时，读数为2安，当把电流表接在AC之间时，读数为1安；当用导线先将AB连接起来，再把电流表接在BC之间时，它的读数为1安。
（1）在图中画出能表示盒内连接电路情况的电路图
（2）用导线将BC连接起来后，再用电流表测AB之间的电流，它的读数是________安
析与解 在AB、AC和BC间有电流表进行探测，故这三处排除电阻和电源，所以可以确定盒内形状为一点三线式，再根据AB和AC间有电流，则电源应放在AD间。当电流表在AB之间时，读数为2安，则BD间电阻应取小的为R[，2]；DC间电阻应为R[，1]；当用导线将BC连接起来后，再用电流表测AB之间的电流，两电阻并联，电流表测得是总电流，所以它的读数为3安，盒内电路如图7所示。
3.没有电表探测，直接画电阻的电路
如果电路中没有电表进行探测，那么电路的形状以U字形居多。
例8 盒子里有几个阻值相同的电阻连成电路，盒外有4个接线柱，经测定，12间的电阻值是13间电阻值的2倍，13间的电阻和24间电阻值相同。画出盒内电阻，且要求电阻最少。
析与解 13间的电阻和24间电阻相同，则13间和24间各放一个电阻，利用这2个电阻已能满足12间的电阻值是13间电阻值的2倍，如图8所示。
例9 盒内有两只阻值均为R的电阻和几根导线连成的电路，盒外abcd分别是从内部出来的接线柱，测得ac接线柱间的电阻值为2R，ab接线柱间的电阻值为R，bd接线柱间的电阻值为零，试画出盒内电阻的接线图。
析与解 bd接线柱间的电阻值为零，则bd间应该为导线；ab接线柱间的电阻值为R，则在ab放一个电阻R；ac接线柱间的电阻值为2R，利用ab间的电阻，只要在cd间放上一个电阻及，就能满足ac间电阻为2R。如图9所示。
例10 如图10所示是从某电子仪器拆下来的密封盒子，已知盒内有三只电阻，ABCD为四根导线，现用电表测量，得知AB间电阻R[，AB]=20Ω，BD间电阻R[，BD]=50Ω，AD间电阻R[，AD]=30Ω，若用导线把CD连接后测得AD间电阻R[，AD]=20Ω，请画出电阻的连接图，并标出每个电阻的阻值。
图10
析与解
解法一：AB间放20Ω的电阻，AD间放30Ω的电阻，若用导线把CD连接后，CD部分的电阻便被短路，测得AD间电阻为20Ω，则在AC和CD间应分别放上一个20Ω和10Ω的电阻，便能满足条件。如11图（1）中所示。
解法二：AB间放一个20Ω的电阻，AD间放一个30Ω的电阻，满足R[，BD]=50Ω，当用导线把CD连接后，CD可看做同一点，要使AD间的电阻变为20Ω，必须并联一个60Ω的电阻。如11图（2）中所示。
图11