“知法并行”模式在求解歐姆定律試題中的運(yùn)用

李臣

摘 要：“知法并行”是物理課堂教學(xué)中進(jìn)行新授課或復(fù)習(xí)課所采用的一種教學(xué)模式，筆者發(fā)現(xiàn)這種教學(xué)模式可以應(yīng)用到求解物理試題當(dāng)中.經(jīng)過(guò)實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)效果良好，主要表現(xiàn)在老師講課思路清晰，同行和學(xué)生們感到講的明白，學(xué)生自然也就學(xué)的明白，班級(jí)學(xué)習(xí)成績(jī)明顯提高，與此同時(shí)還可為師生創(chuàng)造更多的互動(dòng)機(jī)會(huì).下面借助于求解三道2017年中考物理歐姆定律實(shí)驗(yàn)試題來(lái)介紹利用“知法并行”模式求解物理試題的方法，供大家借鑒與參考.

關(guān)鍵詞：“知法并行”；實(shí)驗(yàn)試題；求解運(yùn)用；方法總結(jié)

“知法并行”是指在物理課堂教學(xué)過(guò)程中，以教材中的知識(shí)發(fā)展過(guò)程和對(duì)應(yīng)知識(shí)發(fā)展過(guò)程所蘊(yùn)含的科學(xué)方法為基礎(chǔ)，將知識(shí)的發(fā)展過(guò)程及其所運(yùn)用的科學(xué)方法整理出線(xiàn)索，使“知識(shí)線(xiàn)”與“方法線(xiàn)”在教學(xué)過(guò)程中同時(shí)展開(kāi)、并行前進(jìn)的一種科學(xué)方法教育、教學(xué)模式.這種科學(xué)方法教育、教學(xué)模式筆者嘗試應(yīng)用到求解物理試題過(guò)程中.在此過(guò)程中，我們首先尋找問(wèn)題的知識(shí)點(diǎn)或“知識(shí)線(xiàn)”，確定屬于哪個(gè)知識(shí)點(diǎn)或怎樣的“知識(shí)線(xiàn)”，然后尋找解題方法或“方法線(xiàn)”，最后書(shū)寫(xiě)試題答案.或在尋找知識(shí)點(diǎn)或“知識(shí)線(xiàn)”的同時(shí)尋找解題方法或“方法線(xiàn)”.下面按這個(gè)思路來(lái)分析、求解2017年三道中考物理歐姆定律實(shí)驗(yàn)試題.

試題1 （17年溫州）為了研究小燈泡電流與電壓的關(guān)系，小明選擇額定電壓為2.5V的小燈泡、電壓為4V的電源以及其它相關(guān)器材按圖1（甲）連接電路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

（1）閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，當(dāng)觀(guān)察到時(shí)，可以判斷此時(shí)小燈泡正常發(fā)光.

（2）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，小明將滑動(dòng)變阻器的滑片從A端開(kāi)始移動(dòng)，直到燈泡正常發(fā)光，在此過(guò)程中測(cè)得小燈泡電流和電壓的幾組數(shù)據(jù)，并正確畫(huà)出曲線(xiàn)a，如圖1（乙）所示.該實(shí)驗(yàn)中小明選擇的滑動(dòng)變阻器可能是.

A.滑動(dòng)變阻器R1（20Ω 3A）

B.滑動(dòng)變阻器R2（50Ω 2A）

C.滑動(dòng)變阻器R3（2000Ω 0.25A）

（3）小明在圖（乙）中還畫(huà)出了本實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的電流隨電壓變化的曲線(xiàn)b，老師據(jù)圖指出該曲線(xiàn)是錯(cuò)誤的，其理由是.

問(wèn)題（1），①尋找“知識(shí)線(xiàn)”與“方法線(xiàn)”：小燈泡正常發(fā)光的條件是它兩端的電壓達(dá)到額定電壓或達(dá)到額定電流.題中給出了小燈泡額定電壓2.5V，只要小燈泡兩端的電壓達(dá)到2.5V就正常發(fā)光.由于電壓表測(cè)小燈泡兩端電壓，所以電壓表示數(shù)為2.5V時(shí)小燈正常發(fā)光.

②書(shū)寫(xiě)試題答案：移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)觀(guān)察電壓表使其示數(shù)為2.5V時(shí)，小燈泡正常發(fā)光.所以問(wèn)題（1）答案：電壓表示數(shù)為2.5V.

問(wèn)題（2），①尋找“知識(shí)線(xiàn)”：

②尋找“方法線(xiàn)”（解題方法）：

由小燈泡U-I圖像可知，當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓為2.5V，對(duì)應(yīng)的電流是0.3A，此時(shí)大于0.25A，所以C是錯(cuò)誤的.

當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值最大時(shí)，它兩端的電壓最大，小燈泡兩端電壓最小（或電路中的電流最?。?由圖1（乙）小燈泡的U-I圖像可以看出，此時(shí)小燈泡兩端電壓為0.5V，電流為0.1A，所以滑動(dòng)變阻器兩端的電壓為4V-0.5V=3.5V，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為Rm=3.5V0.1A=35Ω，20Ω<35Ω<50Ω，所以選B.

問(wèn)題（3），①尋找“知識(shí)線(xiàn)”與“方法線(xiàn)”（解題方法）：

由圖1（甲）可知，小燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)通過(guò)的電流相等IL=IP；兩者的電壓之和為電源電壓U=UL+UP.從定性角度分析，由圖1（乙）滑動(dòng)變阻器的U-I圖像可以得出，當(dāng)電流逐漸增大時(shí)，電壓逐漸減小，圖像不存在問(wèn)題.從定量角度分析，由于小燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，兩者電壓之和應(yīng)等于4V，但從它們的U-I圖像發(fā)現(xiàn)當(dāng)電流相同時(shí)，兩者的電壓之和大于4V，所以滑動(dòng)變阻器的U-I曲線(xiàn)是錯(cuò)誤的.

②書(shū)寫(xiě)試題答案：理由是：小燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，兩者電壓之和應(yīng)等于4V，而圖中曲線(xiàn)b與a交點(diǎn)處，電壓之和大于4V （或小燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，兩者電壓之和應(yīng)等于4V，而圖中曲線(xiàn)可知，當(dāng)電流相同時(shí)兩者電壓之和大于4V）.

方法總結(jié)：

（1）對(duì)于簡(jiǎn)單的概念性問(wèn)題我們可以將“知識(shí)線(xiàn)”與“方法線(xiàn)”合而為一，“知法并存”.

（2）對(duì)于選擇性的答案可以將書(shū)寫(xiě)試題答案這一環(huán)節(jié)省略.

（3）對(duì)于較復(fù)雜問(wèn)題，“知識(shí)線(xiàn)”與“方法線(xiàn)”分開(kāi)，不要合在一起.在尋找“知識(shí)線(xiàn)”時(shí)，由所求的物理量往已知的物理量方向?qū)ふ?

（4）尋找“方法線(xiàn)”（解題方法）時(shí)，再由已知的物理量往所求的物理量方向?qū)ふ?，根?jù)相關(guān)的概念和規(guī)律來(lái)求解.

（5）類(lèi)似問(wèn)題（3）分析圖像時(shí)，要從定性的角度和定量的角度來(lái)分析.

試題2 （17年宜昌）小明同學(xué)在“探究電流與電壓的關(guān)系”時(shí)選取了如下材料，3.6V鋰電池一枚，10Ω定值電阻一個(gè)、電壓表一只、電流表一只、最大阻值為20Ω的滑動(dòng)變阻器一個(gè)，開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線(xiàn)若干.

（1）請(qǐng)根據(jù)圖3（甲）所示的電路，用筆畫(huà)線(xiàn)代替導(dǎo)線(xiàn)在圖3（乙）中，將電路元件連接完整，注意導(dǎo)線(xiàn)不要交叉.

（2）下面表格1中是小明同學(xué)實(shí)驗(yàn)并整理的數(shù)據(jù)，請(qǐng)你在圖3（丙）坐標(biāo)系中畫(huà)出I-U的關(guān)系圖像，通過(guò)分析圖像，你得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是.

（3）王老師查看了小明的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后說(shuō)：“小明，你的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看上去很不錯(cuò)，不過(guò)，你有沒(méi)有編造數(shù)據(jù)呀？”小明不好意思的說(shuō)：“對(duì)不起，王老師，確實(shí)有一組數(shù)據(jù)是編造的.”請(qǐng)你指出小明的哪組數(shù)據(jù)是編造的？并說(shuō)出你的理由.

問(wèn)題（1），①尋找“知識(shí)線(xiàn)”與“方法線(xiàn)”（解題方法）”：要求電流表串聯(lián)在所測(cè)量電流的那部分電路中，電壓表并聯(lián)在所測(cè)量電壓的用電器兩端；電流要從兩電表正接線(xiàn)柱流入，負(fù)接線(xiàn)柱流出；還要求選擇合適的量程.電流表要測(cè)量電阻中的電流，所以電流表要與電阻串聯(lián)；電壓表要測(cè)量電阻兩端的電壓，所以它要并聯(lián)在電阻兩端；電源電壓為3.6V，由于電路中有滑動(dòng)變阻器，能分擔(dān)一定的電壓，故電壓表的量程為0～3V；電路中的最大電流為：I=UR=3.6V10Ω=0.36A，故電流表量程為0～0.6A.endprint

②書(shū)寫(xiě)試題答案：將電路連線(xiàn)如圖4（甲）所示.

問(wèn)題（2）， ①尋找“知識(shí)線(xiàn)”與“方法線(xiàn)”（解題方法）：這是探究電流與電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn).橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)電壓值，縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)電流值，根據(jù)表格1中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按描點(diǎn)法描出各點(diǎn)，然后用直線(xiàn)將各點(diǎn)連接起來(lái)，畫(huà)出I-U關(guān)系圖像.由于該電阻的I-U關(guān)系圖像，是過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線(xiàn)，是正比例函數(shù)圖像，如圖4（乙）所示.

②書(shū)寫(xiě)試題答案：圖像可以得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在電阻一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比.

問(wèn)題（3），①尋找“知識(shí)線(xiàn)”與“方法線(xiàn)”：此問(wèn)題出在探究電流與電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)方面，我們要從給出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)定量分析電流與電壓兩者關(guān)系是否有問(wèn)題；再計(jì)算I-U圖像兩端數(shù)據(jù)是否有問(wèn)題.首先定量分析I-U關(guān)系如下：

從上面定量分析I-U關(guān)系上看不存在問(wèn)題.

下面再求極限最小電流：根據(jù)滑動(dòng)變阻器的最大阻值，求出電路中的電流，據(jù)此分析，電路中的最小電流為：I=UR=3.6V10Ω+20Ω=0.12A>0.1A，故第一組數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的.

③書(shū)寫(xiě)試題答案：第一組；電路的最小電流為0.12A，達(dá)不到0.1A.

問(wèn)題總結(jié)：在題中給出兩個(gè)物理量之間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格和圖像時(shí)，讓找出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在的問(wèn)題時(shí)，我們往往先根據(jù)表格給出的每組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)考查它們之間的關(guān)系是否符合整體規(guī)律；考查表格數(shù)據(jù)中兩端極限電流或電壓.若還給出兩個(gè)物理量之間關(guān)系圖像，我們往往還考查圖像的兩個(gè)端點(diǎn)數(shù)據(jù)是否滿(mǎn)足題中已知數(shù)據(jù)的條件.

試題3 （17江西）【實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)】用電流表和電壓表測(cè)電阻

【實(shí)驗(yàn)器材】電壓恒為3V的電源、電壓表、電流表、標(biāo)有“20Ω 2A”字樣的滑動(dòng)變阻器、待測(cè)電阻Rx、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)若干.

（1）小明按如圖5（甲）所示的電路圖連接電路；

（2）閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)如圖5（乙）所示，則下一步的實(shí)驗(yàn)操作是：先，然后；

（3）小明測(cè)出待測(cè)電阻的阻值后，向老師匯報(bào)，老師指出他實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中存在著不足，其不足是；

（4）改進(jìn)后，小明繼續(xù)實(shí)驗(yàn)并將數(shù)據(jù)記錄在下表中，分析數(shù)據(jù)可知待測(cè)電阻的阻值為Ω；還可以初步得出：電阻一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成；

（5）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，若小明將滑片P移到了如圖6所示的位置，閉合開(kāi)關(guān)，此時(shí)電流表的示數(shù)為.

問(wèn)題（1），①“知識(shí)線(xiàn)”與“方法線(xiàn)”：用電流表和電壓表測(cè)電阻的方法是分別用電壓表測(cè)量出電阻兩端的電壓U，用電流表測(cè)量出電阻通過(guò)的電流I，根據(jù)歐姆定律（或R=UI），從而計(jì)算出待測(cè)電阻Rx.

②書(shū)寫(xiě)試題答案：根據(jù)歐姆定律（或R=UI）

問(wèn)題（2），①“知識(shí)線(xiàn)”與“方法線(xiàn)”：圖5（乙）中開(kāi)關(guān)閉合，電流表指針向左偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明通電后指針?lè)聪蚱D(zhuǎn)，所以應(yīng)該是電流表正負(fù)接線(xiàn)柱接反了，而不是指針沒(méi)調(diào)零，兩個(gè)答案的條件要注意開(kāi)關(guān)所處的是何種狀態(tài).接下來(lái)，應(yīng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，將電流表正負(fù)接線(xiàn)柱上的接線(xiàn)對(duì)調(diào).

②書(shū)寫(xiě)試題答案：斷開(kāi)開(kāi)關(guān)；將電流表正負(fù)接線(xiàn)柱上的接線(xiàn)對(duì)調(diào)

問(wèn)題（3），①“知識(shí)線(xiàn)”與“方法線(xiàn)”：仔細(xì)讀題，從題看不出小明做了多次實(shí)驗(yàn)，而且“老師指出他實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中存在著不足”，是不足，而不是錯(cuò)誤，所以可以得出小明只做一次實(shí)驗(yàn)就向老師匯報(bào)了.

②書(shū)寫(xiě)試題答案：只測(cè)量一組數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)誤差會(huì)較大

問(wèn)題（4），①“知識(shí)線(xiàn)”與“方法線(xiàn)”：題中給出了小明三次測(cè)得的電壓值和電流值，根據(jù)歐姆定律可以算出三個(gè)對(duì)應(yīng)的電阻值均為10Ω，再求平均值也為10Ω.從表2小明收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以算出每次電壓與電流的比值是一個(gè)定值，所以可以得出結(jié)論：電阻一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比的結(jié)論.

②書(shū)寫(xiě)試題答案：10；正比

問(wèn)題（4），①“知識(shí)線(xiàn)”與“方法線(xiàn)”：題中已給出電源電壓為3V，定值電阻計(jì)算出是10Ω，由圖6可以看出滑動(dòng)變阻器滑片在最大阻值處，題中給出了此值為20Ω，所以電路中電流I=UR總=URx+Rp=3V10Ω+20Ω=0.1A.

②書(shū)寫(xiě)試題答案：0.1A

方法總結(jié)：利用“知法并行”模式求解歐姆定律實(shí)驗(yàn)試題的步驟，筆者總結(jié)為三步，但有些試題分兩步進(jìn)行求解就可以完成.像上題這樣概念性的實(shí)驗(yàn)填空題，就可以將“知識(shí)線(xiàn)”與“方法線(xiàn)”合二為一，放在一起，“知法并行”地進(jìn)行分析，從而使我們利用“知法并行”的模式求解此類(lèi)問(wèn)題條理更清晰明了.

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