小燈泡伏安特性曲線中對(duì)實(shí)際功率求解的拓展培養(yǎng)物理科學(xué)思維

摘 要：描繪小燈泡伏安特性曲線中尋找功率與電壓和電流間的關(guān)系，可以很好的培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)中的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ疚膹男襞莸牟煌B接方式找出小燈泡的實(shí)際功率。

關(guān)鍵詞：電流;電壓;伏安特性;實(shí)際功率;物理思想

隨著高考改革的不斷推進(jìn)，新課程中高中物理比較物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。科學(xué)思維、科學(xué)探究是物理教學(xué)中重要組成部分，小燈泡伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)中，電路圖的設(shè)計(jì)是重要的組成部分。

高考物理實(shí)驗(yàn)的考查可以更好體現(xiàn)科學(xué)思維和科學(xué)探究，高中物理中描繪小燈泡伏安特性曲線，小燈泡連入電路時(shí)，要找出小燈泡兩端電壓與電流之間的關(guān)系，電壓與電流之間存在制約關(guān)系，還要滿足閉合電路歐姆定律的的關(guān)系，從數(shù)學(xué)角度說，小燈泡兩端電壓與電流滿足歐姆定律，從圖線角度來看，即為兩圖線交點(diǎn)的坐標(biāo)，求小燈泡的實(shí)際功率時(shí)，可以通過兩圖線的交點(diǎn)求出實(shí)際電壓和電流，根據(jù)公式P=UI可以求出小燈泡的實(shí)際功率。

從求解的思路看，小燈泡串并聯(lián)方式不同，小燈泡兩端電壓和電流就不同，要求出小燈泡的實(shí)際功率，畫出小燈泡兩端電壓和電流圖線和小燈泡伏安特性曲線的交點(diǎn)，交點(diǎn)的讀數(shù)便是實(shí)際電壓和電流，根據(jù)交點(diǎn)數(shù)值，代入求出實(shí)際功率。

在教學(xué)中，著重從學(xué)科的高度突出各部分知識(shí)之間的聯(lián)系，并引導(dǎo)學(xué)生多思考，多拓展思維，不斷提高物理學(xué)科素養(yǎng)。下面對(duì)小燈泡實(shí)際功率的求法進(jìn)行拓展。

角度一小燈泡和電源直接相連。

根據(jù)閉合電路歐姆定律，小燈泡的電壓和電流關(guān)系為：U=E-I·r，結(jié)合小燈泡伏安特性曲線，用作圖法找到小燈泡的實(shí)際電壓和電流，計(jì)算出小燈泡的實(shí)際功率。

角度二兩個(gè)完全相同的小燈泡L1和L2串聯(lián)后和電源相連。

小燈泡的電壓和電流關(guān)系為：2U=E-I·r即結(jié)合小燈泡伏安特性曲線，作圖法找到小燈泡的實(shí)際電壓和電流，計(jì)算出小燈泡的實(shí)際功率。

角度三兩個(gè)完全相同的小燈泡并聯(lián)后和電源相連。

小燈泡的電壓和電流關(guān)系為：U=E-2I·r，結(jié)合小燈泡伏安特性曲線，作圖法找到小燈泡的實(shí)際電壓和電流，計(jì)算出小燈泡的實(shí)際功率。

角度四小燈泡和定值電阻R0串聯(lián)后和電源相連。

小燈泡的電壓和電流關(guān)系為：U=E-I（r+R0）r，結(jié)合小燈泡伏安特性曲線，作圖法找到小燈泡的實(shí)際電壓和電流，計(jì)算出小燈泡的實(shí)際功率。

角度五小燈泡和R2并聯(lián)后與R1串聯(lián)再和電源相連。

設(shè)小燈泡的電流為I，電壓為U，小燈泡的電壓和電流關(guān)系為：，化簡(jiǎn)得，結(jié)合小燈泡伏安特性曲線，作圖法找到小燈泡的實(shí)際電壓和電流，計(jì)算出小燈泡的實(shí)際功率。

例：高中物理是一種某同學(xué)做小燈泡伏安特性曲線，器材有：小燈泡L，額定電壓和電流分別為3.8V和0.3二、;電壓表量程為3V，電壓表的內(nèi)阻為3kΩ;電流表的量程0.五、，電流表的內(nèi)阻0.5Ω，固定電阻R0=1000Ω;滑動(dòng)變阻器R的調(diào)節(jié)范圍為0-9Ω;電源電動(dòng)勢(shì)E=5V內(nèi)阻不計(jì);開關(guān)S;導(dǎo)線若干。

（1）按要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖。

（2）實(shí)驗(yàn)測(cè)得該小燈泡伏安特性曲線如圖（a）所示。

實(shí)驗(yàn)中得到小燈泡的伏安特性曲線可知，電路中電流變大，電阻變大還是變小，電阻率變大還是變小？

（3）另一位同學(xué)用一電源E0=4V，內(nèi)阻r=1Ω，用題給器材連接成圖（b）所示的電路，實(shí)驗(yàn)過程中調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R的，可以改變小燈泡的電壓和電流從而改變實(shí)際功率。閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)R，小燈泡的最小功率是多少瓦，最大功率是多少瓦。

分析：第（1）問是體現(xiàn)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)最好的設(shè)問，題中給出小燈泡額定電壓3.8V，額定電流0.32A，但給出的電壓表量程是3V，不能完整測(cè)出小燈泡的伏安特性曲線，但要測(cè)出完整的伏安特性曲線，就必須對(duì)電壓表進(jìn)行擴(kuò)量程，電壓從零開始變化，滑動(dòng)變阻器要用分壓。畫出電路圖如圖所示。

第（2）問比較常規(guī)，從圖可以看出隨著電流的增加小燈泡的電阻變大，燈絲的電阻率變大。

第（3）問在（b）實(shí)驗(yàn)電路圖中，滑動(dòng)變阻器R=9Ω是最大值，取最大電阻時(shí)，根據(jù)閉合電路歐姆定律小燈泡的實(shí)際電功率最小，根據(jù)閉合電路歐姆定律：U=E-I（R+r）即U=4-10I，作圖法找到兩圖像的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓和電流，燈泡的最小功率。

當(dāng)R=0時(shí)，燈泡功率最大，電路的路端電壓與電流的關(guān)系：即，作圖法找到燈泡最大功率：。

從上面分析可以看出，高考物理實(shí)驗(yàn)主要考查學(xué)生電路的設(shè)計(jì)能力、分析電阻變化趨勢(shì)的能力，處理數(shù)學(xué)和圖像結(jié)合的能力。

從小燈泡實(shí)際功率求解的拓展中體現(xiàn)了教師講解問題的創(chuàng)新性，學(xué)生從中提升了自己的物理思維品質(zhì)，這樣的講解可以使學(xué)生從“刷題”來提升自己的解題能力。

對(duì)習(xí)題的拓展和創(chuàng)新，由淺入深的過程，從中滲透了高中物理的思想方法，也開拓了思維，發(fā)展了思維能力，很好的體現(xiàn)了知識(shí)與能力并重得教學(xué)方法，科學(xué)素養(yǎng)與能力得到很好的兼容，也可以為我們今后的教學(xué)指明方向，從中得到教學(xué)的啟示。

參考文獻(xiàn)

[1]何述平.描繪小燈泡伏安特性曲線使用的拓展[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2020（2）：8-10.

[2]陶虹.物理實(shí)驗(yàn)教論[M].南寧：廣西教育出版社，1996：199，204.

作者簡(jiǎn)介：李昆華（1962年-）.男，漢族，云南省曲靖市人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：物理教育。