初中物理電學(xué)解題思維能力“進(jìn)階”訓(xùn)練

李劍

【摘要】本文通過(guò)靜態(tài)電路、動(dòng)態(tài)電路、應(yīng)用電路定性分析和計(jì)算的例題，進(jìn)階鞏固學(xué)生基礎(chǔ)解題能力，再通過(guò)電路圖表信息與電學(xué)綜合計(jì)算的綜合能力訓(xùn)練題，進(jìn)階提升學(xué)生的解題思維.通過(guò)合理的梯度設(shè)計(jì)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S邏輯設(shè)計(jì)，進(jìn)階培養(yǎng)學(xué)生的解題思維，提高學(xué)生的認(rèn)知水平.

【關(guān)鍵詞】初中物理;電學(xué)解題;“進(jìn)階”訓(xùn)練

1 靜態(tài)電路分析

靜態(tài)電路分析的關(guān)鍵是簡(jiǎn)化電路：電壓表當(dāng)斷路，電流表當(dāng)導(dǎo)線，開(kāi)關(guān)閉合當(dāng)導(dǎo)線，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)當(dāng)斷路，得出電路基本結(jié)構(gòu);根據(jù)電壓表掐誰(shuí)兩端測(cè)誰(shuí)電壓，流過(guò)電流表的電流流過(guò)誰(shuí)測(cè)誰(shuí)電流，完成電流的分析;根據(jù)電路規(guī)律得出電壓、電流和電阻的關(guān)系.

例1 小明同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖1所示的電路，閉合開(kāi)關(guān)后，電壓表V1的示數(shù)為1.5V，電壓表V2的示數(shù)為0.6V，則該電路中（）.

（A）兩燈并聯(lián). （B）表V1測(cè)電源電壓.

（C）表V2測(cè)電源電壓. （D）電源電壓為2.1V.

首先，因?yàn)殡妷罕硐喈?dāng)于斷路，所以在電路圖中抹去電壓表，得出等效電路圖，電流從電源正極去到負(fù)極的過(guò)程中依次經(jīng)過(guò)L1與L2，只有一條電流路徑則L1與L2串聯(lián).

其次將電壓表依次接入，表V1接在甲乙兩端，如圖1所示電路甲乙兩點(diǎn)間是L1（或甲乙兩點(diǎn)間電流通過(guò)L1），所以表V1與L1并聯(lián)，即表V1測(cè)L1兩端的電壓，表V2接在丙丁兩端，如圖2所示電路丙丁兩點(diǎn)間是L2（或丙丁兩點(diǎn)間電流通過(guò)L2），所以表V2與L2并聯(lián)，則表V2測(cè)L2兩端的電壓.

最后，根據(jù)串聯(lián)電壓規(guī)律（串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和）得電源的電壓U=U1+U2=1.5V+0.6V=2.1V.故答案選D.

例2 如圖3甲所示電路，閉合開(kāi)關(guān)S后，兩個(gè)燈泡都能發(fā)光，乙圖為電流表A1指針的位置，電流表A2讀數(shù)是0.6A.則（）.

（A）電流表A1測(cè)燈泡L1中的電流.

（B）燈泡L1和L2串聯(lián).

（C）通過(guò)燈泡L1中的電流為0.9A.

（D）開(kāi)關(guān)S只控制燈泡L2.

首先，簡(jiǎn)化電路如圖4所示，兩燈并聯(lián)，A1測(cè)量干路電流I總=1.5A，A2測(cè)量通過(guò)L2的電流I2=0.6A;由于并聯(lián)電路中，干路中的電流等于各支路電流之和，則通過(guò)燈L1的電流為：I1=I總-I2=1.5A-0.6A=0.9A.故C正確.

2 動(dòng)態(tài)電路定性分析

動(dòng)態(tài)電路主要類(lèi)型有兩種，一種由滑動(dòng)變阻器實(shí)現(xiàn)，一種由開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn).在分析由滑動(dòng)變阻器實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)電路時(shí)，可以先簡(jiǎn)化電路，然后在簡(jiǎn)化電路圖中調(diào)節(jié)變阻器，分析變阻器接入電路中的阻值發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)歐姆定律分析電路各處電流、電壓、電功率的變化.

例3 如圖5所示的電路中，電源電壓保持不變，燈泡L的電阻保持不變，閉合開(kāi)關(guān)S后，將滑動(dòng)變阻器R的滑片P向左移動(dòng)的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（）

（A）電壓表V1示數(shù)變大，電壓表V2示數(shù)變小.

（B）電流表A示數(shù)變大，燈泡L亮度變亮.

（C）V1表示數(shù)的變化量等于V2表示數(shù)的變化量.

（D）V2表示數(shù)與A表示數(shù)的比值變小.

首先，簡(jiǎn)化電路得出燈泡L與滑動(dòng)變阻器R串聯(lián).

其次，分析電表測(cè)量對(duì)象，V1測(cè)L兩端的電壓V2測(cè)R左邊部分兩端的電壓，A測(cè)電路中的電流.

然后，動(dòng)態(tài)分析時(shí)先分析電流再分析電壓，將滑片P向左移動(dòng)的過(guò)程中，滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻不變，電路中的總電阻不變，由歐姆定律可知，電路中的電流不變，即A的示數(shù)不變;由U=IR可知，L的電壓不變，即電壓表V1的示數(shù)不變;L的電壓、電流不變，則燈泡的亮度不變，變阻器與電壓表并聯(lián)部分的電阻變小，根據(jù)U=IR可知，電壓表的示數(shù)變小，即電壓表V2的示數(shù)變小.

最后，分析綜合關(guān)系，V1表示數(shù)的變化量為零小于V2表示數(shù)的變化量;V2表示數(shù)與A表示數(shù)的比值是與電壓表并聯(lián)部分的電阻，所以變小.故D正確.

例4 如圖6所示的電路，閉合開(kāi)關(guān)S、S1后，以下說(shuō)法正確的是（）

（A）燈L1、L2串聯(lián).

（B）L1、L2兩端的電壓可能不相同.

（C）斷開(kāi)S1后，電流表A1示數(shù)變小.

（D）斷開(kāi)S1后，電流表A2示數(shù)變小.

首先，閉合開(kāi)關(guān)S、S1后，由簡(jiǎn)化電路圖可知L1與L2并聯(lián)，根據(jù)電流路徑分析可知，A1測(cè)L1支路的電流，A2測(cè)干路電流.

其次，根據(jù)并聯(lián)電路規(guī)律得出，L1、L2兩端的電壓一定相同;然后，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析得斷開(kāi)S1，L2被斷路，電路為L(zhǎng)1的簡(jiǎn)單電路，兩電流表均測(cè)通過(guò)L1的電流.

最后，進(jìn)行綜合分析，因并聯(lián)電路各支路互不影響，所以通過(guò)L1的電流不變，即電流表A1的示數(shù)不變，少了一條支路的電流，則電流表A2示數(shù)變小.故D正確.

3 靜態(tài)電路的計(jì)算

在串聯(lián)或并聯(lián)電路中，利用歐姆完成解題的主要思路是：首先畫(huà)出簡(jiǎn)化電路圖;其次將題目的已知條件和所求標(biāo)識(shí)在圖中;然后根據(jù)電路的規(guī)律和公式“知二求一”的原則完成解題即利用電路的等量、在同一位置有兩個(gè)物理量就可以利用公式“知二求一”解出其它物理量或同一物理量在不同位置則可以求出其它位置的這一物理量;最后，根據(jù)已知依次完成解題.

例5 如圖7所示將一個(gè)標(biāo)有“9V 0.6A”字樣的小燈泡，接入電源電壓是15V的電路中，要想讓燈泡正常發(fā)光，應(yīng)該（）

（A）串聯(lián)一個(gè)10Ω的電阻.

（B）串聯(lián)一個(gè)25Ω的電阻.

（C）并聯(lián)一個(gè)10Ω的電阻.

（D）并聯(lián)一個(gè)25Ω的電阻.

因?yàn)闊襞莸念~定電壓為9V<電源電壓為15V，所以要使燈正常發(fā)光應(yīng)該串聯(lián)一個(gè)電阻來(lái)分壓.根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律（根據(jù)電壓規(guī)律，知兩處電壓求第三處電壓）得串聯(lián)接入的電阻電壓UR=U-UL=15V-9V=6V.又因?yàn)榇?lián)電路中各處的電流相等（串聯(lián)電路的等量），所以電路中的電流I=IL=0.6A.根據(jù)電阻的電壓和電流（同一處利用公式知二求一）得出電阻的阻值R=URI=6V0.6A=10Ω.故A正確.

4 動(dòng)態(tài)電路的計(jì)算

動(dòng)態(tài)電路的解題原則是“化動(dòng)為靜”.首先分析電路，即了解電路的聯(lián)接方式和電表測(cè)量什么量;其次，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器觀察電路中各元件電壓與電流變化的情況;然后，根據(jù)題目的安全限制條件或具體要求將題目歸類(lèi)為兩個(gè)靜態(tài);最后，在兩個(gè)靜態(tài)電路中電路的規(guī)律和公式“知二求一”的原則完成解題或者建立電源電壓的求解方程聯(lián)立求解.

例6 某物理興趣小組設(shè)計(jì)的電子身高測(cè)量?jī)x電路圖如圖8所示，其中電源電壓恒為4.5V，定值電阻R1=6Ω，滑動(dòng)變阻器R2的規(guī)格為“15Ω 0.3A”，電壓表的量程為0～3V，電流表的量程為0～0.6A.為了保證電路中各元件安全工作，變阻器R2接入電路的阻值范圍是（）.

（A）3Ω～12Ω. （B）3Ω～15Ω.

（C）9Ω～12Ω.（D）12Ω～15Ω.

首先，簡(jiǎn)化電路可知R2與R1串聯(lián)，電壓表測(cè)R2的電壓，電流表測(cè)電流;其次將滑片向下滑動(dòng)時(shí)，R2接入電路中的阻值減少，電路中的電流增大，串聯(lián)分電阻越小分到的電壓越少，電壓表的示數(shù)越小，反之亦然.

其次，劃分為兩個(gè)靜態(tài)電路，即明確電流最大時(shí)，R2的阻值最小，電壓表的示數(shù)最大時(shí)，R2阻值最大.

最后，在安全的條件下，依據(jù)靜態(tài)電路中電路的規(guī)律和公式“知二求一”的原則完成解題或者建立電源電壓的求解方程聯(lián)立求解.

因?yàn)殡娏鞅碜畲笫緮?shù)為0.6A，而R2允許通過(guò)的最大電流為0.3A，依據(jù)串聯(lián)電流規(guī)律和“保安全取小值”可知電路中的最大電流為0.3A，所以當(dāng)I1=0.3A，滑動(dòng)變阻器接入電路中的最小電阻，電路的總電阻R總=UI1=4.5V0.3A=15Ω，滑動(dòng)變阻器接入電路中的最小電阻R2min=R總-R1=15Ω-6Ω=9Ω;當(dāng)電壓表的示數(shù)U2′=3V時(shí)，變阻器接入電路中的阻值最大，此時(shí)R1兩端的電壓U1=U-U2′=4.5V-3V=1.5V;電路中電流I2=U1R1=1.5V6Ω=0.25A;滑動(dòng)變阻器接入電路的最大阻值R2max=U2I2=3V0.25A=12Ω;故滑動(dòng)變阻器的阻值范圍為9Ω～12Ω.故C正確.

5 結(jié)語(yǔ)

總之，學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程就是從入門(mén)至精通的進(jìn)階過(guò)程，我們可以從知識(shí)和能力綜合的維度進(jìn)行梯度設(shè)置，通過(guò)靜態(tài)電路掌握簡(jiǎn)化電路與電路分析強(qiáng)化內(nèi)核，通過(guò)動(dòng)態(tài)電路及其應(yīng)用中的定性分析，綜合應(yīng)用電路的規(guī)律和歐姆定律進(jìn)行分析逐步夯實(shí)電學(xué)的基礎(chǔ)，通過(guò)靜態(tài)電路和動(dòng)態(tài)電路的定量計(jì)算進(jìn)行進(jìn)階強(qiáng)化訓(xùn)練，促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展.