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        “電壓分配率”在初中物理串聯(lián)電路故障分析中的應用

        2018-01-05 10:05:46徐學林
        中學理科園地 2017年6期
        關(guān)鍵詞:解題電壓故障

        徐學林

        摘 要:“初中物理串聯(lián)電路故障”是初中學生剛接觸電學在日常實驗中經(jīng)常接觸到的問題,學生經(jīng)常搞不清故障的原因,更談不上對故障的原因進行系統(tǒng)的分析,本文以2008年浙江臺州市的一道中考題為例,簡述如何教會學生應用串聯(lián)電路中的“電壓分配率”對各種常見的故障進行簡單有效地分析和查找,更好地使學生將理論學習與具體的實踐相結(jié)合。

        關(guān)鍵詞:串聯(lián)電路;故障;電壓;解題

        引言

        原題再現(xiàn)

        浙江省臺州市2008年中考的第13題

        實驗課上,同學們把兩個相同規(guī)格的小燈泡連接在如圖1甲所示的電路中,閉合開關(guān)后,兩燈發(fā)光。此時,一同學不小心把L1的玻璃外殼打破了,結(jié)果L1熄滅,L2卻更亮了。這是為什么呢?他們提出猜想:

        猜想一:可能L1處發(fā)生開路;猜想二:可能L1處發(fā)生短路。

        (1)根據(jù) (填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)電路的特點,可知猜想一是不正確的。

        (2)針對猜想二,同學們找了一只電壓表,分別并聯(lián)在L1,L2兩端,如圖乙所示,假如猜想二成立,則兩次讀數(shù)有何特點?

        (3)實驗發(fā)現(xiàn)兩次電壓表均有明顯讀數(shù),且L1兩端電壓比L2兩端電壓小。說明猜想二也不正確.你認為L1熄滅、L2更亮的原因可能是 。

        A.L1電阻變大 B.L1電阻變小

        C.L2電阻變小 D.L1功率變大

        1 說題目立意

        這道中考題考查的主要知識點:串聯(lián)電路的電流、電壓特點,由歐姆定律導出的串聯(lián)電路的電壓分配率的特點,(U1:U2=R1:R2,即電流相同時,大電阻分到大電壓,小電阻分到小電壓),燈泡的亮暗取決于燈泡的實際功率。對應課標中的要求是:知道電壓、電流和電阻概念。通過實驗,探究電流與電壓、電阻的關(guān)系。理解歐姆定律。了解串、并聯(lián)電路電流和電壓的特點。會使用電流表和電壓表。知道用電器的實際功率和額定功率。本題屬于理解層次的考查要求與課標要求相一致。

        題目分析

        中考趨勢:本題是一道實驗綜合題,主要考查學生平常實驗操作過程遇到的電路故障現(xiàn)象的分析,更側(cè)重于電路的分析。電路的故障現(xiàn)象及分析既是平時學生學習的難點也一直是近幾年中考的熱點,也是學生丟分的重災區(qū)。

        試題的優(yōu)點:本題難度不大,卻包含串聯(lián)電路故障的典型特征,作為突破電路故障分析,這種題型的引入,由簡入難,符合學生的認知規(guī)律。

        電路故障分析一般的解題過程:①引導學生通讀全題,明確已知條件與所問問題。②仔細閱讀電路圖,明確各個元件的連接關(guān)系。③整理解題思路,運用相關(guān)物理知識、規(guī)律來完成解答。

        2 說分析審題

        引導審題

        (1)讀圖:發(fā)現(xiàn)當S閉合時,燈泡L1、燈L2組成串聯(lián)電路,閉合開關(guān)后,兩燈發(fā)光,說明電路的連接沒有問題,一同學不小心把L1的玻璃外殼打破了,結(jié)果L1熄滅,L2卻更亮了說明燈L2也沒問題,問題出在燈L1上。

        (2)隱含條件:電路出現(xiàn)故障后,L2能亮說明燈L2沒什么問題。

        3 說解題思路

        一般解法:先“整體”后“個體”,“整體”:兩燈串聯(lián),故障時一燈亮一燈不亮,說明整體的電路是完整的沒有發(fā)生“開路”?!皞€體”之一L2能亮說明燈L2沒什么問題,“個體”之二L1不能亮說明:

        ①燈L1有故障:要么開路;要么短路;

        ②燈L1有其他問題。

        分析學生

        學生在做題時的難點:

        ①基礎(chǔ)薄弱的學生分不清“開路”和“短路”,亂猜亂做;

        ②基礎(chǔ)一般的同學可以順利完成(1)、(2)小題;(3)小題思維斷路,無從下手;

        ③基礎(chǔ)扎實的優(yōu)秀生可以根據(jù)串聯(lián)電路的提點,串聯(lián)電路電壓、電功率的知識得到第(3)小題的正確答案。

        如何讓基礎(chǔ)薄弱和基礎(chǔ)一般的學生解答這一類的電路故障分析題呢?我是采取先讓學生理解和掌握串聯(lián)電路的電壓、電流、電阻關(guān)系的基礎(chǔ)上,根據(jù)歐姆定律、電功、電功率的公式推導出串聯(lián)電路的電流、電壓、電阻、電功、電功率的分配規(guī)律來分析此類的問題。

        ①首先根據(jù)串聯(lián)電路電流各處相等的特點(I1=I2),根據(jù)歐姆定律:R=■電功、電功率的公式W=UIt,P=UI,推理得到:串聯(lián)電路中:

        U1:U2

        W1:W2 =R1:R2

        P1:P2

        規(guī)律:(串聯(lián)電路中,除了各處的電流相等,其它(電壓、電功、電功率)均與電阻成正比),即“串聯(lián)電路的電壓分配率”。

        ②電路發(fā)生“短路處”其電阻接近于“0”可以看做“0”,電路發(fā)生“開路處”可以看做一個“超級大電阻”(超大)

        這樣串聯(lián)電路的故障分析,可以利用“串聯(lián)電路的電壓分配率”來分析:看故障后各個用電器分到的電壓來分析:如果是發(fā)生“短路”,“短路”是個“0電阻”,只能分到“0電壓”;如果是發(fā)生“開路”,“開路”是個“超級大電阻”,分到“電路中的電源電壓”。

        ③如果單獨檢測兩個燈泡都沒問題,電路的連接也沒問題,但是兩燈串聯(lián)在電路中一燈亮,一燈不會亮,根據(jù)上述規(guī)律,只能是其中亮著的燈的電阻遠遠大于不亮的燈的電阻(即亮的燈因其電阻遠遠大于不亮的燈電阻,分到的電功率也遠遠大于另一盞燈)。

        正確答案:(1)串聯(lián);(2)L1兩端電壓為零,L2兩端電壓為電源電壓;(3)B

        4 說拓展延伸

        原題拓展:

        (1)實驗課上,同學們把兩個相同規(guī)格的小燈泡連接在如圖2所示的電路中,閉合開關(guān)后,兩燈發(fā)光,過了一會兒,其中一盞燈熄滅,用電壓表測出L1兩端電壓為3V,L2兩端電壓為0則( D )

        A. L1燈開路 B. L2燈開路

        C. L1燈短路 D. L2燈短路

        (2)實驗課上,同學們把兩個相同規(guī)格的小燈泡連接在如圖2所示的電路中,閉合開關(guān)后,兩燈發(fā)光,過了一會兒,其中一盞燈熄滅,用電壓表測出L1兩端電壓為0V,L2兩端電壓為3V則( C )

        A. L1燈開路 B. L2燈開路

        C. L1燈短路 D. L2燈短路

        (3)實驗課上,同學們把兩個相同規(guī)格的小燈泡連接在如圖2所示的電路中,閉合開關(guān)后,兩燈都發(fā)光,過了一會兒,兩燈都熄滅,用電壓表測出L1兩端電壓為3V,L2兩端電壓為0則( A )

        A. L1燈開路 B. L2燈開路

        C. L1燈短路 D. L2燈短路

        (4)實驗課上,同學們把兩個相同規(guī)格的小燈泡連接在如圖2所示的電路中,閉合開關(guān)后,兩燈都發(fā)光,過了一會兒,兩燈都熄滅,用電壓表測出L1兩端電壓為0V,L2兩端電壓為3V則( B )

        A. L1燈開路 B. L2燈開路

        C. L1燈短路 D. L2燈短路

        5 總結(jié)串聯(lián)電路故障的解題思路

        (1) 引導學生讀懂電路圖并通讀全題找出已知條件及隱含條件;

        (2)分清故障引起的原因:①開路(兩燈都不亮);②短路(一燈亮一燈不亮)③兩燈電阻相差太大(即亮燈的電阻遠遠大于不亮燈的電阻)

        (3)根據(jù)串聯(lián)電路的特點和串聯(lián)電路電壓、電功、電功率的分配規(guī)律來分析和解決問題。

        6 說反思感悟

        電路故障分析對學生運用物理知識來分析電路的要求較高,從近幾年的中考來看一般都作為實驗綜合考查題,而學生的得分率也很低,所以要加強根據(jù)電路特點及其他物理量的分配關(guān)系的這種解法引導和強化訓練。

        在電學新課的傳授過程中要注意電學基礎(chǔ)的夯實,特別是《了解電路》、《探究電路》這兩章電學的基礎(chǔ)。而串聯(lián)電路的特點及串聯(lián)電路各物理量的分配關(guān)系更是需要學生在掌握好串并聯(lián)電路的基礎(chǔ)上結(jié)合歐姆定律來進行推導,而電路故障的分析正是這些知識和規(guī)律的實戰(zhàn)演習,要引導學生在平常實驗操作中遇到電路故障時多多分析、多問幾個為什么,就可以順利地解答電路故障的分析題目。

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