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        “模型構(gòu)建”在初中物理動態(tài)電路復(fù)習(xí)中的應(yīng)用

        2018-01-08 06:09:44朱天宇
        中學(xué)物理·初中 2018年11期
        關(guān)鍵詞:專題復(fù)習(xí)模型構(gòu)建初中物理

        朱天宇

        摘 要: 初中物理考試中,動態(tài)電路題型多變,但核心知識點(diǎn)是不變的.在專題復(fù)習(xí)中采用“模型構(gòu)建”法進(jìn)行教學(xué),圍繞動態(tài)電路核心知識,將各種題型分類,建立基礎(chǔ)“電路模型”和“思維模型”,然后將多變的題型轉(zhuǎn)化為已有模型進(jìn)行分析,能有效地突破教學(xué)難點(diǎn),提高學(xué)生物理思維能力.

        關(guān)鍵詞: 初中物理;模型構(gòu)建;動態(tài)電路;專題復(fù)習(xí)

        動態(tài)電路分析是初中物理學(xué)習(xí)過程中的一個重難點(diǎn),也是中考及各類考試中較為常見的題型.分析近幾年各地中考試卷,動態(tài)電路的題型越發(fā)的多變,而且綜合性較強(qiáng),學(xué)生的得分率普遍不高.在傳統(tǒng)的動態(tài)電路專題復(fù)習(xí)中,復(fù)習(xí)時間緊湊,很多教師采用以往年中考真題或模擬題為例題,通過“做—講—練”的模式進(jìn)行復(fù)習(xí).在一定程度上有效縮短了復(fù)習(xí)時間,但造成的問題是往往學(xué)生學(xué)會了該種題型的解答,甚至是記住了答案,但沒有真正理清動態(tài)電路中各物理量的內(nèi)在聯(lián)系[1].一到考試,題型一變就不會分析.若在專題復(fù)習(xí)中采用“模型構(gòu)建”方法進(jìn)行教學(xué),將多變的題型轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)模型進(jìn)行分析,能有效地突破教學(xué)難點(diǎn),提高學(xué)生物理思維能力.

        1 “電路模型”和“思維模型”的構(gòu)建

        1.1 動態(tài)電路類型分析

        在初中物理電學(xué)內(nèi)容中,默認(rèn)忽略電源的內(nèi)電壓和內(nèi)電阻 ,即認(rèn)為電源路端電壓恒定不變,且中考難度一般不考察串并聯(lián)混合電路的分析.由此根據(jù)電路動態(tài)變化的原因?qū)⒊踔须A段動態(tài)電路分為兩大類型:一類是改變滑動變阻器或某種可變電阻的阻值,引起電路中電流、電壓、實際電功率的變化;另一類是通過開關(guān)的斷開閉合,使電路中部分電阻的連接方式發(fā)生改變,導(dǎo)致電路中各物理量發(fā)生變化[2].

        動態(tài)電路的難點(diǎn)在于電路局部發(fā)生變化后,整個電路中某些物理量發(fā)生了變化,某些物理量并沒有發(fā)生變化,大部分學(xué)生在分析過程中只抓住電路的某一部分,不能從電路的整體進(jìn)行分析,導(dǎo)致思路混亂.所以,在復(fù)習(xí)中將各種題型進(jìn)行整合分類,先幫助學(xué)生構(gòu)建基礎(chǔ)“電路模型”和“思維模型”,以此為基礎(chǔ)將多變的例題轉(zhuǎn)化為已有模型來分析.化“繁”為“簡”,化“多變”為“不變”來突破難點(diǎn).

        1.2 基礎(chǔ)模型構(gòu)建

        對大量真題和模擬題進(jìn)行歸納分析,得出以下五種基礎(chǔ)模型.結(jié)合電路模型,按照邏輯順序?qū)φ麄€電路所有位置的電流和電壓進(jìn)行分析,確定內(nèi)在聯(lián)系,從而建立思維模型.

        1.2.1 滑動變阻器“串聯(lián)”模型

        如圖1所示為滑動變阻器“串聯(lián)”模型,當(dāng)滑動變阻器滑片向右移動時,分析圖中所有電表的示數(shù)變化.(滑片向左移則結(jié)論相反,下同)

        分析流程:①U總:電源電壓不變,故電壓表V示數(shù)不變;②I:滑片向右移R2增大,根據(jù)I= U總 R1+R2↑ (↑表示增大,↓表示減小,下同),故電流表A示數(shù)變小;③U1:根據(jù)U1=I↓×R1,故電壓表V1示數(shù)變小;④U2:根據(jù)U2=U 總-U1↓,故電壓表V2示數(shù)變大.

        1.2.2 滑動變阻器“并聯(lián)”模型

        如圖2所示為滑動變阻器“并聯(lián)”模型,當(dāng)滑動變阻器滑片向右移動時,分析圖中所有電表的示數(shù)變化.

        分析流程:①U總:電源電壓不變,故電壓表V示數(shù)不變;②I1:根據(jù)I1= U總 R1 ,故支路電流表A1示數(shù)不變;③I2:滑片向右移R2增大,根據(jù)I2= U總 R2↑ ,故支路電流表A2示數(shù)變小;④I總:根據(jù)I總=I1+I2↓,故干路電流表A示數(shù)變小.

        1.2.3 滑動變阻器“特殊”模型

        如圖3所示為滑動變阻器“特殊”模型,當(dāng)滑動變阻器滑片向右移動時,分析圖中所有電表的示數(shù)變化.

        分析流程:①U總:電源電壓不變,故電壓表V示數(shù)不變;②I:移動滑片,R2接入阻值不變,根據(jù)I= U總 R1+R2 ,故電流表A示數(shù)不變;③U1:根據(jù)U1=I×R1,故電壓表V1示數(shù)不變;④U2:滑片向右移,電壓表V2所測有效電阻R′阻值變小,根據(jù)U2=I×R′↓,故電壓表V2示數(shù)變小.

        1.2.4 開關(guān)“串并聯(lián)轉(zhuǎn)換”模型

        如圖4所示為開關(guān)“串并聯(lián)轉(zhuǎn)換”模型,開關(guān)由斷開到閉合,電路由串聯(lián)變?yōu)椴⒙?lián),分析圖中所有電表的示數(shù)變化.(由閉合到斷開則結(jié)相反,下同)

        分析流程:①U總:變化前后電壓表V均測電源電壓,故示數(shù)不變;②I2:根據(jù)I2= U總 R2 ,故支路電流表A2示數(shù)不變;③I1:開關(guān)閉合前A1示數(shù)為0,閉合后有示數(shù),故支路電流表A1示數(shù)增大;④I總:根據(jù)I總=I1↑+I2,故干路電流表A示數(shù)增大.

        1.2.5 開關(guān)“短路”模型

        如圖5所示為開關(guān)“短路”模型,當(dāng)開關(guān)由斷開到閉合,R1由通路變?yōu)槎搪罚治鰣D中所有電表的示數(shù)變化.

        分析流程:①U總:變化前后電壓表V均測電源電壓,故示數(shù)不變;②I:開關(guān)閉合后R1短路,根據(jù)I= U總 R1↓+R2 ,故電流表A示數(shù)增大;③U1:開關(guān)閉合前電壓表V1有示數(shù),閉合后R1短路,故電壓表V1示數(shù)為0;④U2:根據(jù)U2=U總-U1↓,故電壓表V2示數(shù)增大.

        2 “模型構(gòu)建”在例題中的應(yīng)用

        應(yīng)用“模型構(gòu)建”法解決動態(tài)電路問題的一般思路是:(1)認(rèn)清題設(shè)電路的結(jié)構(gòu),判斷動態(tài)電路類型,利用等效電路將其簡化,回歸到已有模型;(2)根據(jù)題目所求,對比相應(yīng)模型的分析流程,得出所求物理量的變化;(3)若涉及電功率、電燈亮度等問題則根據(jù)相應(yīng)公式并結(jié)合電流、電壓的變化進(jìn)行分析.

        例1 ?(2018年寧波) 如圖6甲所示,電源電壓保持不變,閉合開關(guān)S,滑動變器的滑片P從b點(diǎn)滑到a點(diǎn)的過程中,兩電壓表示數(shù)隨電流表示數(shù)變化的圖線如圖乙所示.

        (1)圖乙中 (填“dc”或“ec”)表示電壓表V2隨電流表示數(shù)變化的圖像.

        (2)該過程電路消耗的總功率最大值為 W

        解題思路:(1)認(rèn)清題設(shè)電路結(jié)構(gòu),無需化簡,屬于滑動變阻器“串聯(lián)”模型,滑片從b點(diǎn)滑到a點(diǎn),有效電阻減小;(2)對比模型分析不難得出:電流表A示數(shù)增大,電壓表V2示數(shù)增大,電壓表V1示數(shù)變小;則電壓表V2隨電流表示數(shù)變化的圖像應(yīng)為ec;(3)考慮電路消耗的總功率,電源電壓為12V不變,根據(jù)P總=U總×I↑,故總功率逐漸增大.所以當(dāng)電流為最大3A時,總功率最大值為36W.

        例2 ?如圖7所示,當(dāng)滑動變阻器的滑片P向右移動時,電流表A1的示數(shù) ,電流表A2示數(shù)將 ,電流表A示數(shù)將 ,電壓表V示數(shù)將 .(均填“變大”“變小”或“不變”)[3]

        解題思路:(1)認(rèn)清題設(shè)電路結(jié)構(gòu),對電路進(jìn)行化簡,可得如圖7-1的等效電路;屬于滑動變阻器“并聯(lián)”模型,滑片向右移,有效電阻增大;(2)對比相應(yīng)模型分析得出:電壓表V示數(shù)不變,電流表A1示數(shù)不變,電流表A2示數(shù)變小;電流表A示數(shù)變小.

        例3 ?(2014年寧波) 如圖8所示電路,閉合開關(guān)S后,當(dāng)滑片向右移動過程中( )

        A.小燈泡變亮

        B.電流表示數(shù)變大

        C.電壓表示數(shù)變小

        D.電路的總功率變大

        解題思路:(1)認(rèn)清題設(shè)電路結(jié)構(gòu),無需化簡,屬于滑動變阻器“特殊”模型,滑片向右移,接入電路電阻不變,電壓表所測電阻減小;(2)對比相應(yīng)模型分析得出:電流表A示數(shù)不變;電壓表V示數(shù)變小;(3)考慮電燈亮度,根據(jù)PL=I2×RL,故燈亮度不變.電路總功率,根據(jù)P總=U總×I,故電路總功率不變,應(yīng)選C.

        例4 ?(2016年金華) 如圖9所示是研究并聯(lián)電路電流特點(diǎn)的實物圖.電源電壓保持不變,先同時閉合開關(guān)S和S1,兩燈均發(fā)光,觀察并記錄電流表示數(shù)后,斷開開關(guān)S1,此時( )

        A.甲表示數(shù)不變,乙表示數(shù)變大

        B.甲表示數(shù)變小,乙表示數(shù)變大

        C.甲表示數(shù)變大,乙表示數(shù)不變

        D.甲表示數(shù)變小,乙表示數(shù)不變

        解題思路:(1)認(rèn)清題設(shè)電路結(jié)構(gòu),將實物圖轉(zhuǎn)化為電路圖,可得如圖9-1的等效電路圖;屬于開關(guān)“串并聯(lián)轉(zhuǎn)換”模型,開關(guān)由閉合到斷開,電路由并聯(lián)變?yōu)榇?lián);(2)對比相應(yīng)模型分析得出:支路電流表乙示數(shù)不變,干路電流表甲示數(shù)變小,故選D.

        3 “模型構(gòu)建”應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

        實踐中發(fā)現(xiàn),應(yīng)用“模型構(gòu)建”法進(jìn)行動態(tài)電路專題復(fù)習(xí)中還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)模型的構(gòu)建過程要精細(xì),通過電路串、并聯(lián)特點(diǎn)從整體進(jìn)行分析,重在解決各物理量的內(nèi)在聯(lián)系;(2)實際題型中電路圖畫法多樣,但化簡后大同小異,故之前學(xué)習(xí)中要提高學(xué)生畫出等效電路的能力;(3)模型中涉及了電路中所有電表示數(shù)變化,各物理量的變化推理邏輯清晰.但實際題型中可能只涉及特定的幾個物理量變化.若部分學(xué)生分析困難,可以在電路化簡后將與模型相比缺少的電表補(bǔ)齊,然后再按模型思路逐步推導(dǎo)所求物理量的變化;(4)熟練掌握初中模型,在高中物理中結(jié)合電源內(nèi)阻和串并聯(lián)混合電路的特點(diǎn),可以建立新的模型,為將來的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).

        4 結(jié)語

        在動態(tài)電路專題復(fù)習(xí)中采用“模型構(gòu)建”教學(xué),能有效幫助學(xué)生理清動態(tài)電路中各物理量的內(nèi)在聯(lián)系,將目光放到電路整體的變化情況,有效突破教學(xué)難點(diǎn).不僅能提高學(xué)生歸類辨析的物理思維能力,也能避免傳統(tǒng)復(fù)習(xí)依靠大量刷題帶來的負(fù)面影響,減輕學(xué)生課后的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān).

        參考文獻(xiàn):

        [1] 江耀基.“一題多變”在動態(tài)電路專題復(fù)習(xí)課中的應(yīng)用[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2017,46(5):43~46.

        [2] 林九靈.初中物理動態(tài)電路問題的突破與提高[J].中學(xué)物理,2017,32(14):16~18.

        [3] 孫浩杰.初中物理電路動態(tài)分類分析方法[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2008,37(8):61~62.

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