摘 要：電學(xué)實(shí)驗(yàn)是高考必考點(diǎn)，也是考查學(xué)生分析物理現(xiàn)象、解決問(wèn)題的重要途徑。結(jié)合電學(xué)實(shí)驗(yàn)試題，探究學(xué)生運(yùn)用圖像分析方法，與函數(shù)表達(dá)式等來(lái)處理電學(xué)問(wèn)題，提高學(xué)生解題能力。

關(guān)鍵詞：高中物理;電學(xué)實(shí)驗(yàn);圖像與函數(shù)表達(dá)式

在高考物理試題中，電學(xué)實(shí)驗(yàn)是考查的重點(diǎn)，也是學(xué)生解題難點(diǎn)。這類(lèi)電學(xué)實(shí)驗(yàn)，融合了圖像問(wèn)題、數(shù)學(xué)問(wèn)題等知識(shí)點(diǎn)，需要學(xué)生能夠從中探究解題思路，掌握解題技巧和方法。

一、 把握問(wèn)題本源，促進(jìn)迎刃而解

在電學(xué)實(shí)驗(yàn)題中，圖像與函數(shù)表達(dá)式往往居多。如UI圖像、RL圖像。對(duì)于圖像問(wèn)題，首先要識(shí)圖，了解圖示中不同物理量的內(nèi)容、關(guān)系，發(fā)現(xiàn)圖像中物理量的變化規(guī)律，如斜率、截距、交點(diǎn)坐標(biāo)、面積等對(duì)應(yīng)的物理意義。結(jié)合對(duì)各類(lèi)電學(xué)試題的分析與歸納，需要把握問(wèn)題的本源，才能做到迎刃而解。如在“測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻”實(shí)驗(yàn)中，某學(xué)生先利用多用電表進(jìn)行干電池粗測(cè)，結(jié)合圖1所示的電路結(jié)構(gòu)圖，按照?qǐng)D2方式進(jìn)行電路連接。從圖2中來(lái)看，四條導(dǎo)線的連接方法哪條是錯(cuò)誤的？如果根據(jù)正確電路連接方法，測(cè)得多組電流、電壓值，并將其匯總到圖丙中，得到UI圖像，可知，該電池的電動(dòng)勢(shì)為多少？?jī)?nèi)電阻為多少？

我們根據(jù)該題題意來(lái)分析，很多學(xué)生都能夠根據(jù)圖3所示的UI圖線，推導(dǎo)出電池的電動(dòng)勢(shì)為與U軸相交的E，而內(nèi)電阻阻值是該直線斜率的絕對(duì)值。但是，對(duì)于該題的解題思路，很多學(xué)生并不清除。我們可以根據(jù)該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，分析求解電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的原理。根據(jù)電動(dòng)勢(shì)E=U+Ir，依據(jù)該UI圖像，可以將公式進(jìn)行變形，得到U=E-Ir。結(jié)合數(shù)學(xué)中一次函數(shù)的性質(zhì)、特點(diǎn)，很顯然，對(duì)于斜率的絕對(duì)值，正好是r的值，而對(duì)于與U軸的截距值，就是E。也就是說(shuō)，我們?cè)诮鉀Q該電學(xué)問(wèn)題時(shí)，通過(guò)對(duì)U-I圖像的變換，將物理量公式轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)函數(shù)方式，借助于數(shù)學(xué)的斜率、截距等思想來(lái)化解物理問(wèn)題。

可見(jiàn)，對(duì)于電學(xué)實(shí)驗(yàn)題，在求解時(shí)，要耐心觀察電路圖，分析電路的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，并結(jié)合物理計(jì)算公式，把題變換為數(shù)學(xué)函數(shù)，通過(guò)數(shù)學(xué)函數(shù)性質(zhì)的分析，獨(dú)辟蹊徑來(lái)求解相關(guān)物理問(wèn)題。

二、 梳理圖像變式，拓展活學(xué)活用

在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，以伏安法測(cè)電阻、伏安法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻為基本實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)圖像變式的梳理，來(lái)全面解讀電學(xué)實(shí)驗(yàn)，拓展變式應(yīng)用。一是關(guān)于電阻的UI圖像分析。結(jié)合兩個(gè)定值電阻的UI圖像，分析兩個(gè)電阻阻值的大小關(guān)系。其伏安特性曲線是基于原點(diǎn)的一條射線，而阻值大小的比較，可以通過(guò)射線的k值來(lái)辨析，斜率越大，電阻值越大。該類(lèi)題型也可以進(jìn)行變換，結(jié)合某燈泡的電流、電壓關(guān)系，在坐標(biāo)系中繪制出UI關(guān)系圖線。同時(shí)，根據(jù)圖線上的任意一點(diǎn)，表示什么含義？燈泡電阻R隨電壓變化的關(guān)系如何？同樣，對(duì)熱敏電阻而言，會(huì)隨著溫度的改變而改變阻值，其在坐標(biāo)系中的伏安特性曲線有何差別？根據(jù)我們對(duì)伏安特性曲線的分析，來(lái)對(duì)照多種條件下學(xué)生對(duì)UI圖像的認(rèn)知，加深對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的理解。二是關(guān)于電源的UI圖像。在該類(lèi)圖像中，往往以測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)電阻為主要內(nèi)容。該類(lèi)圖像題在解題時(shí)，需要聯(lián)系歐姆定律，并根據(jù)對(duì)公式的變換，來(lái)討論直線斜率、橫坐標(biāo)截距、縱坐標(biāo)截距所對(duì)應(yīng)的物理量。如圖4、5所示。

在測(cè)定定值電阻R0，電源電動(dòng)勢(shì)E與內(nèi)電阻r時(shí)，我們可以根據(jù)電路結(jié)構(gòu)圖，以及對(duì)應(yīng)的UI直線圖像來(lái)求解以下問(wèn)題：圖線甲與圖線乙分別代表哪個(gè)電表數(shù)據(jù);定值電阻R0、電源電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r的值;圖線甲與乙的交點(diǎn)物理意義。根據(jù)題意，對(duì)于由線性元件構(gòu)成的電路實(shí)驗(yàn)，其電阻的UI圖像、電源UI圖像均為直線，可以根據(jù)斜率、截距來(lái)作答。對(duì)于兩圖線的交點(diǎn)，表示該電阻直接接到電源的實(shí)際狀態(tài)。如果進(jìn)行變式處理，如下圖6、7所示。

將燈泡連接在E為8V、內(nèi)阻r為20Ω的電源上，根據(jù)曲線圖示來(lái)求解燈泡的功率。該題的難點(diǎn)是基于非線性元件的電路實(shí)驗(yàn)，阻值隨電壓而變化，無(wú)法直接利用歐姆定律來(lái)計(jì)算實(shí)際功率。但是，分析該電路圖像，由圖線可以根據(jù)電源UI圖形，推導(dǎo)燈泡UI圖像，為解題明確思路。

三、 結(jié)語(yǔ)

電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，圖像與函數(shù)表達(dá)式的解題運(yùn)用，前提是要把握?qǐng)D像所對(duì)應(yīng)的物理量及意義，特別是面對(duì)電路變式處理問(wèn)題，要從多個(gè)方面來(lái)變換物理量間的關(guān)系，體現(xiàn)活學(xué)活用。當(dāng)然，教師在引領(lǐng)學(xué)生解電學(xué)實(shí)驗(yàn)題時(shí)，還要善于組合、拓展、創(chuàng)新圖像與函數(shù)表達(dá)式的用法，幫助學(xué)生轉(zhuǎn)化復(fù)雜的電路實(shí)驗(yàn)，消除解題恐懼心理。

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作者簡(jiǎn)介：黃輝健，福建省漳州市，福建省漳州市第三中學(xué)。