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        探究電學(xué)6量的綜合計算規(guī)律

        2022-08-01 00:46:50華陳森
        數(shù)理化解題研究 2022年20期
        關(guān)鍵詞:變阻器物理量電學(xué)

        華陳森

        (江蘇省如皋市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)袁橋初級中學(xué) 226575)

        初中物理電學(xué)部分,我們會涉及電壓U、電流I、電阻R、電功率P、電功W、時間t這6個物理量的計算問題.通過實踐我們可以發(fā)現(xiàn),電學(xué)6量的計算,具有很強(qiáng)的規(guī)律性.

        1 電學(xué)6量基本問題

        例析6個題型之一UP型

        2020江蘇南通中考物理試題第20題第(1)小題

        燈泡L的規(guī)格為“6V 3W”,求燈泡正常發(fā)光時的電阻;

        分析這是電學(xué)UIRP四量,已知UP求另外R(I)的問題.

        答:燈泡正常發(fā)光時的電阻是12Ω;(燈泡正常發(fā)光時的電流是0.5A)

        UIRPWt六量,已知三個求另外三個.

        實踐表明,任意三個物理量(除了三個物理量原來在同一公式中)都可以直接求第4個物理量;從數(shù)學(xué)的排列組合考慮,是從6個量中取三個量的組合問題,可以算出一共有20個;再減去三個物理量在同一公式中的5個組合,實際電學(xué)6量問題也就15個題型.教學(xué)用題型思考公式如下:

        具體有哪15個電學(xué)6量題型:

        UIRUIPURPIRPUIWURWUPWIRWIPWRPWUItURtUPtUWtIRtIPtIWtRPtRWtPWt

        仔細(xì)觀察表格中所列15個題型,我們會發(fā)現(xiàn)每一個題型都可以回歸到UIRP四量UIIRURUPIPRP這六個題型之一.從而我們可以在強(qiáng)化訓(xùn)練電學(xué)4量的6種題型后,完成電學(xué)6量的15種題型的基本功訓(xùn)練.

        例析15個題型之一UIt型

        具體題目:2020上海中考物理試題第12題

        某導(dǎo)體兩端的電壓為6伏,10秒內(nèi)通過其橫截面的電荷量為3庫, 通過該導(dǎo)體的電流為____安,該導(dǎo)體的電阻為____歐姆;

        (P=UI=6V×0.3A=1.8W

        W=UIt=6V×0.3A×10s=18J)

        答:通過該導(dǎo)體的電流為0.3安,該導(dǎo)體的電阻為20歐姆;(該導(dǎo)體消耗的電功率為1.8瓦,所做的電功為18焦.)

        2 串聯(lián)并聯(lián)電路中的電學(xué)6量問題

        2.1 串聯(lián)電路的橫向公式

        U1+U2=U總

        I1=I2=I總

        R1+R2=R總

        P1+P2=P總

        W1+W2=W總

        t1=t2=t總

        2.2 并聯(lián)電路的橫向公式

        U1=U2=U總

        I1+I2=I總

        P1+P2=P總

        W1+W2=W總

        t1=t2=t總

        2.3 串聯(lián)并聯(lián)電路中電學(xué)6量問題的幾個層次及對應(yīng)例析

        電學(xué)綜合計算因為涉及縱向物理量的不同,難度可以分為幾個層次,具體看以下分析.縱向僅涉及UIR三組量,已知3個求另外6個.

        例2020江蘇南通中考物理試題第20題

        如圖1,電源電壓為12V,燈泡L的規(guī)格為“6V 3W”,滑動變阻器R1上標(biāo)有“20Ω 1A”,R2=10Ω,電流表量程為0-3A.將開關(guān)S閉合,S1、S2斷開,調(diào)節(jié)變阻器使燈泡正常發(fā)光.

        (1)求燈泡正常發(fā)光時的電阻;

        (2)求滑動變阻器10s內(nèi)消耗的電能;

        (3)將開關(guān)S、S1、S2都閉合,移動滑片P且電路安全,求R1與R2功率之比的最大值.

        圖1

        解(1)略;

        (2)(分析:開關(guān)S閉合,S1、S2斷開時,滑動變阻器R1與燈泡L串聯(lián).調(diào)節(jié)變阻器使燈泡正常發(fā)光,所以這一題是已知數(shù)據(jù)是電源電壓為12V,燈泡L的額定電壓和額定電功率“6V 3W”,時間10s.而滑動變阻器R1上標(biāo)有“20Ω 1A”、R2=10Ω、電流表量程為0-3A都是無用數(shù)據(jù).因而這一題也就是串聯(lián)電路3×6型中的已知4求14當(dāng)中之一)

        U1① =6VUL=6VU總=12V

        I1①=0.5AIL①=0.5AI總①=0.5A

        R1RLR總

        P1PL=3WP總

        W1②=? 30JWLW總

        t1=10stL=10st總=10s

        ②S閉合S1S2斷開時滑動變阻器R1與燈泡L串聯(lián)

        U1=U總-UL=12V-6V=6V

        W1=U1I1t1=6V×0.5A×10s=30J

        (3)略

        3 電路狀態(tài)切換中巧解電學(xué)綜合計算

        3.1 識別電路

        3.2 分析數(shù)據(jù)

        3.3 區(qū)分情況,分別可求解

        情況1:兩狀態(tài)已知數(shù)據(jù)都全,分別求解兩狀態(tài),例略.

        情況2:兩狀態(tài)已知數(shù)據(jù)一全一不全,巧借恒量數(shù)據(jù),求解不全狀態(tài).

        例2020年江蘇宿遷市初中學(xué)業(yè)水平考試第14題.如圖2所示,電路中電源電壓恒定,定值電阻R1=20Ω,只閉合開關(guān)S1,電流表示數(shù)為0.3A,則電源電壓為____V;同時閉合開關(guān)S1、S2,電流表求數(shù)為0.5A,則R2的阻值為____Ω.

        圖2

        分析只閉合S1,電路為只有R1的簡單電路,有I1、R1兩個數(shù)據(jù);同時閉合S1、S2,電路為R1、R2的并聯(lián)電路,只有I總=0.5A、定值電阻R1=20Ω兩個數(shù)據(jù),此時必須借簡單電路中的電流表示數(shù)為0.3A或者電源電壓為6V,才能求出R2的阻值.

        解只閉合S1,電路為只有R1的簡單電路

        U=I1R1=0.3A×20Ω=6V

        同時閉合S1、S2,R1R2電路

        I2=I總-I1=0.5A-0.3A=0.2A

        答:略

        圖3

        情況3:兩狀態(tài)已知數(shù)據(jù)都不全,巧用恒量數(shù)據(jù)設(shè)未知數(shù),列方程組求解兩狀態(tài).

        例2020年南京市中考試卷第12題

        如圖3所示電路,電源電壓不變,R1為定值電阻,R2為滑動變阻器.閉合開關(guān)S,R2的滑片P在某一端點時,兩表的求數(shù)分別為0.2A和3V;移動滑片P到某位置的過程中,兩表的示數(shù)分別變化了0.3A和1.5V.下列說法正確的是( ).

        A.電源電壓為4.5V B.C.D.略

        解由電路圖3可知,R1與R2串聯(lián),電壓表測R2兩端的電壓,電流表測電路中的電流.由R2P示0.2A 3V有:

        0.2A×R1+3V=U總

        滑片P時兩電變化了0.3A 1.5V,可知此時示0.5 A 1.5 V:

        0.5A×R1+1.5V=U總

        綜合①②解得:

        R1=5ΩU總=4V

        當(dāng)然,電學(xué)6量問題在實際解題中,計算遠(yuǎn)遠(yuǎn)比本文所描述的解法更為簡單;因為這些物理量之間可以在其中某一物理量先求出來后,用其它分步的方法解題.本文只是在學(xué)生的解題達(dá)到一定靈感后,讓學(xué)生有個高屋建瓴、先易后難再由難而易的過程;相信經(jīng)過這樣的電學(xué)6量問題專題訓(xùn)練,學(xué)生的相關(guān)解題思路會更為靈活開闊.

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