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一道中考物理电学题剖析

如图1为“研究小灯泡灯丝的阻值变化特点”的电路图。实验所选用的器材均能符合实验要求,其中部分器材的规格如下:(小灯泡额定电压3.8V,额定电流0.32A);电压表(量程3V,内阻3000Ω);电流表(量程500mA,内阻0.5Ω),定值电阻R0(限值1000Ω)。按电路图连接好电路,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片至某一位置时,发现电压表的示数为2.7V,电流表的示数为315mA。求此时:

(1)小灯泡两端的电压;(2)通过小灯泡的电流;(3)小灯泡灯丝的阻值。

图1

试题剖析

(一)简化复杂电路

在电路问题计算中正确识别电路是前提。先把各元件之间的连接关系梳理清楚,再把复杂电路简化为等效电路。认真审题不难发现,本题所求问题的关键点都集中于小灯泡,与小灯泡并联的电压表和定值电阻R0为求第一个问题建立等量替代关系,电流表在小灯泡所在电路的干路上,电流表已知的示数可以为第二个问题架桥铺路。滑动变阻器和电源与所求的问题毫无干涉,可以删除滑动变阻器和电源部分,如图2。电路变得简洁,能减轻学生心理的压力,增加其解题的自信心,便于梳理题目中的条件。

(二)舍弃干扰条件

试题为了控制难度,往往会增加一些干扰条件,干扰因素越多题目难度越大。本题难度大的原因除了电路图比较复杂外,还有干扰条件较多。由于本题小灯泡不是正常发光状态,“额定电压3.8V,额定电流0.32A”与所求的问题没有关系,属于干扰条件;电压表的示数为2.7V,小于电压表量程3V,只能说明电压表是安全的,“电压表量程3V”与所求问题无关,属于干扰条件;同样,电流表的示数为315mA,小于电流表量程500mA,只能说明电流表也是安全的,“电流表量程500mA”与所求问题无关,属于干扰条件;分析简化后的电路易发现,不需要求电流表的电压,所以“电流表内阻0.5Ω”也属于干扰条件。舍弃干扰条件,在简化后的电路图上标记出已知的有用信息(如图3),这样一来学生可以真正读懂题目,为正确解题铺平道路。

(三)呈现试题本真

经过化繁为简、去伪存真,题目“瘦身”后露出真面目。如图2为“研究小灯泡灯丝的阻值变化特点”的电路图。实验时电压表内阻3000Ω,定值电阻R0阻值1000Ω。闭合开关,调节滑动变阻器的滑片至某一位置时,发现电压表的示数为2.7V,电流表的示数为315mA。求此时:(见原题的三个问题)

图2

图3

初中生的物理思维还处在初级阶段,大多数学生理不清复杂问题中的逻辑关系,从而解题时无从下手。在试题讲解时教师要善于引导学生,深入挖掘所求量与已知量之间的关系,根据所学的物理知识梳理出解题的逻辑思维导图,下面以本题为例进行分析梳理。

第一个问题,由于灯泡的电流和电阻都不知道,运用欧姆定律不可行。由于定值电阻和电压表串联后与灯泡并联,于是想到运用“并联时各支路两端的电压相等”来解决第一个问题。逻辑思维图(?表示未知,√表示已知)如下:

(可行)

第二个问题,由于灯泡的电阻未知,运用欧姆定律不适合。电流表在简化后电路的干路上,可以运用“干路上电流等于各支路电流之和”这一原理来解决第二个问题。逻辑思维图如下:

第三个问题,在第一问和第二问基础上,该问没有思维障碍,解题时水到渠成。

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