初中物理電學(xué)STS綜合計算題教學(xué)研究

王志星

摘 要：初中物理教學(xué)中，越來越多的出現(xiàn)了綜合性很強(qiáng)的試題，以前那種純理論的內(nèi)容少了，注重的是學(xué)生實際解決問題的能力，就是理論結(jié)合實踐，考察的是學(xué)生運(yùn)用知識的能力、實際動手的能力，因此STS試題的比例越來越大，對學(xué)生的考察面十分的廣，當(dāng)然這對教師的教學(xué)要求也是一個考驗。本文就結(jié)合電學(xué)這一章的教學(xué)內(nèi)容，和大家談?wù)勥@方面的教學(xué)。

關(guān)鍵詞：電能；效率；節(jié)能減排

中圖分類號：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9132（2016）32-0184-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.32.118

STS試題近年來成為了中考試題發(fā)展的一個方向，這種題有時候是在一定的情境下分析做的，如果離開了當(dāng)時的情境就無法完成；有的時候跨學(xué)科性很強(qiáng)，如果僅僅利用物理知識，沒有辦法計算；有的時候還帶有問題性，是讓學(xué)生自己去觀察、研究，問題和實踐要結(jié)合起來，只依靠書本理論，是無法獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的；有的時候這種題型很開放，如果學(xué)生平時不認(rèn)真訓(xùn)練，很難掌握方法，因為這種試題的答案不是唯一的，是多種多樣的，可以說非常的靈活。最近幾年，STS試題在中考試卷里的比例在加大，花樣在翻新，鑒于此種情況，本文對近年各省中考電學(xué)綜合計算題中出現(xiàn)的部分STS試題進(jìn)行解析，以期幫助學(xué)生更好地把握這類題型。

一、電能及其效率問題的教學(xué)

電能是初中物理課本內(nèi)容的重點，也是難點，因為電能看不見摸不著，講起來抽象，學(xué)生理解起來也是一樣的抽象難懂。為了說明這個問題，我舉例來說。比如：當(dāng)前城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程中，在一些場館和樓房建設(shè)工地上，常見到一種“塔吊”的起重設(shè)備，其主要組成為電動機(jī)和機(jī)械兩部分。假設(shè)某“塔吊”配置的電動機(jī)銘牌上標(biāo)有：額定電壓380V，額定功率38kW，線圈電阻0.5Ω。在一次起吊中，該“塔吊”電動機(jī)正常工作25s，把質(zhì)量為3t的重物吊起22m（g取10N/kg）。在這道題里，出卷人的目的只有三個，即電功的計算、機(jī)械效率、焦耳定律。就以電動機(jī)吊起重物過程中消耗的電能來說，就是對電能的基本概念理解的一次具體運(yùn)用。具體怎么讓學(xué)生解答，根據(jù)公式W=Pt，消耗的電能就輕而易舉的計算出來，無需要很多的步驟。如果測試卷里在問：電動機(jī)正常工作過程中線圈產(chǎn)生的熱量是多少，可以根據(jù)公式I=可求電動機(jī)正常工作時的電流，線圈產(chǎn)生的熱量根據(jù)公式Q=I2Rt就能計算出。假如進(jìn)一步問：該次起吊過程中“塔吊”機(jī)械部分的機(jī)械效率是多少？教師就要詳細(xì)講解了，已知電動機(jī)消耗的電能和產(chǎn)生的熱量，二者之差就是對電能轉(zhuǎn)化成的機(jī)械能，利用W有=Gh可求克服物體重力做的有用功，最后利用公式η=求出機(jī)械效率。線圈電流產(chǎn)生熱量即該“塔吊”本身消耗的電能為W1=Q=1.25×105J，所以“塔吊”電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的總量，即機(jī)械部分所做的總功為：

W總=W﹣W1=9.5×105J﹣1.25×105J=8.25×105J

該次起吊過程中“塔吊”機(jī)械部分機(jī)械效率：

η=×100%=×100%=×100%=80%

通過以上的分析我們可以看出，此題考查的內(nèi)容十分詳細(xì)，如果學(xué)生對公式不能熟練掌握就沒有辦法去解答考卷中的問題。所以教師在平時的訓(xùn)練中，要將消耗電能、產(chǎn)生熱量、物體的質(zhì)量一定要一一講清楚，不然學(xué)生在計算的時候就把他們之間的關(guān)系搞混了。問題的關(guān)鍵還是要把公式及其變形后的含義弄明白，只有明白了方能靈活運(yùn)用，否則就是機(jī)械的學(xué)習(xí)。在這眾多的問題中求物體做的總功是難點，也是本題的重點，因為不光要求計算準(zhǔn)確，還要及時將單位換算過來。很多學(xué)生就是因為沒有將單位及時換算過來，到了這一步就計算錯了，是很可惜的。

二、電功與熱量的綜合計算的教學(xué)

電功在我們的生活中常見的一個知識問題，大大小小的電器都在使用，家里的電燈、電飯煲、電視機(jī)等，但是很多人對這些電器的工作原理知之甚少。物理課本就講這方面的知識，因此這方面的知識實用性非常強(qiáng)，學(xué)生一定會感興趣。比如有這樣一道題：自動飲水機(jī)已經(jīng)普遍用于車站、學(xué)校等公共場所，它的簡化電路圖（略去），電熱絲電阻分別為R1、R2，請根據(jù)說明書提供的信息計算（水的密度ρ水=1×103kg/m3，水的比熱容C水=4.2×103J/kg℃）。如果我們要計算這樣一個問題：如果飲水機(jī)處在“加熱”狀態(tài)下正常工作，電熱絲所產(chǎn)生的熱量有80%被水吸收，飲水機(jī)的熱膽裝滿水，水溫由20℃加熱到90℃，需用多長時間？那么該如何解答呢？首先要理清思路，那就是把電能轉(zhuǎn)化為熱能的能量，水在這一過程中吸收熱量，因此他們之間的關(guān)系是“等價”的，即以此為依據(jù)列出兩者的關(guān)系式，關(guān)系式列出來了，就好計算了。所以要給學(xué)生講清楚問題的關(guān)鍵所在。

本題是有關(guān)電和熱的綜合計算題，要告訴學(xué)生根據(jù)電功和熱量的計算公式進(jìn)行綜合計算，不能分割開來計算。教學(xué)中我發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生。對這一類的習(xí)題，往往是開頭還是對的，計算到中間或者是最后的一步就錯了。出現(xiàn)這樣的錯誤的關(guān)鍵還是對計算公式的理解不是很透徹，對相關(guān)概念的理解馬馬虎虎，所以在教學(xué)中反復(fù)強(qiáng)調(diào)，才能熟練掌握。

三、電能與新能源及節(jié)能減排的教學(xué)

節(jié)能減排是當(dāng)今世界的難題，也是頭等大事，是世界各國亟需解決的問題。我們在教學(xué)中要給學(xué)生及時灌輸環(huán)保的理念，以保護(hù)我們的家園，保護(hù)我們生存的環(huán)境。還是舉例來說。某環(huán)保局研究表明：“PM2.5來源中，機(jī)動車的排放占33.1%，排第一位，燃煤污染排放占第二位”。“減少污染排放，還我一片藍(lán)天”成為每一個公民的責(zé)任。那么我們怎么應(yīng)對這一問題呢？我們高臺縣當(dāng)?shù)卣e極引進(jìn)太陽能發(fā)電，前后引進(jìn)5家公司，在高崖子灘上建設(shè)起了東西80千米南北5千米的光伏發(fā)電基地，就是最好的例子。在環(huán)保的同時，我們也看到，離光伏發(fā)電基地不遠(yuǎn)的地方，還有高污染高排放的焦炭廠在大量的排放污染物，煙塵滾滾遮天罩地。在每個村社，都架設(shè)有太陽能路燈，縣城的主干道都是太陽能路燈。到底環(huán)保不環(huán)保，讓學(xué)生通過實際計算調(diào)查研究，自己得出答案，是最好的辦法。

從理論上說，高臺城里的路燈用新型環(huán)保（無汞）LED節(jié)能燈，將電能直接轉(zhuǎn)化為光能，所以從能的轉(zhuǎn)化角度可分析LED燈較白熾燈節(jié)能的原理。太陽能光電板的轉(zhuǎn)換效率16%；照明時間12小時。那么從中可以看出，轉(zhuǎn)化的電能是太陽能光電板接受的太陽能的16%。而白熾燈發(fā)光時，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能一部分轉(zhuǎn)化為光能，一部分散失。由于燈絲溫度很高，損失的內(nèi)能較多；而LED燈發(fā)光時，電能直接轉(zhuǎn)化為光能，沒有內(nèi)能損失，所以，LED燈比白熾燈節(jié)能。

STS綜合計算題的教學(xué)，涉及的內(nèi)容比較廣泛，所以在教學(xué)中務(wù)必要引起大家的重視，以提高學(xué)生的綜合能力的運(yùn)用，提高教育教學(xué)的質(zhì)量。

[責(zé)任編輯 吳海婷]