一道電學(xué)實驗題的一題多解

趙秀霞

摘要：物理習(xí)題教學(xué)中，一題多解能夠開闊學(xué)生思路，實現(xiàn)物理知識、規(guī)律和方法的融會貫通，提高分析問題和解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：U—I圖線? 功率? 電壓

《中國高考評價體系的說明》關(guān)于命題的要求有：通過提供多種形式的材料，命制結(jié)論開放、解題方法多樣、答案不唯一的試題，增強(qiáng)試題的開放性和探究性，引導(dǎo)學(xué)生打破常規(guī)進(jìn)行獨立思考和判斷，提出解決問題的方案。

習(xí)題教學(xué)中，一題多解可以使學(xué)生應(yīng)用到不同知識點解題，全方位觀察問題，并加以掌握和鞏固，多角度的訓(xùn)練學(xué)生思維能力。下面一道典型的電學(xué)實驗題，可以通過不同的方法求小燈泡的額定電壓，提高學(xué)生靈活運(yùn)用物理規(guī)律和數(shù)學(xué)知識解決物理問題能力。

【原題呈現(xiàn)】物理興趣小組的同學(xué)們從實驗室中找到一只小燈泡，其標(biāo)稱功率值為0.75 W，額定電壓值已模糊不清。他們想測定其額定電壓值，于是先用歐姆表直接測出該燈泡的電阻約為2 Ω，然后根據(jù)公式計算出該燈泡的額定電壓=1.22 V。他們懷疑所得電壓值不準(zhǔn)確，于是，再利用實驗器材設(shè)計如圖1的電路，測量通過燈泡的電流和它兩端的電壓，根據(jù)測量數(shù)據(jù)已繪出燈泡的U—I線，如圖2。則從圖線上分析該燈泡的額定電壓應(yīng)為??????? V。

【答案】 2.5（2.4～2.6）

【考核木板】本題主要考查物理學(xué)科核心素養(yǎng)中“科學(xué)思維”中的科學(xué)推理和質(zhì)疑創(chuàng)新，學(xué)生能夠?qū)ξ锢韱栴}進(jìn)行分析和推理，獲得結(jié)論，能夠?qū)σ延械慕Y(jié)論提出質(zhì)疑，采用不同方法分析解決物理問題。

【原題分析】根據(jù)非線性元件的U-I線，求任意功率所對應(yīng)的電壓，由于變量太多而成為電學(xué)實驗的一個難點。學(xué)生在討論中集思廣益，現(xiàn)將額定電壓的探析總結(jié)如下：

解法一：直接試探。

從圖像上大體確定范圍，分別讀出對應(yīng)的電壓電流，根據(jù)功率公式P=UI計算。比如U=2.2V時，I=0.28A，結(jié)果小于0.75 W，再繼續(xù)試U=2.4V、U=2.6V對應(yīng)的功率，找到最合適的數(shù)值。本法考察學(xué)生的估算能力。

解法二：數(shù)小格求面積。

圖像中每個小格的面積數(shù)值上表示功率P0=0.004W。從圖線的某一點做水平線和豎直線，與坐標(biāo)軸圍成的矩形的面積，數(shù)值上等于小燈泡在該電壓對應(yīng)的功率。根據(jù)題意可知，當(dāng)小燈泡在額定電壓下工作時，有P=N P0，即額定電壓下對應(yīng)的矩形中要包含小格數(shù)N =188。對應(yīng)圖像縱軸12.5個小格，橫軸對應(yīng)15個小格，如圖3中的陰影部分，由此可以找到小燈泡的額定電壓。本方法考察學(xué)生的知識遷移能力，類比于實驗“用油膜法估測油酸分子的大小”中數(shù)小格的方法。

解法三：代數(shù)法。

根據(jù)方程P=UI=0.75 W，在圖像上是雙曲線的一支，表示功率恒為0.75 W時對應(yīng)的不同的U、I值。在圖像上描點、連線，做出雙曲線的一支，與小燈泡的U-I圖線的交點即對應(yīng)著小燈泡的額定電壓和電流，如圖4。本法考察學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識處理物理問題的能力。