初中物理電學(xué)綜合計(jì)算題解題策略和實(shí)踐探究

李 劍

(廣西南寧市第十四中學(xué) 530201)

初中物理電學(xué)綜合計(jì)算題的解題是培養(yǎng)科學(xué)思維、提升知識(shí)應(yīng)用能力的方式.“雙減”背景下，如何在有限的時(shí)間內(nèi)，高質(zhì)量地完成知識(shí)的傳授和內(nèi)化的關(guān)鍵在于習(xí)題的設(shè)計(jì)、解構(gòu)和有效習(xí)題教學(xué).有效的習(xí)題課教學(xué)能夠幫助初中生較好地理解課堂所學(xué)的物理概念、規(guī)律和公式，從而內(nèi)化物理知識(shí)，能夠?qū)⑽锢淼睦碚摵蛯?shí)際生活相練習(xí)，從而找到解決實(shí)際問(wèn)題的方法提升學(xué)習(xí)興趣.

1 解題過(guò)程

1.1 解構(gòu)思路

首先圈關(guān)鍵詞，快速瀏覽尋找題目的關(guān)鍵詞，初步了解考查的范圍、隱藏條件；其次分類列已知，據(jù)考查范圍涉及的概念、規(guī)律或計(jì)算公式，將已知條件分類放置在指定位置，列出與一致關(guān)聯(lián)的公式，然后化動(dòng)為靜，對(duì)動(dòng)態(tài)電路(一類是開(kāi)關(guān)通斷引起的電路變化，一類是變阻器滑片的調(diào)節(jié)引起的電路變化)進(jìn)行分析，在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電路時(shí)，分析電路中的電流電壓的變化情況，找到安全條件下的極值，完成對(duì)應(yīng)靜態(tài)電路的條件，在圖中標(biāo)出已知與所求，尋找解題的正確軌跡；最后，利用電路圖將建構(gòu)，最后建立解題模式.

案例“2021年廣西北部灣物理中考試題第29題”：學(xué)校利用過(guò)氧乙酸對(duì)教室內(nèi)的空氣進(jìn)行熏蒸消毒.某學(xué)習(xí)小組為了測(cè)量教室空氣中過(guò)氧乙酸氣體的濃度，設(shè)計(jì)了如圖1甲所示的檢測(cè)儀.已知電源電壓為6V，定值電阻R0標(biāo)有“2.5Ω 0.4A”字樣，過(guò)氧乙酸氣體傳感器Rt的阻值隨過(guò)氧乙酸氣體濃度ρ的變化關(guān)系如圖乙所示.電壓表的量程為0～3V，電壓表不同的示數(shù)對(duì)應(yīng)不同的過(guò)氧乙酸氣體濃度，請(qǐng)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明：

圖1

(1)按要求，ρ>0.1g/m3才能達(dá)到消毒要求.當(dāng)電壓表的示數(shù)為0.75V時(shí)，教室內(nèi)過(guò)氧乙酸氣體的濃度是否達(dá)到消毒要求；

(2)若該檢測(cè)儀處在所能測(cè)量的最大ρ值狀態(tài)下工作了500s，電路消耗的電功率及R0消耗的電能；

(3)若檢測(cè)儀所能測(cè)量的最大ρ值調(diào)整為0.45g/m3，此時(shí)電壓表指針剛好偏轉(zhuǎn)到最大刻度，則需重新選用哪種規(guī)格的定值電阻.

圖2 圖3

1.2 規(guī)范答題

計(jì)算題的解答過(guò)程需要物理的語(yǔ)言準(zhǔn)確表述.一般規(guī)范解答的要求是要有必要的文字表述描述電路狀態(tài)，例如電路的連接方式和儀表測(cè)量的對(duì)象、動(dòng)態(tài)電路分析后所界定的靜態(tài)電路情況以及表示出隱藏條件的挖掘；在求解問(wèn)題時(shí)，除列出所求問(wèn)題的表達(dá)式外還需要列出這表達(dá)式的原始公式；在求解過(guò)程中務(wù)必要帶單位運(yùn)算，且運(yùn)算結(jié)果要注明單位.

案例“2021年廣西北部灣物理中考試題第29題”：

解(1)由圖1甲可知，Rt和R0串聯(lián)，電壓表測(cè)量R0的電壓U0=0.75V

因?yàn)榇?lián)，所以

Rt的電壓Ut=U-U0=6V-0.75V=5.25V，

(2)由圖1乙可知，傳感器的電阻隨濃度ρ的增大而減小，由圖1甲知，電阻減少，電流增大 ，電壓表示數(shù)增大

2 解題策略

2.1 簡(jiǎn)化電路

在電路圖中將閉合的開(kāi)關(guān)當(dāng)導(dǎo)線、將斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)當(dāng)斷路抹去；將電流表當(dāng)導(dǎo)線、將電壓表當(dāng)斷路抹去.例如：圖4所示電路，當(dāng)開(kāi)關(guān)S、S1、S2閉合，S3斷開(kāi)時(shí)，電路簡(jiǎn)化為如圖5所示.

圖4 圖5

2.2 計(jì)算過(guò)程

案例1．如圖6所示的電路中，電源電壓為9V且保持不變，電流表量程為0～0.6A，R1為滑動(dòng)變阻器，燈泡L標(biāo)有“6V 3.6W”字樣(忽略燈泡電阻的變化)，定值電阻R2的阻值為30Ω.求：

圖6

(1)燈泡的電阻；

(2)當(dāng)開(kāi)關(guān)S1、S2和S3都閉合時(shí)，滑動(dòng)變阻器R1消耗的最大功率；

(3)若更換電源且電源電壓恒定，當(dāng)S1和S2都斷開(kāi)，S3閉合時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1使電流表示數(shù)為0.5A；保持滑動(dòng)變阻器R1的阻值不變，當(dāng)S1閉合，S2和S3都斷開(kāi)時(shí)，電壓表示數(shù)為2.5V，則此時(shí)的電源電壓？

解(1)由P=UI得，燈泡正常工作時(shí)

(2)當(dāng)開(kāi)關(guān)S1、S2和S3都閉合時(shí)，L短路，變阻器R1和R2并聯(lián) 【說(shuō)明：簡(jiǎn)化電路完成電路分析】，由題意可知，當(dāng)干路電流最大I=0.6A時(shí)，R1的功率最大【說(shuō)明：化動(dòng)為靜，先動(dòng)態(tài)分析電路變化，找出極值條件，鎖定題目所求靜態(tài)】.

【圖7說(shuō)明：簡(jiǎn)化圖中標(biāo)出已知條件和所求，解構(gòu)題目】

圖7

因?yàn)椴⒙?lián)，所以R1的電壓U1=U2=U=9V【說(shuō)明：利用并聯(lián)電路的等量規(guī)律：電壓相等】

R1的最大電流I1=I-I2=0.6A-0.3A=0.3A，【說(shuō)明：利用公式知二求一】

R1的最大電功率P1最大=UI1=9V×0.3A=2.7W；【說(shuō)明：利用公式知二求一】

(3)若更換電源且電源電壓恒定，當(dāng)S1和S2都斷開(kāi)，S3閉合時(shí)，只有R1工作，【說(shuō)明：等量規(guī)律(電源電壓不變)在解題中的應(yīng)用】

U′=IR1′=0.5A×R1′

①

因?yàn)榇?lián)，電源電壓為

②

聯(lián)立①②解得：R1′=10Ω或-5Ω(舍去)，

則電源電壓：U′=IR1′=0.5A×10Ω=5V.

初中物理電學(xué)綜合計(jì)算題解題難點(diǎn)的突破主要還是看習(xí)題課的講授質(zhì)量，教學(xué)流程與組織是關(guān)鍵的核心環(huán)節(jié).

在習(xí)題課的教學(xué)中，可以采用戴啟猛的“四度六步”教學(xué)法.為創(chuàng)造更加精彩的課堂，教師以追求 “四度” ( 有溫度、有梯度、有深度和有寬度) 課堂為教學(xué)主張，依照 “溫故” ( 復(fù)習(xí)提問(wèn)，溫故孕新) 、 “引新” ( 創(chuàng)設(shè)情境，引入課題) 、“探究”( 合作探究，活動(dòng)領(lǐng)悟) 、“變式”( 師生互動(dòng)，變式深化) 、“嘗試” ( 嘗試練習(xí)，鞏固提高) 、“提升”( 適時(shí)小結(jié)，興趣延伸) 的實(shí)踐架構(gòu)設(shè)計(jì)和組織課堂教學(xué).

通過(guò)教師的精準(zhǔn)診斷與反饋，找出學(xué)生突破的難點(diǎn)，有效介入；最后為小結(jié)，將解題思路流程化和程序化，同時(shí)提供變式訓(xùn)練科學(xué)思維.