關(guān)于武漢中考物理題中多檔位電路的一節(jié)復(fù)習(xí)課教學(xué)

黃坤　黃萍

縱觀近幾年武漢市調(diào)研考試和中考物理試題，家用電器的多檔位電路問(wèn)題備受命題者青睞。命題的類(lèi)型主要涉及計(jì)算題綜合，學(xué)生在這類(lèi)電學(xué)問(wèn)題中的困難主要是電路中檔位的判定和分析。而這類(lèi)電路問(wèn)題的核心就是找出電路電功率和檔位的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本文通過(guò)筆者在實(shí)際教學(xué)中，通過(guò)自制實(shí)驗(yàn)器材演示實(shí)驗(yàn)效果，將這一難點(diǎn)逐漸分散成不同層次的教學(xué)目標(biāo)和過(guò)程，逐步達(dá)成突破難點(diǎn)的目的。

近幾年武漢市物理調(diào)考試題和中考試題中，所考查的知識(shí)點(diǎn)有電路電功率、串并聯(lián)電路、電熱的綜合計(jì)算、家用電器的多檔位問(wèn)題等，試題能夠全面考查學(xué)生所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用、分析以及計(jì)算能力。而很多學(xué)生在初次接觸多檔位電路問(wèn)題時(shí)，就會(huì)犯糊涂，不知道如何分析及判定電路中的各檔位。筆者在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，對(duì)使用自制白熾燈電路板的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行引入和分析，對(duì)學(xué)生突破和理解這一難點(diǎn)起到了很好的作用。

圖1為自制的實(shí)驗(yàn)電路板，在實(shí)驗(yàn)電路板上預(yù)先安裝好6個(gè)白熾燈燈座，分別設(shè)計(jì)為4種不同的連接連接方式：L1單獨(dú)接入、L2單獨(dú)接入、L1與L2串聯(lián)、L1與L2并聯(lián)，分別由4個(gè)插頭外接家用插座板。選用了兩種不同規(guī)格的燈泡，分別是PZ-220 V 100 W和PZ-220 V 25 W。將前者標(biāo)記為燈泡L1，后者標(biāo)記為燈泡L2。

在教學(xué)過(guò)程中，筆者首先是通過(guò)問(wèn)題引入：觀察一個(gè)實(shí)驗(yàn)，先將電功率較大的燈泡單獨(dú)接入220 V電路中，觀察燈泡亮度；兩個(gè)不同規(guī)格燈泡串聯(lián)接入220 V電路，觀察燈泡亮度。提出問(wèn)題：為什么一個(gè)燈泡亮，另一個(gè)燈泡不亮？（學(xué)生可討論）

通過(guò)學(xué)生討論，教師引導(dǎo)可以得出決定燈泡亮度的是燈泡的實(shí)際電功率。而本節(jié)課就是要圍繞電路的實(shí)際電功率來(lái)展開(kāi)。繼續(xù)提出我們所研究的問(wèn)題：為什么燈泡L1第一次接入時(shí)可以亮，而第二次接入時(shí)不亮，同一個(gè)燈泡前后兩次的明暗程度為什么不同？

是因?yàn)閮纱坞娐分袩襞軱1的實(shí)際電功率不同，決定了其明暗程度。那么能不能計(jì)算出來(lái)，到底兩次電路中燈泡L1的實(shí)際電功率是多少呢？可以通過(guò)如下例題展開(kāi)。

例1：將標(biāo)有“220 V 100 W”燈泡L1和“220 V 25 W”的燈泡L2串聯(lián)接入電壓為220 V的電路中，求：

（1）兩個(gè)燈泡的實(shí)際功率為多少？哪個(gè)燈泡更亮？

（2）當(dāng)燈泡L1單獨(dú)接入220 V電路中，此時(shí)實(shí)際功率為多少？與（1）中燈泡L1接入電路的亮度比較情況如何？（不考慮溫度對(duì)電阻的影響）

通過(guò)計(jì)算分析得出：燈泡L1單獨(dú)在220 V電路中工作時(shí)，L1的實(shí)際電功率即為其額定電功率100 W；當(dāng)L1和L2串聯(lián)接入220 V電路中時(shí)，可以通過(guò)以下計(jì)算粗略得出：

結(jié)合定量的計(jì)算分析，我們可以明確在電路中，燈泡的亮度與燈泡的實(shí)際電功率有關(guān)系，當(dāng)燈泡的實(shí)際電功率越大，燈泡對(duì)應(yīng)的亮度就越高，而如果我們將燈泡的亮度用明暗程度來(lái)進(jìn)行表述，就可以進(jìn)行更深一層次的挖掘和突破。

情境創(chuàng)設(shè)：如果將我們剛才學(xué)習(xí)的電路的明暗程度設(shè)定為最暗、亮、較亮、最亮等不同的描述，那么我們以此來(lái)設(shè)計(jì)一下電路。

提出問(wèn)題：如果有兩個(gè)燈泡L1（標(biāo)有“220 V 100 W”）、L2（標(biāo)有“220 V 25 W”）可以供選用，最多可以設(shè)計(jì)出幾種不同亮度的電路呢？分別畫(huà)出這些電路圖。學(xué)生聯(lián)系剛剛學(xué)習(xí)過(guò)的實(shí)物電路，自然而然就可以想到，可以畫(huà)出4種不同的電路，分別對(duì)應(yīng)的電路如圖2所示。

電路能夠分析清楚了，接下來(lái)我們?cè)賮?lái)想一想，如果要大家來(lái)判斷圖2中左邊兩個(gè)電路的明暗程度，請(qǐng)問(wèn)誰(shuí)亮、誰(shuí)暗？

同樣的，如果讓大家來(lái)判斷圖4中右邊兩個(gè)電路的明暗程度，請(qǐng)問(wèn)誰(shuí)亮？誰(shuí)暗？

其實(shí)到這里，學(xué)生就已經(jīng)比較明確了，電路的明暗程度就是要計(jì)算對(duì)應(yīng)電路的電功率。我們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^(guò)下面的電功率計(jì)算并比較得出電路的明暗程度：

所以可以得出兩個(gè)電路中電功率的大小關(guān)系為：P>P′，即L1電路的明暗程度為亮，L2電路的明暗程度為暗。這里的亮和暗就分別對(duì)應(yīng)著這里的兩種不同電路，那么，我們能不能想一個(gè)辦法，將這兩個(gè)電路設(shè)計(jì)為同一電路中呢？這里我們就可以故作神秘的告訴學(xué)生，有一個(gè)很神奇的“電學(xué)神器”——單刀雙擲開(kāi)關(guān)。

如圖3所示，可以很順利的給出單刀雙擲開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)檔位分別為亮檔位和暗檔位。由定量的計(jì)算輔助實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行突破。同樣的接下來(lái)可以讓學(xué)生來(lái)進(jìn)行判定，下面的兩個(gè)電路的明暗程度，也可以通過(guò)單刀雙擲開(kāi)關(guān)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

兩個(gè)電路中電功率的大小關(guān)系為：P串

講清楚了這些，學(xué)生也就對(duì)多檔位問(wèn)題有所了解了，現(xiàn)在就可以更進(jìn)一步將剛才所列舉的4種電路進(jìn)行綜合分析，并進(jìn)行了檔位的判定。

延伸拓展：如果將電路的明暗程度按照由暗到明的順序記為1、2、3、4檔，1檔最暗，4檔最亮，圖5為設(shè)計(jì)的4檔位亮度的電路，請(qǐng)你分別找出與之相對(duì)應(yīng)的檔位。不妨通過(guò)下面構(gòu)建物理問(wèn)題情境開(kāi)始入手。

問(wèn)題1：當(dāng)電源電壓為220 V時(shí)，開(kāi)關(guān)S可以分別接4個(gè)檔位a、b、c、d，請(qǐng)分別指出對(duì)應(yīng)電路的明暗程度中為哪個(gè)檔位？（請(qǐng)正確填入“1”、“2”、“3”或“4”）

S接a時(shí)，電路整體亮度為檔；

S接b時(shí)，電路整體亮度為檔；

S接c時(shí)，電路整體亮度為檔；

S接d時(shí)，電路整體亮度為檔。

問(wèn)題2：請(qǐng)完成結(jié)果記錄表，見(jiàn)表1。

總結(jié)歸納：檔位問(wèn)題的區(qū)分主要是比較電路的電功率。在電路電壓不變時(shí)，電路的功率由電路的電阻確定，電路電阻最小時(shí)，電路功率最大；電路電阻最大時(shí)，電路功率最小。

反饋練習(xí)：湖北省武漢市某小學(xué)的學(xué)生發(fā)明的電熱課椅獲得了國(guó)家專(zhuān)利。有一種電熱課椅主要由坐墊和腳踏組成，它

的電路示意圖如圖6所示。坐墊內(nèi)的電熱絲R1、R2的阻值分別為260 Ω、150 Ω，腳踏內(nèi)的電熱絲R3的阻值為400 Ω。閉合開(kāi)關(guān)S1，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)S2，可以使腳踏分別處于“低溫檔”、“中溫檔”、“高溫檔”（不考慮溫度的變化對(duì)電阻的影響）。請(qǐng)通過(guò)計(jì)算，分別判定開(kāi)關(guān)的通斷情況與3個(gè)檔位的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

通過(guò)對(duì)多檔位電路的難點(diǎn)分層突破，借用家用白熾燈的實(shí)際明亮程度，巧妙地融入電功率的計(jì)算和分析，將多檔位電路由分到合層層遞進(jìn)，最后通過(guò)簡(jiǎn)單電路的綜合分析和判斷，解決了實(shí)際教學(xué)和考試復(fù)習(xí)中多檔位電路的綜合應(yīng)用問(wèn)題。