覃洪燦
初中物理的電學部分,對學生來說有難度。要想突破難點,教師得引導學生理解貫穿初中電學的解題思路,然后融會貫通、舉一反三,提高學生應用歐姆定律、焦耳定律和電功率、電功公式分析、解決具體問題的能力,發(fā)展學生的思維能力。在這里,筆者深入分析一下從“用滑動變阻器改變電流和電壓的原理”引出的一種思維模式。
思維模式概述:
如圖0所示,分析:首先認清這是一個串聯(lián)電路,知道串聯(lián)電路中的電流、電壓和電阻規(guī)律,然后把這個電路看成三段電路,即R1、R2和總電路,應用歐姆定律進行分析。
當滑動變阻器的滑片向右移動時,R2變小,在總電路中根據(jù)Ι=U/R,R=R1+R2變小,總電壓不變,電流變大;對于定值電阻R1,U1=ΙR1變大;再根據(jù)三段電路中的電壓的關系U=U1+U2,滑動變阻器兩端的電壓U2減小。當滑動變阻器的滑片向左移動時則相反。并引導學生弄清楚從總電路——R1(定值電阻)—— R2(變阻器)的思路,實際上是利用控制變量的思想分析問題,即使一個等式中只有一個自變量。可以進一步概括為“電阻的變化——總電路中電流的變化——各串聯(lián)電阻兩端電壓的變化——各部分電路和總電路的電功率的變化”。下面通過具體的習題進行分析。
例1:如圖1甲所示,電源電壓保持不變,當閉合開S調節(jié)滑動變阻器阻值從最大變化到最小,兩個電阻的“I-U”關系的圖像,如圖1乙所示。則下列判斷正確的是( )
A、電源電壓為10V
B、調節(jié)滑動變阻器R2阻值變化范圍為0~10Ω
C、定值電阻為R1的阻值為20Ω
D、變阻器滑片在中點時,電流表示數(shù)為0.3A
解析:先根據(jù)這樣的思路:當滑動變阻器的滑片向左移動,R2的阻值減小,總電路中電流增大,R1兩端的電壓U1增大,R2兩端的電壓U2減小,可以看出圖1乙中直線乙反映的是R1“I-U”關系,直線甲反映的是R2“I-U”關系。
然后根據(jù)直線乙可以算出R1=10Ω,根據(jù)直線甲在電流最小時,I=0.2A,求出R2的最大阻值為20Ω,滑動變阻器R2阻值變化范圍為0~20Ω,同一狀態(tài)即電流相等時,將R1和R2的兩端的電壓相加即可求出電源電壓為6V,變阻器滑片在中點時,電流表示數(shù)為0.3A。所以應選D。
例2:如圖2甲所示,電源電壓保持不變,小燈泡的額定電壓為12V.閉合開關S后,當滑片P從最右端滑到最左端的過程中,小燈泡的I-U關系圖像如圖2乙所示.求:
(1)小燈泡的額定功率為多少W?
(2)電源電壓為多少V?
(3)滑動變阻器的最大阻值為多少Ω?
解析: (1)如圖乙所示,當小燈泡兩端的電壓U=12V時,通過小燈泡的電流為2.0A,P=UI=12 V×2.0A=24w。
(2)滑片P滑到最左端時,小燈泡兩端的電壓為12V,所以電源電壓為12V。
(3) 滑片P在最右端時,I=1.0A, 小燈泡兩端的電壓UL=3V,滑動變阻器兩端的電壓U滑=U-UL=9V,滑動變阻器的最大阻值。
R最大=9V/1.0A=9Ω
例3、如圖3甲所示,R1為滑動變阻器,R0、R2為定值電阻,電源電壓U保持不變.建立直角坐標系,橫軸表示電流,縱軸表示電壓.改變滑動變阻器滑片P的位置,將電壓表V1、V2的示數(shù)隨電流表A示數(shù)變化的兩條圖線分別畫在坐標系中,如圖3乙所示.求R2、R0的阻值和電源電壓U各是多少?
解析: 根據(jù)圖3甲分析得出,當滑動變阻器滑片P向左移動R1連入電路中阻值減小時,電路中電流增大,定值電阻R0、R2兩端的電壓增大,V2的示數(shù)增大,而V1的示數(shù)減小。所以圖乙中下方的直線表示V2的示數(shù)變化規(guī)律,上方的直線表示V1的示數(shù)變化規(guī)律。
R2=1V/0.5A=2Ω,U=0.5 R0+10,U=2R0+4,解得R0=4Ω,U=12V
例4、如圖4甲所示的電路中,電源電壓保持不變,閉合開關S后,滑動變阻器的滑片P由B端移動到A端時,測得電阻R1兩端的電壓與通過電阻R1的電流的變化關系如圖4乙所示.則電源的電壓為V,R1的阻值是Ω,變阻器的最大阻值是Ω。
解析:滑動變阻器的滑片P由B端移動到A端時,R2阻值變小,電路中電流變大,R1兩端的電壓增大,所以滑動變阻器的滑片P在B端時,電流I1=0.5A,U1=4V?;瑒幼冏杵鞯幕琍在A端時,I2=1.5 A,U2=U=12V,R1=U2/I2=12V/1.5 A=8Ω,R2=(U-U1)/ I1=16Ω
所以答案為:12V,8Ω,16Ω
(作者單位:湖北省長陽土家族自治縣賀家坪鎮(zhèn)中心學校)