初中物理電學計算解題方法探析

楊曉暉

(江蘇省海門市實驗初級中學 226100)

電學計算題具有較強的綜合性，既是對學生電學概念的考查，也是對學生知識原理綜合運用能力的檢驗，要求學生在學習知識原理之后進行綜合分析與邏輯思辨.對于初中生而言，他們正處于形象思維能力向邏輯思維能力過渡的關鍵時期，在理解電學計算原理與方法時存在較大的難度.因此，在教學過程中，教師要準確把握學生的學習狀態，科學設計計算練習幫助學生掌握解題思路與方法，提高學生電學計算題的正確率，提高學生的學習興趣.

在蘇教版初中物理教材中，涉及到的電學計算主要可以分為兩類：靜態電路計算和動態電路計算.靜態電路的計算相對簡單，只需辨析題目中的關鍵物理量，套用公式進行計算即可；動態電路重在“動”字，要求學生能根據不同的電路狀態采用合適的方法進行求解，常見的變化產生原因有開關變化、滑動變阻器移動以及電路的安全值計算.

一、初中電學計算知識基礎

初中電學內容豐富，但總結下來可以歸納為“兩大電路”與“四大公式”，即初中物理的電學規律緊緊圍繞“串聯”與“并聯”兩大電路類型展開，計算題中常見題涵蓋了歐姆定律計算、電功計算、電功率計算以及焦耳熱計算.

1.兩大電路

(1)串聯電路基本規律 假設兩電阻R1與R2串聯，那么在整條串聯電路中，電流處處相等，即I=I1=I2；電源電壓等于兩塊電阻兩端電壓之和，即U=U1+U2；電路總電阻等于電阻R1與R2阻值之和，即R=R1+R2；電路消耗的總功率等于兩塊電阻的功率之和，即P=P1+P2；電功之和等于兩塊電阻所做電功之和，即W=W1+W2.

(2)并聯電路基本規律 假設兩電阻R1與R2并聯，那么在整條并聯電路中，干路的電流值等于支路電流之和，即I=I1+I2；電路總電壓等于各支路兩端的電壓，即U=U1=U2；等效電阻的倒數等于兩塊電阻阻值倒數之和，即1/R=1/R1+1/R2；電路消耗的功率等于兩電阻功率之和，即P=P1+P2；電功之和等于兩塊電阻所做電功之和，即W=W1+W2.

2.四大公式

(1)歐姆定律I=U/R或R=U/I或U=IR

(2)電功W=Pt=UIt=I2Rt=(U2/R)t

3.電功率

P=W/t=UI=I2R=U2/R

4.焦耳定律

Q=I2Rt

二、電學計算解題技巧

計算題是檢驗學生是否掌握電學規律的重要參考，在掌握好電路分析、概念公式的基礎上，計算題并不難.電路運算都是基于U、I、R三個物理量之間的關系的，因此，在解決電路計算題時，首先解讀電路構成，選用合適的串聯或并聯關系，在此基礎上選用合適的計算式就可以得出正確的結果.下面以具體的練習為例進行說明.

1.簡單靜態電路問題

例如圖1所示，電阻R1的阻值為10Ω，電壓表示數為6V，電源電壓值為9V，請求解電阻R2的阻值.

解這是一道簡單的串聯電路問題，用到的就是串聯電路的基本規律.因為U=9V，U2=6V,所以U1=U-U2=9V-6V=3V.又因為U1=3V，R1=10Ω,所以I1=U1/R1=3V/10Ω=0.3A,由題可知U2=6V，I2=I1=0.3A,所以R2=U2/I2=6V/0.3A=20Ω.

2.電路開閉問題

電路開閉問題，即開關變化引起的動態電路問題.解決這一問題的方法就是從電路的初始狀態出發，分析開關變化所引起的電路變化.

例如圖2所示，燈泡參數為“6V 3W”，電源電壓為9V，電阻R2的阻值為12Ω.只有在開關S1閉合而開關S2斷開時，小燈泡才能正常發光.試計算：

(1)電阻R1的阻值.

(2)當只閉合開關S2時，燈泡的功率為多少？

解本題的特征是開關引起的電路變化，在解題時，要重點關注“6V 3W”這一信息，弄清楚這一條件代表的含義，在解題過程中要抓住可變電路的特點，同時要注意歐姆定律的同時性.解題過程如下：

若只閉合開關S1，等效電路如圖3所示.因為燈泡此時恰好能正常發光，可得UL=U額=6V,PL=P額=3W.因此IL=I額=P額/U額=3W/6V=0.5A,RL=U額/I額=6V/0.5A=12Ω.

又因為U=9V，UL=6V,可得UR1=U-UL=3V.因為IR1=IL=0.5A,所以R1=UR1/IR1=3V/0.5A=6Ω.

若只閉合開關S2，等效電路如圖4所示.

3.滑動變阻器的可變電路計算

例如圖5所示，電阻R1的阻值為20Ω，滑動變阻器R2的最大阻值為80Ω，電源電壓值為6V.若滑動變阻器的滑片P由最左端滑到最右端，電壓表的讀數由6V減小為1.2V，試求解電流表的示數變化以及P位于最右端時串聯電路的總電阻.

解當滑片P在最左端時，滑動變阻器連入電路的阻值為0，即電路中只連有R1，可得U1=U=6V，I=U1/R1=6V/20Ω=0.3A.當滑片P在最右端時，滑動變阻器連入電路的阻值為80Ω，即R1與R2串聯，可得I=I1=U1/R1=1.2V/20Ω=0.6A，R=R1+R2=20Ω+80Ω=100Ω.

綜上所述，初中電學計算題常涵蓋動態分析、圖像解題、函數方程等思想方法.在解決電路問題時，教師要提醒學生注意電路的構成及變化，審清題目圖像中的隱性信息，注意把握物理量與計算公式的聯系，引導學生多角度看待問題，培養學生的思維能力與電路應用能力.