小燈泡伏安特性曲線中對實際功率求解的拓展培養物理科學思維

摘 要：描繪小燈泡伏安特性曲線中尋找功率與電壓和電流間的關系，可以很好的培養學生核心素養中的實驗能力，本文從小燈泡的不同連接方式找出小燈泡的實際功率。

關鍵詞：電流;電壓;伏安特性;實際功率;物理思想

隨著高考改革的不斷推進，新課程中高中物理比較物理核心素養的培養。科學思維、科學探究是物理教學中重要組成部分，小燈泡伏安特性曲線實驗中，電路圖的設計是重要的組成部分。

高考物理實驗的考查可以更好體現科學思維和科學探究，高中物理中描繪小燈泡伏安特性曲線，小燈泡連入電路時，要找出小燈泡兩端電壓與電流之間的關系，電壓與電流之間存在制約關系，還要滿足閉合電路歐姆定律的的關系，從數學角度說，小燈泡兩端電壓與電流滿足歐姆定律，從圖線角度來看，即為兩圖線交點的坐標，求小燈泡的實際功率時，可以通過兩圖線的交點求出實際電壓和電流，根據公式P=UI可以求出小燈泡的實際功率。

從求解的思路看，小燈泡串并聯方式不同，小燈泡兩端電壓和電流就不同，要求出小燈泡的實際功率，畫出小燈泡兩端電壓和電流圖線和小燈泡伏安特性曲線的交點，交點的讀數便是實際電壓和電流，根據交點數值，代入求出實際功率。

在教學中，著重從學科的高度突出各部分知識之間的聯系，并引導學生多思考，多拓展思維，不斷提高物理學科素養。下面對小燈泡實際功率的求法進行拓展。

角度一小燈泡和電源直接相連。

根據閉合電路歐姆定律，小燈泡的電壓和電流關系為：U=E-I·r，結合小燈泡伏安特性曲線，用作圖法找到小燈泡的實際電壓和電流，計算出小燈泡的實際功率。

角度二兩個完全相同的小燈泡L1和L2串聯后和電源相連。

小燈泡的電壓和電流關系為：2U=E-I·r即結合小燈泡伏安特性曲線，作圖法找到小燈泡的實際電壓和電流，計算出小燈泡的實際功率。

角度三兩個完全相同的小燈泡并聯后和電源相連。

小燈泡的電壓和電流關系為：U=E-2I·r，結合小燈泡伏安特性曲線，作圖法找到小燈泡的實際電壓和電流，計算出小燈泡的實際功率。

角度四小燈泡和定值電阻R0串聯后和電源相連。

小燈泡的電壓和電流關系為：U=E-I（r+R0）r，結合小燈泡伏安特性曲線，作圖法找到小燈泡的實際電壓和電流，計算出小燈泡的實際功率。

角度五小燈泡和R2并聯后與R1串聯再和電源相連。

設小燈泡的電流為I，電壓為U，小燈泡的電壓和電流關系為：，化簡得，結合小燈泡伏安特性曲線，作圖法找到小燈泡的實際電壓和電流，計算出小燈泡的實際功率。

例：高中物理是一種某同學做小燈泡伏安特性曲線，器材有：小燈泡L，額定電壓和電流分別為3.8V和0.3二、;電壓表量程為3V，電壓表的內阻為3kΩ;電流表的量程0.五、，電流表的內阻0.5Ω，固定電阻R0=1000Ω;滑動變阻器R的調節范圍為0-9Ω;電源電動勢E=5V內阻不計;開關S;導線若干。

（1）按要求進行實驗，畫出實驗電路原理圖。

（2）實驗測得該小燈泡伏安特性曲線如圖（a）所示。

實驗中得到小燈泡的伏安特性曲線可知，電路中電流變大，電阻變大還是變小，電阻率變大還是變小？

（3）另一位同學用一電源E0=4V，內阻r=1Ω，用題給器材連接成圖（b）所示的電路，實驗過程中調節滑動變阻器R的，可以改變小燈泡的電壓和電流從而改變實際功率。閉合開關S，調節R，小燈泡的最小功率是多少瓦，最大功率是多少瓦。

分析：第（1）問是體現學生科學探究素養最好的設問，題中給出小燈泡額定電壓3.8V，額定電流0.32A，但給出的電壓表量程是3V，不能完整測出小燈泡的伏安特性曲線，但要測出完整的伏安特性曲線，就必須對電壓表進行擴量程，電壓從零開始變化，滑動變阻器要用分壓。畫出電路圖如圖所示。

第（2）問比較常規，從圖可以看出隨著電流的增加小燈泡的電阻變大，燈絲的電阻率變大。

第（3）問在（b）實驗電路圖中，滑動變阻器R=9Ω是最大值，取最大電阻時，根據閉合電路歐姆定律小燈泡的實際電功率最小，根據閉合電路歐姆定律：U=E-I（R+r）即U=4-10I，作圖法找到兩圖像的交點所對應的電壓和電流，燈泡的最小功率。

當R=0時，燈泡功率最大，電路的路端電壓與電流的關系：即，作圖法找到燈泡最大功率：。

從上面分析可以看出，高考物理實驗主要考查學生電路的設計能力、分析電阻變化趨勢的能力，處理數學和圖像結合的能力。

從小燈泡實際功率求解的拓展中體現了教師講解問題的創新性，學生從中提升了自己的物理思維品質，這樣的講解可以使學生從“刷題”來提升自己的解題能力。

對習題的拓展和創新，由淺入深的過程，從中滲透了高中物理的思想方法，也開拓了思維，發展了思維能力，很好的體現了知識與能力并重得教學方法，科學素養與能力得到很好的兼容，也可以為我們今后的教學指明方向，從中得到教學的啟示。

參考文獻

[1]何述平.描繪小燈泡伏安特性曲線使用的拓展[J].中學物理教學參考，2020（2）：8-10.

[2]陶虹.物理實驗教論[M].南寧：廣西教育出版社，1996：199，204.

作者簡介：李昆華（1962年-）.男，漢族，云南省曲靖市人，本科，中學高級教師，研究方向：物理教育。