一道電學實驗題的一題多解

趙秀霞

摘要：物理習題教學中，一題多解能夠開闊學生思路，實現物理知識、規律和方法的融會貫通，提高分析問題和解決問題的能力。

關鍵詞：U—I圖線? 功率? 電壓

《中國高考評價體系的說明》關于命題的要求有：通過提供多種形式的材料，命制結論開放、解題方法多樣、答案不唯一的試題，增強試題的開放性和探究性，引導學生打破常規進行獨立思考和判斷，提出解決問題的方案。

習題教學中，一題多解可以使學生應用到不同知識點解題，全方位觀察問題，并加以掌握和鞏固，多角度的訓練學生思維能力。下面一道典型的電學實驗題，可以通過不同的方法求小燈泡的額定電壓，提高學生靈活運用物理規律和數學知識解決物理問題能力。

【原題呈現】物理興趣小組的同學們從實驗室中找到一只小燈泡，其標稱功率值為0.75 W，額定電壓值已模糊不清。他們想測定其額定電壓值，于是先用歐姆表直接測出該燈泡的電阻約為2 Ω，然后根據公式計算出該燈泡的額定電壓=1.22 V。他們懷疑所得電壓值不準確，于是，再利用實驗器材設計如圖1的電路，測量通過燈泡的電流和它兩端的電壓，根據測量數據已繪出燈泡的U—I線，如圖2。則從圖線上分析該燈泡的額定電壓應為??????? V。

【答案】 2.5（2.4～2.6）

【考核木板】本題主要考查物理學科核心素養中“科學思維”中的科學推理和質疑創新，學生能夠對物理問題進行分析和推理，獲得結論，能夠對已有的結論提出質疑，采用不同方法分析解決物理問題。

【原題分析】根據非線性元件的U-I線，求任意功率所對應的電壓，由于變量太多而成為電學實驗的一個難點。學生在討論中集思廣益，現將額定電壓的探析總結如下：

解法一：直接試探。

從圖像上大體確定范圍，分別讀出對應的電壓電流，根據功率公式P=UI計算。比如U=2.2V時，I=0.28A，結果小于0.75 W，再繼續試U=2.4V、U=2.6V對應的功率，找到最合適的數值。本法考察學生的估算能力。

解法二：數小格求面積。

圖像中每個小格的面積數值上表示功率P0=0.004W。從圖線的某一點做水平線和豎直線，與坐標軸圍成的矩形的面積，數值上等于小燈泡在該電壓對應的功率。根據題意可知，當小燈泡在額定電壓下工作時，有P=N P0，即額定電壓下對應的矩形中要包含小格數N =188。對應圖像縱軸12.5個小格，橫軸對應15個小格，如圖3中的陰影部分，由此可以找到小燈泡的額定電壓。本方法考察學生的知識遷移能力，類比于實驗“用油膜法估測油酸分子的大小”中數小格的方法。

解法三：代數法。

根據方程P=UI=0.75 W，在圖像上是雙曲線的一支，表示功率恒為0.75 W時對應的不同的U、I值。在圖像上描點、連線，做出雙曲線的一支，與小燈泡的U-I圖線的交點即對應著小燈泡的額定電壓和電流，如圖4。本法考察學生運用數學知識處理物理問題的能力。