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动态电路取值范围类问题的破解

发布时间:2022-11-14 09:42

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   编辑:李小平

开江中学实验学校 蒋义来

动态电路是中考物理的必考类容,其中的取值范围类问题具有难度大、综合性强的特点,属于物理试题中的难题。在教学实践中,笔者根据学生反馈,结合平时教学,总结出一种破解动态电路取值范围类问题的思路。

一、方法介绍

动态电路问题往往是以滑动变阻器滑片的移动来使总电阻发生改变,导致电流或电压发生改变,从而引出相关物理量的取值范围问题。涉及取值范围类问题,其内在要求是确保电路安全的情况下进行,即电路中涉及的电流、电压不能超过安全的最大值。这给了我们启示:当滑片向某一方向滑动时,我们需侧重关心哪个(或哪些)物理量在变大。若滑片朝着这个方向滑动到这些物理量中的某个率先达到安全最大值时,则滑动变阻器不能继续向该方向滑动了,此时对应需求物理量的一个最值。同理,可找到另一个最值。则所求物理量的取值范围就在这两个最值之间。

根据以上思路,将问题简化为当滑片向某一方向滑动时,确定哪个物理量率先达到安全最大值,并由此求出需求物理量的最值。在确定率先达到安全最大值的物理量时,可结合题目条件,对变大物理量采用逐个最大值代入的方式,验证其余物理量是否是安全的?若是,则求出此时需求物理量的一个最值,判断是最大值还是最小值;若有其他物理量超过最大值,意味着在代入的物理量达到最大值之前,已经有物理量达到最大值了,则这个物理量并不能达到最大值,需求物理量的最值不能在此时求得。

二、方法应用实例

在涉及动态电路取值范围的选择题时,由于题目中的选项中包含了相关物理量的范围,则可选择代入法加以验证。代入选项所给的范围所包含的最值时,其余物理量是在安全范围内,且所有的物理量中必然至少有一个达到了最大值。

例:电源电压为6伏,电压表量程为0~3伏,电流表量程为0~0.6安,滑动变阻器规格为“20欧 1安”,小灯泡L标有“4伏 2瓦”(灯丝电阻不变)。在保证整个电路的安全下,移动滑动变阻器的滑片,下列计算结果正确的是(  )

A.滑动变阻器连入电路的阻值变化范围是4欧~12欧

B.电流表示数变化范围是0.3安~0.5安

C.电压表示数变化范围是1.5~3伏

D.小灯泡L消耗的功率变化范围是1.125瓦~2瓦

解析:(1)这是串联电路。小灯泡“4伏 2瓦”,结合P=UI可知,允许通过小灯泡的最大电流是0.5安,R灯=8欧。 题目中电流表量程为0~0.6安,滑动变阻器规格为“20欧 1安”,可知:电路中允许的最大电流0.5安。

(2)代入选项A,结合串联电路特点, 当R为12欧时,总电阻为20欧,此时电流为0.3安,即电流安全;U=IR=3.6伏,超过电压表量程,故A错。

(3)代入选项B,当电流0.3安时,由(2)可知,U=3.6伏,超过电压表量程,B错。

(4)代入选项C,当U=1.5伏时,由串联分压,U灯=4.5伏,超过额定电压,C错。由此,本题选D。

在考试时,学生可通过代入A、B、C选项得出了正确选项,出于节约时间的考虑,则不需要再代入D选项加以验证。在试卷评讲时,教师可以代入D加以验证。

(5)代入选项D,当P=1.125瓦时,由电功率公式知,此时U灯=3伏,灯泡安全;算得电流为0.375A,电流安全;U=3伏,电压表安全且达到最大值,正确;当P=2瓦时,U灯=4伏,I=0.5安,U=2伏,安全,且灯泡电压达到安全最大值。故D对。

限于篇幅限制,笔者在这里仅以选择题为例,演示了本文所述方法的应用。对于非选择题,本方法仍然适用。其差异是:选择题,代入的是选项所给的极值加以验证,而计算题则是代入题目所给的仪器规格、量程进行验证。

三、结语

从笔者的教学实践来看,利用这种“代入+验证”的方法破解动态电路取值范围类问题, 很好地解决了学生无处下手、思维混乱的困境,也有利于学生合理、充分利用考试时间,从而展现出其真实学业水平。

来源:达州日报网