初中电学综合题的源、解、拓

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  电学综合题既是初中物理重点,也是初中物理难点.对于这类问题如果我们能找准源头、理顺解法、积极拓展,那么我们在中考中就能够游刃有余,化难为简.
  一、 简约、准确的源头分析是解决电学综合题的基础
  初中电学知识面广、知识点杂、题型变化多、计算公式多.这是造成我们学习困难的主要因素.但如果能够对知识点源头进行有效的分析、整合,就能为我们指引出一条捷径,大大减轻同学们的学习负担.初中电学知识可以归纳为以下几点:
  1. 一个定律:欧姆定律.欧姆定律是电学中的基本规律,是所有电学知识联系的纽带,是电学题考查的重点.欧姆定律是实验定律,在学习中同学们要掌握其科学探究的方法.
  2. 二种连接方式:串联与并联.串联与并联是最基础的电学题考查内容,也是很多电学题分析、思考中必不可少的知识点.
  3. 三个物理量:电流、电压、电阻.从某种意义上讲,电学题的计算就是这三个物理量之间的运算.因此,正确理解这三个物理量是学习的关键,明确每一物理量的含义及单位是学习的重点.
  4. 四种仪表:电流表、电压表、电能表、滑动变阻器.对于电流表、电压表和电能表主要是掌握其连接方式、量程的选择、读数,这是实验题中经常出现的内容.滑动变阻器在生活实践中、电学实验中都起着重要作用,并且对电学题的变化也是起着媒介的作用.
  5. 五个重要实验:探究串、并联电路电流的规律; 探究串、并联电路电压的规律;探究电流与两端电压、电阻的关系;伏安法测电阻;测量小灯泡功率.这五个实验都是历年来中考的热点.
  下面以2011年泰州市中考试卷第三大题26小题为例进行具体分析.
  图1是一台常用的电热饮水机,下表是它的铭牌数据,图2是它的电路原理图,其中S是温控开关,R是定值电阻,R是加热电阻.当S闭合时,饮水机处于加热状态;当S断开时,饮水机处于保温状态.
  (1) 在加热状态下,饮水机正常工作时电路中的电流是多大?
  (2) 饮水机正常工作时,将热水箱中的水从20℃加热到90℃,需用时14min[水的比热容为4.2×10J/(kg•℃)].求此加热过程中: ①水吸收的热量;?摇 ②饮水机的加热效率.
  (3) 求电阻R的阻值(保温功率是指整个电路消耗的功率).
  从知识点分析,这是一道电学与热学综合的计算题,是现在中考的常见题型.很多同学看到这样的综合题感觉束手无策,但如果我们静下心来,细心分析,就会找到解题的正确方法.
  本题第一小题主要应用到电功率公式,第二小题应用到热量计算公式和效率问题,第三题较难一点,要求对串联电路和电功率公式能够熟练运用.
  理清了题目问题的源头,下面就是解题策略的正确运用了.
  二、 清晰、简便的解题策略是电学题有效学习的关键
  1. 细读题目,正确审题
  审题是解题的前提,对电学综合题的审题主要是明确题中的已知条件、学会通过题中的“关键词”找出隐含条件如:“正常发光”、“不超过”、“串联”、“并联”、“电压恒定不变”、“最大”、“最小”等等,而这些关键词往往是解题的切入点.另外还要分析待求物理量与已知量的关系等.
  本题应主要关注加热功率和保温功率的区别,水桶容量和热水箱容量的区别,在计算时千万不要相互混淆.例外,本题中电阻R和R实际上都是定值电阻,不管是加热状态还是保温状态阻值都是不变的.只有对题目中的这些关键词有了正确的理解,才能够在解题中不走弯路.
  2. 去繁就简,优化电路
  在一些综合性较强的电学题中,当电路中的开关断开和闭合状态发生改变时,元件的连接形式往往发生了改变,画出等效电路图可简化复杂电路.特别在刚刚接触电学计算题时,要让学生养成多画等效电路图的习惯,多次练习之后,就会习惯成自然,即使不在纸上画出,在心里也会有一个简化之后的等效电路图.
  本题电路图虽然简单,但同样能够进行电路的优化.本题中电热水机在加热状态和保温状态时,电路图可优化为以下两种:
  ① 在加热状态时,开关S闭合,电阻R被短路,电路可简化为图3.
  ② 在保温状态时,开关S断开,电阻和串联,电路可简化为图4.当这样的两个电路图呈现在同学们面前时,我相信同学们就能顺利解决问题了.
  3. 有的放矢,选择公式
  电学题中公式多,我们要能够根据题目中要求解的物理量选择合适的公式,在这个过程中,要注意与题目中的已知条件进行验证,以确定公式的适用性.
  本题中第一小题要求解在加热状态下,饮水机正常工作时电路中的电流是多大.对于电流,与之相关的公式主要有欧姆定律和电功、电功率计算公式.但显然本题中的已知条件是电功率,所以我们主要运用P=UI这一公式进行求解.
  第二小题计算公式比较明朗,Q=cm(t-t0),需要注意的是水的质量要由热水箱中水的体积求得.对于饮水机的加热效率问题,我们只要对比机械效率的求解就不难理解,即热水箱中的水吸收的热量与14min内饮水机消耗电能的比值.
  第三问中公式的运用较复杂,但总体来说都是P=U/R这一电功率推导公式的运用,但在公式运用中,特别要注意各个公式运用时研究对象的同一性.
  解题过程如下:
  解:(1) I===2A?摇?摇 (要注意功率的选择)
  (2) ① m=ρV=1.0×10kg/m ×1×10m=1kg?摇
  Q=cm△t=4.2×10J/(kg•°C)×1kg×(90°C-20°C)=2.94×10J
  ② W= Pt = 440W×14×60s =3.696×10J
  η===79.5%
  (3) R===110Ω?摇?摇?摇(注意公式运用的同一性)
  R===1210Ω
  R=R-R=1210Ω-110Ω=1100Ω
  4. 善于总结,归纳要领
  解决电学题不仅要“知其然”还要“知其所以然”,在学习过程中,不断的总结错误的原因,归纳解题的规律,注意举一反三,融会贯通,及时查漏补缺,自然会变难为易.据统计今年中考这道电学综合题失分较多,其主要原因就在于审题不清,公式运用不熟练.
  中考题型每年都会有一定范围的变化,要能够在以后的中考中立于不败之地,不仅要熟悉各种典型题型,还要能够把握电学综合题变化的趋势.
  三、 热门、实用的拓展分析是电学题有效学习的趋势
  随着新课改的实施,以及与国际教育的接轨,中考物理题型已发生了很大的改变,由原来的纯理论试题向现在以实际应用题为主的转变.我们学生在学习时也要及早认识,及时转变学习方法,以适应电学题的发展.从近几年的中考题型来看,电学题综合题的拓展变化主要从以下几个方面入手.
  1. 向科技前沿靠拢
  物理学是一门应用型科学,物理学的学习和研究就是为了推动科技的进步,让物理学习回归本质才是符合教育发展的规律.
  2. 与基础生产、生活相接轨
  物理来源于生活须服务于生活,电学与我们的生活息息相关,电学题更应该回归生活.上题就是这类拓展的具体应用.
  3. 在实际操作细节中分析问题
  以前的电学综合题是电学公式和结论运用的载体,而现在却是注重对学生学习分析能力、动手操作能力的考查.在现在的中考试题中,这一点体现的尤其明显.例如,如何控制实验条件、判断实验过程中出现的物理现象、实验过程中异常现象的原因分析、错误实验数据的判定、分析数据验证猜想等.它对培养学生的观察能力、分析归纳能力、创造能力都具有积极的作用.
  就本题而言,可以从饮水机的加热效率加以拓展,如分析加热效率偏低的原因,在多次保温过程中电能的浪费计算等,都可以对考生提出更高的要求.
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