用图表法解电学题

在学习物理过程中,我们经常用图像、表格等形式来形象、直观地表达物理规律.正确认识并理解图表的物理意义,不仅有助于我们解决实际问题,同时也能帮助我们记忆、比较、积累并拓展已有知识,让我们学得更加深入.

初中电学中有三个重要实验,分别是“探究电流与电压、电流与电阻的关系(欧姆定律的验证)”“用电压表和电流表测电阻(伏安法测电阻)”和“用电压表和电流表测电功率(伏安法测功率)”,这三个实验有些相似之处,我们以表格的形式对它们加以比较,从中可以体会到表格提供信息的优点.

同样是利用图表,让我们来分析以下三种情况并深入理解所对应的物理知识:

从图1中发现:通过电阻的电流I与其两端电压U成正比,只需要从图像中算出ΔU与ΔI,利用公式R=■便可以求出电阻,而且该电路中用电器的阻值为恒量.

而从图2中也可以看出,当电压U不断增大时,电流I值的变化越来越小,说明该用电器的电阻在不断变大;同理,在图3中,出现了用电器电阻在不断变小的现象.因此在解决电学实验的过程中,就必须注意:可以用图1中的电阻进行探究I与U的变化规律,而使用图2或图3的用电器进行实验时,就需要注意“一定条件下测量”的问题了(如测电压为2.5V下的电阻、电功率等).

通过上述图表对我们学过的知识进行了回顾和拓展,但还需防止硬套公式等一些不符合实际的做法,请注意这个问题:

下表是某同学测量额定电压为2.5V的小灯泡的功率时的记录情况,试填空:(设灯泡电阻不变)

注意分析表格中第3次实验,一般而言,在做实际电压高于额定电压的实验时,不得超过额定电压值过多,而本次实验的7.5V显然过大,灯泡已经烧坏,造成电路断路.因此,第3次实验的记录值均为零.

在遇到实际问题时需要注意什么呢?下面,我们就从以下几个方面对用图表法解电学题进行总结.

(一)关注图表提供的信息

物理图表所提供的信息一般以基本规律、概念、常识为主,要学会合理选择.

例1下表是部分用电器的电流值,电器1、电器2、电器3可能是台灯、计算器或电饭煲,则台灯应该是电器;计算器应该是电器;电饭煲应该是电器,其工作原理是利用了电流的效应.

解析要熟知表格中各电流大小对应的家电种类,注意区别.

答案电器2电器1电器3热.

例2供电局以每两个月为一个抄表计费周期,小明家收到2010年1、2月的电费通知单,通知单上附有他家近几个月的用电量图表,如图所示.

(1)根据以上图表提供的信息,填写下表中的空格.

(2)与2009年11、12月比较,小明家2010年1、2月多用了一个额定电压220V、额定功率1100W的电暖器,其他用电器的使用情况与2009年11、12月相同.这台电暖器在额定电压下工作时电流多大?请你估算:小明家2010年1、2月使用电暖器共多少小时?

解析柱状图也是物理学中常用的图形,它能直观描述所述内容,一般较为简单.

答案(1)339.0537.0(2)略

例3小明利用标有“6V6W”的灯泡L1和“6V3W”的灯泡L2进行实验.

(1)当L1正常发光时,通过L1的电流为A.

(2)如图甲所示:A、B分别为通过灯泡L1和L2中的电流随两端电压变化关系的曲线.现将两灯连入图乙所示电路中,使其中一个灯泡正常发光时,电路消耗的总功率为

W.

解析第(2)题中,通过题意发现,在串联电路中只有额定电流小的灯泡可以正常工作,因此,对照图甲可知,当电路中电流为最小额定电流[I2=0.5A(观察纵坐标的值)]时,对应的电压值(观察横坐标的值)分别是2V和6V,所以电路的总电压就可以得出了,总功率也就很容易得到了.

答案(1)1(2)4

(二)根据图表归纳推理物理变化过程

当电路中出现滑动变阻器时,这个电路中的许多参数(U、I、R、P、W、Q)通常会变化,通常会利用表格将这一变化过程呈现出来,同学们只要正确理解表格所记录的内容,对于这些动态电路的分析就较为简单了.

例4某同学用如图所示的电路测量滑动变阻器的功率,R1=20Ω,滑片P向左移动时,测得如下数据:

(1)从实验数据看出,实验中电压表的示数,电流表的示数(选填“变大”或“变小”),滑动变阻器的功率大小的变化情况是.

(2)电源电压为V.

(3)当电流表示数为0.5A时,滑动变阻器接入电路中的电阻值为Ω.

解析通过分析第一行数据可知:电压表示数不断减小(86…2);分析第二行数据可知电流表示数不断增大(0.1…0.4),同理,由第三行数据可知,变阻器的功率是先变大后变小.

另外,利用任意一次实验的3个值(如实验次数1),都可求出R1两端的电压,从而确定总电压值.第3问同理可求得.

答案(1)变小;变大;先变大后变小(2)10(3)0

例5下表是某同学研究“电阻消耗的电功率与该电阻阻值之间的关系”时记录的实验数据,请你对表格中的数据进行分析,归纳出电功率与电阻的关系:.

解析本题粗略的结论是:电功率与电阻有关.

这一回答不够细致,对这些数据进行分析,就会发现第二行中的电压值在实验过程中总保持不变,这一条件很重要;紧接着再分析会发现R与P的乘积是不变的,这一发现就可以说明:P与R成反比.

(三)根据图表总结物理规律

例6如图所示电路,电源电压不变,滑动变阻器上标有“2A20Ω”字样.以下四个图像中,能正确表示当开关S闭合后,通过小灯泡L的电流I与滑动变阻器连入电路的电阻R的关系是().

解析通过电路图不难得出电路中电流的大小与滑动变阻器连入阻值的大小关系为I=■,但要通过此关系式推知物理图像有点难度.不过,我们可以通过仔细观察图像进行排除,查找该电路的规律:

(1)由于滑动变阻器的阻值在变,因此,电路中电流会随着其阻值变大而变小,故排除答案A和B;

(2)在剩余的两个答案中,问题的焦点就集中在当滑动变阻器的阻值调到20Ω时,电流是否为零呢?答案当然是否定的,因为此时的电路中电流为I=■≠0.故又排除C,则答案选D.

上述图表类问题同学们会在今后的学习中经常遇到,希望同学们注意积累,在遇到图表类问题时要细心,更要有耐心.相信在今后的学习中,利用数学与物理的完美结合,一定会让你领会到物理学的美妙!