◇　福建　鄭永琪

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熱點追蹤

近幾年高考物理電路實驗題中的一個熱點

◇福建鄭永琪

電路實驗是高考試卷的必考題,分值較大．實驗題往往源于教材上的基本知識,但是又高于教材大綱的實驗要求.實驗題目靈活多變,只要有一個實驗條件或要求發(fā)生變化,就能引起實驗中的實驗原理、器材、電路、數(shù)據(jù)處理的方法等發(fā)生變化,既能很好考查考生的實驗動手能力,還能考查考生應(yīng)用所學知識解決實際問題的能力,選拔功能極強．在近幾年高考物理電路實驗題中屢現(xiàn)一種題型,那就是每道電路實驗題總有一個屬于方法創(chuàng)新類的問題,它特別突出考查閉合電路知識和處理方法,使電路核心知識在高考中體現(xiàn)出了它應(yīng)有的地位．同時這類問題還具有很強的開放性和創(chuàng)新性,可以很好地考查考生的綜合分析能力．本文就此進行例說,希望能引起大家足夠的重視．

電池組(電動勢為4.5V,內(nèi)阻約1Ω)；

電流表(量程為0～250mA，內(nèi)阻約5Ω)；

電壓表(量程為0～3V，內(nèi)阻約3kΩ)；

開關(guān)1個、導(dǎo)線若干.

(1) 實驗中所用的滑動變阻器應(yīng)選下列中的____．

A滑動變阻器(最大阻值20Ω,額定電流1A)

B滑動變阻器(最大阻值1750Ω,額定電流0.3A)

(2) 實驗的電路圖應(yīng)選用下列的________圖．

(3) 實驗得到小燈泡的伏安特性曲線如圖1．如果將這個小燈泡接到電動勢為1.5V,內(nèi)阻為5Ω的電源兩端,小燈泡消耗的功率是________W．

圖1

分析問題(3)是一個非線性問題,按常規(guī)方法無法準確解答．其實這個問題和問題的解答與本實驗幾乎沒有關(guān)系,它實際上是一個純閉合電路的問題．解答困難在于沒有給出U、I的數(shù)學函數(shù)關(guān)系,雖然給出了圖象,也得不到圖線所對應(yīng)的具體函數(shù)關(guān)系．要想解決這個問題,必須充分考慮到小燈泡與一個已知電動勢和內(nèi)電阻的電源構(gòu)成閉合電路這個重要信息,由此可知路端電壓與小燈泡的電壓相同、電源電流與小燈泡的電流都相同．如果根據(jù)閉合電路歐姆定律U=E-Ir畫出U-I函數(shù)圖線(如圖2中的斜線所示),讀取它與小燈泡的伏安特性曲線交點的U、I值,此U、I值顯然就是此時小燈泡的工作電壓、電流,從而得小燈泡的實際功率．

圖2

(1) 實驗要求滑動變阻器的滑片從左到右移動過程中,電流表的示數(shù)從0開始逐漸增大．按此要求用筆畫線代替導(dǎo)線在圖3-甲實物圖中完成余下導(dǎo)線的連接;

圖3

(2) 某次測量,電流表指針偏轉(zhuǎn)如圖3-乙,電流表的示數(shù)為________A;

(3) 該小組描繪的伏安特性曲線如圖4所示,據(jù)圖線判斷,將________只相同的小電珠并聯(lián)后,直接與電動勢為3V、內(nèi)阻為1Ω的電源組成閉合回路,可使小電珠的總功率最大,其總功率的值約為________W(保留2位小數(shù))．

圖4

圖5

分析問題(3)屬于典型的非線性問題,用常規(guī)的思維方法處理是行不通的．如果用例1中采用的方法,顯然由于小電珠是并聯(lián)的,通過每只小電珠的電流與通過電源的電流不一樣,得到的2條圖線的交點U、I并沒有實際意義,因而無法得出結(jié)論．此問題巧妙之處就是在于利用了閉合電路中一個重要的結(jié)論:在純電阻電路的情況下,當外電路電阻等于內(nèi)電路電阻時,電源的輸出電功率最大．具體就是:電源內(nèi)阻為1Ω,所以當外電路總電阻等于1Ω時,電源輸出電功率最大,也就是小電珠的總功率最大．此時外電壓、內(nèi)電壓均為1.5V,由U-I圖可知，當小電珠電壓等于1.5V時電流約為0.38A,再由內(nèi)電路可知總電流約為1.5A,所以需要4個小電珠,小電珠的總功率最大且為P=UI≈2.25W．

圖6

回答下列問題:

(1) 滑片向下滑動時,電壓表示數(shù)將________(填“增大”或“減小”)．

(2)I0=________A．

(3)RL消耗的最大功率為________W(保留1位有效數(shù)字)．

分析問題(3)主要考查閉合電路原理和U-I圖象的靈活應(yīng)用．由于變阻器RL的電壓、電流和電阻同時改變,無法直接討論確定電功率的最大值,這是問題的關(guān)鍵點．本問題的處理有以下2種思路:

2) 由于U-I圖象中的U、I就是RL的電壓、電流,易得RL的U、I函數(shù)關(guān)系為U=20 V-20 Ω·I,RL消耗的功率為

P=IU=20 V·I-20 Ω·I2=

-20 V(I-0.5 A)2+5 W,

則當I=0.5 A時,功率最大值為5 W．

實驗以其靈活多變,思維層次多而深受高考命題人的青睞,其中高考電路實驗題因靈活多變成為考生在高考中得分的一個難點,它既考查電路部分的知識點,又全面考查考生是否理解實驗原理,是否理解儀表工作原理,是否具有將知識進行遷移的能力.類試題在高考中屢屢出現(xiàn),且面孔常新,是高考試題中的一大亮點．

(作者單位：福建省永春第一中學)