劉國正
【摘要】電學內容是初中物理中最重要的內容之一,是各地中考每年的必考題,常以計算題的形式出現.初中物理電學計算題的解題方法有一定的規律性,本文以例題的形式展示初中物理電學計算題解題的“套路”.
【關鍵詞】初中物理;電學;解題技巧
初中物理電學計算題以基本電路和生活情境為載體,以串聯、并聯電路的基本規律和歐姆定律為解題規則.本文通過例題尋找解決這類問題的基本方法.
1? 從基礎題中找解題思路
例1? 小新家使用的電飯鍋有加熱和保溫兩種擋位,其內部簡化電路如圖1所示.米飯煮熟后,開關S1自動斷開,同時開關S2自動閉合,指示燈亮,電飯鍋處于保溫狀態.電飯鍋加熱擋功率為1100W,R2的阻值為1075Ω.求:
(1)若米飯的比熱容c=4×103J/(kg·℃),電飯鍋將0.5kg米飯,從20℃加熱到100℃,米飯吸收的熱量是多少?
(2)加熱電阻R1的阻值是多少?
(3)若指示燈兩端的電壓為5V,通過R2的電流是多少?小燈泡的實際功率是多少?
解析? (1)米飯吸收的熱量
Q吸=cmt-t0=1.6×105J.
(2)加熱電阻R1的阻值
R1=U2P加熱=(220V)21100W=44Ω.
(3)電飯鍋處于保溫狀態時,電阻R2與小燈泡串聯,
R2兩端電壓U2=U-UL=220V-5V=215V,
通過R2的電流I2=U2R2=215V1075Ω=0.2A,
小燈泡的實際功率P=ULI2=5V×0.2A=1W.
2? 從創新題中找解題技巧
例2? 如圖2是利用磁場對通電導體的作用力提升重物的起重機簡易原理圖.用細繩ABC跨過定滑輪將力傳感器和地面上的物體連接,細繩通過力傳感器與金屬桿相連,當繩子拉直時AB水平、BC豎直.整個導軌置于磁場中,閉合開關時,金屬桿會受到向左的作用力F.已知物體重為4N,裝置的高度和導軌的長度足夠長,電源電壓可調,輕質金屬桿的電阻為2Ω,與水平金屬導軌接觸良好.不計金屬導軌的電阻及一切摩擦.閉合開關后,調節電源電壓為3V時,力傳感器示數為3N,物體保持靜止.
(1)求電流表示數;
(2)求地面對物體的支持力;
(3)當電源電壓為8V時,起重機吊起物體,穩定后物體勻速上升,電流表示數為2A.求勻速上升過程中起重機的效率.
解析? (1)電路中只有輕質金屬桿的電阻R接入電路,電路中的電流
I=UR=3V2Ω=1.5A.
(2)物體靜止,受力平衡,則地面的支持力
F支=G-F拉=4N-3N=1N.
(3)勻速上升過程,電能轉化為重物的機械能和金屬桿產生的內能,假設上升的時間為t,則消耗的電能W電=UIt=8V×2A×t=16W×t,
金屬桿產生的內能
Q=I2Rt=(2A)2×2Ω×t=8W×t,
獲得的機械能
W=W電-Q=16W×t-8W×t=8W×t,
起重機的效率
η=WW電=8W×t16W×t×100%=50%.
3? 從綜合題中找解題突破口
例3? 小明同學設計了一套測量壓力的模擬裝置,其工作原理如圖3所示,O為水平杠桿OAB的支點,OA長0.2m,OB長1m.物體對水平測試臺的壓力作用于觸點A,通過杠桿OAB、壓桿BC豎直作用在壓力傳感器上.電路電源電壓可調,定值電阻R0=10Ω,物體對測試臺的壓力大小通過電流表顯示.傳感器的電阻R隨壓力F變化的關系如圖4所示.當測試臺上放100N的物體時(測試臺、杠桿、壓桿的質量忽略不計).求:
(1)壓力傳感器上受到壓桿BC的壓力;
(2)閉合開關S,電路中的電流I=0.4A,此時電源的電壓;
(3)改變電源電壓,電路中的電流變為0.3A.可以通過移動觸點A到A′位置(圖中未標出),使電流表示數從0.3A恢復到0.4A,計算調整后OA′的長度.
解析? (1)測試臺上放100N的物體時,即杠桿上A點受到的力為100N,根據杠桿平衡條件有
FA×OA=FB×OB,
代入數據可得杠桿上B點受到的力,
即FB=FA×OAOB=100N×0.2m1m=20N,
根據力的作用是相互的,可知壓力傳感器上受到壓桿BC的壓力是20N.
(2)閉合開關S,壓力傳感器R與R0串聯,而壓力傳感器上受到壓桿BC的壓力是20N,由圖4可知,壓力傳感器的阻值為20Ω,此時電路中的電流為0.4A,所以電源電壓
U=IR+R0=0.4A×20Ω+10Ω=12V.
(3)改變電源電壓,電路中的電流變為0.3A,所以改變后的電源電壓
U′=I′R+R0=0.3A×20Ω+10Ω=9V,
電流表示數從0.3A恢復到0.4A后,由歐姆定律可得電源電壓改變后的電路總電阻
R總=U′I=9V0.4A=22.5Ω,
此時壓力傳感器接入電路的阻值
R′=R總-R0=22.5Ω-10Ω=12.5Ω,
根據圖4,結合數學一次函數的知識可得壓力傳感器電阻R與壓力F的函數關系
R=-2.5F+70Ω,
將壓力傳感器電阻為12.5Ω,代入上式,可得此時壓力傳感器受到的壓力F=23N,
根據力的作用是相互的,可得電源電壓改變后,杠桿上B點受到的力為23N,結合題意根據杠桿平衡條件有FA×OA′=FB′×OB,代入相應數據可得調整后OA′的長度,
即OA′=FB′×OBFA=23N×1m100N=0.23m.
4? 結語
對于初中物理電學計算題,需要熟練掌握電學基本知識和公式,熟悉各種電路元件的符號和屬性,并根據題目要求靈活運用解題技巧.在解題過程中,要注意單位的換算和計算結果的準確性,規范解題過程.通過不斷地練習和實踐,可以提高解題能力和速度.
參考文獻:
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