初中物理電學STS綜合計算題教學研究

王志星

摘 要：初中物理教學中，越來越多的出現了綜合性很強的試題，以前那種純理論的內容少了，注重的是學生實際解決問題的能力，就是理論結合實踐，考察的是學生運用知識的能力、實際動手的能力，因此STS試題的比例越來越大，對學生的考察面十分的廣，當然這對教師的教學要求也是一個考驗。本文就結合電學這一章的教學內容，和大家談談這方面的教學。

關鍵詞：電能；效率；節能減排

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9132（2016）32-0184-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.32.118

STS試題近年來成為了中考試題發展的一個方向，這種題有時候是在一定的情境下分析做的，如果離開了當時的情境就無法完成；有的時候跨學科性很強，如果僅僅利用物理知識，沒有辦法計算；有的時候還帶有問題性，是讓學生自己去觀察、研究，問題和實踐要結合起來，只依靠書本理論，是無法獲得準確數據的；有的時候這種題型很開放，如果學生平時不認真訓練，很難掌握方法，因為這種試題的答案不是唯一的，是多種多樣的，可以說非常的靈活。最近幾年，STS試題在中考試卷里的比例在加大，花樣在翻新，鑒于此種情況，本文對近年各省中考電學綜合計算題中出現的部分STS試題進行解析，以期幫助學生更好地把握這類題型。

一、電能及其效率問題的教學

電能是初中物理課本內容的重點，也是難點，因為電能看不見摸不著，講起來抽象，學生理解起來也是一樣的抽象難懂。為了說明這個問題，我舉例來說。比如：當前城鎮化建設進程中，在一些場館和樓房建設工地上，常見到一種“塔吊”的起重設備，其主要組成為電動機和機械兩部分。假設某“塔吊”配置的電動機銘牌上標有：額定電壓380V，額定功率38kW，線圈電阻0.5Ω。在一次起吊中，該“塔吊”電動機正常工作25s，把質量為3t的重物吊起22m（g取10N/kg）。在這道題里，出卷人的目的只有三個，即電功的計算、機械效率、焦耳定律。就以電動機吊起重物過程中消耗的電能來說，就是對電能的基本概念理解的一次具體運用。具體怎么讓學生解答，根據公式W=Pt，消耗的電能就輕而易舉的計算出來，無需要很多的步驟。如果測試卷里在問：電動機正常工作過程中線圈產生的熱量是多少，可以根據公式I=可求電動機正常工作時的電流，線圈產生的熱量根據公式Q=I2Rt就能計算出。假如進一步問：該次起吊過程中“塔吊”機械部分的機械效率是多少？教師就要詳細講解了，已知電動機消耗的電能和產生的熱量，二者之差就是對電能轉化成的機械能，利用W有=Gh可求克服物體重力做的有用功，最后利用公式η=求出機械效率。線圈電流產生熱量即該“塔吊”本身消耗的電能為W1=Q=1.25×105J，所以“塔吊”電能轉化為機械能的總量，即機械部分所做的總功為：

W總=W﹣W1=9.5×105J﹣1.25×105J=8.25×105J

該次起吊過程中“塔吊”機械部分機械效率：

η=×100%=×100%=×100%=80%

通過以上的分析我們可以看出，此題考查的內容十分詳細，如果學生對公式不能熟練掌握就沒有辦法去解答考卷中的問題。所以教師在平時的訓練中，要將消耗電能、產生熱量、物體的質量一定要一一講清楚，不然學生在計算的時候就把他們之間的關系搞混了。問題的關鍵還是要把公式及其變形后的含義弄明白，只有明白了方能靈活運用，否則就是機械的學習。在這眾多的問題中求物體做的總功是難點，也是本題的重點，因為不光要求計算準確，還要及時將單位換算過來。很多學生就是因為沒有將單位及時換算過來，到了這一步就計算錯了，是很可惜的。

二、電功與熱量的綜合計算的教學

電功在我們的生活中常見的一個知識問題，大大小小的電器都在使用，家里的電燈、電飯煲、電視機等，但是很多人對這些電器的工作原理知之甚少。物理課本就講這方面的知識，因此這方面的知識實用性非常強，學生一定會感興趣。比如有這樣一道題：自動飲水機已經普遍用于車站、學校等公共場所，它的簡化電路圖（略去），電熱絲電阻分別為R1、R2，請根據說明書提供的信息計算（水的密度ρ水=1×103kg/m3，水的比熱容C水=4.2×103J/kg℃）。如果我們要計算這樣一個問題：如果飲水機處在“加熱”狀態下正常工作，電熱絲所產生的熱量有80%被水吸收，飲水機的熱膽裝滿水，水溫由20℃加熱到90℃，需用多長時間？那么該如何解答呢？首先要理清思路，那就是把電能轉化為熱能的能量，水在這一過程中吸收熱量，因此他們之間的關系是“等價”的，即以此為依據列出兩者的關系式，關系式列出來了，就好計算了。所以要給學生講清楚問題的關鍵所在。

本題是有關電和熱的綜合計算題，要告訴學生根據電功和熱量的計算公式進行綜合計算，不能分割開來計算。教學中我發現很多學生。對這一類的習題，往往是開頭還是對的，計算到中間或者是最后的一步就錯了。出現這樣的錯誤的關鍵還是對計算公式的理解不是很透徹，對相關概念的理解馬馬虎虎，所以在教學中反復強調，才能熟練掌握。

三、電能與新能源及節能減排的教學

節能減排是當今世界的難題，也是頭等大事，是世界各國亟需解決的問題。我們在教學中要給學生及時灌輸環保的理念，以保護我們的家園，保護我們生存的環境。還是舉例來說。某環保局研究表明：“PM2.5來源中，機動車的排放占33.1%，排第一位，燃煤污染排放占第二位”?！皽p少污染排放，還我一片藍天”成為每一個公民的責任。那么我們怎么應對這一問題呢？我們高臺縣當地政府積極引進太陽能發電，前后引進5家公司，在高崖子灘上建設起了東西80千米南北5千米的光伏發電基地，就是最好的例子。在環保的同時，我們也看到，離光伏發電基地不遠的地方，還有高污染高排放的焦炭廠在大量的排放污染物，煙塵滾滾遮天罩地。在每個村社，都架設有太陽能路燈，縣城的主干道都是太陽能路燈。到底環保不環保，讓學生通過實際計算調查研究，自己得出答案，是最好的辦法。

從理論上說，高臺城里的路燈用新型環保（無汞）LED節能燈，將電能直接轉化為光能，所以從能的轉化角度可分析LED燈較白熾燈節能的原理。太陽能光電板的轉換效率16%；照明時間12小時。那么從中可以看出，轉化的電能是太陽能光電板接受的太陽能的16%。而白熾燈發光時，電能轉化為內能，內能一部分轉化為光能，一部分散失。由于燈絲溫度很高，損失的內能較多；而LED燈發光時，電能直接轉化為光能，沒有內能損失，所以，LED燈比白熾燈節能。

STS綜合計算題的教學，涉及的內容比較廣泛，所以在教學中務必要引起大家的重視，以提高學生的綜合能力的運用，提高教育教學的質量。

[責任編輯 吳海婷]