對(duì)一道考頻較高的電學(xué)試題的質(zhì)疑與錯(cuò)因分析

李 琴

(江蘇省黃埭中學(xué) 215143)

燈泡作為一個(gè)初中物理中常見的電學(xué)元件，在電路構(gòu)成中起到至關(guān)重要的作用，且由于其電阻隨著電壓或者電流的變化而變化的特殊性，它的存在能夠增加考題的靈活性和多樣性，所以很多電學(xué)考題都是圍繞燈泡進(jìn)行展開.然而也是由于燈泡作為電阻的特殊性，考題編制者有可能無法考慮得很充分導(dǎo)致在考題設(shè)置中出現(xiàn)不合理、不自洽的情況，這就給部分思維嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目忌鷰砹司薮蟮穆闊?在教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)一道含有燈泡的電學(xué)試題在數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)上出現(xiàn)了不合理、不自洽的情況，在此提出質(zhì)疑，并提出修正意見.

一、原題及解析

原題某物理興趣小組同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖1甲所示的電路圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，電源為可調(diào)壓直流學(xué)生電源，電壓表量程為“0～15V”、電流表量程為“0～0.6A”，小燈泡標(biāo)有“6V 1.2W”字樣，R0為20Ω的定值電阻．興趣小組根據(jù)記錄的電流表和電壓表示數(shù)變化，描繪出U-I關(guān)系圖，如圖1乙所示．當(dāng)電壓表示數(shù)為1V時(shí)，通過電流表的電流是____A；當(dāng)燈泡兩端的電壓為3V時(shí)，燈泡能發(fā)光，此時(shí)燈泡燈絲的電阻是____Ω；調(diào)節(jié)電源電壓，當(dāng)小燈泡與定值電阻R0消耗的總功率為0.8W時(shí)，此時(shí)的電源電壓為____V，小燈泡的實(shí)際電功率是____W．

解析由圖1乙所示圖象可知，電壓為1V時(shí)，電流表的示數(shù)為0.3A；

答案:0.3；10；2；0.6.

二、對(duì)原題中數(shù)據(jù)的質(zhì)疑

根據(jù)小燈泡標(biāo)的規(guī)格“6V 1.2W”可以得出當(dāng)其正常發(fā)光時(shí)電流為0.2A，電阻為30Ω.在實(shí)際情況下，燈泡電阻隨電壓或者電流的增大而增大，電流隨著電壓的增大而增大.當(dāng)然，此題中所給的曲線也說明燈泡的電阻并沒有被特殊化處理為定值電阻.題中的數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)出的問題如下：

(2)當(dāng)燈泡兩端的電壓為3V時(shí)，此時(shí)燈泡燈絲的電阻是10Ω，其中包含了此時(shí)燈泡電流為0.3A，仍然出現(xiàn)電壓沒有達(dá)到額定電壓而電流超過額定電流的錯(cuò)誤情況.

(3)當(dāng)小燈泡與定值電阻R0消耗的總功率為0.8W時(shí)，燈泡兩端為2V，求出其電流為0.3A，同樣出現(xiàn)與前面相同的錯(cuò)誤情況.

反觀圖1乙上的(6V，0.5A)的這個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，確實(shí)能夠正確表達(dá)6V電壓的作用下0.3A的燈泡額定電流和0.2A的定值電阻電流的總電流為0.5A.那么問題出現(xiàn)在哪里呢？

三、對(duì)原題所給數(shù)據(jù)錯(cuò)誤原因的分析

首先，實(shí)際燈泡的U-I圖像為一條非線性曲線，定值的電阻R0的U-I圖像為一條過原點(diǎn)的直線，兩者并聯(lián)的U-I圖像應(yīng)該是一條過(0，0)和(6V，0.5A)兩個(gè)點(diǎn)的曲線，這點(diǎn)原題做到了.那么問題就應(yīng)該出在圖像的彎曲程度了.顯然，原題給出的圖像剛好過了很多特殊點(diǎn)，這給問題設(shè)計(jì)帶來了極大的方便，簡(jiǎn)化了學(xué)生的運(yùn)算，這應(yīng)該是數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的初衷.那么理論上的U-I圖像和題中的圖像有多大差別呢，是否是導(dǎo)致矛盾的罪魁禍?zhǔn)仔枰M(jìn)一步分析一下.

作出燈泡和定值電阻的U-I圖像分別如圖2中的a(近似)和b所示，由于兩者并聯(lián)，電流表的示數(shù)為兩者電流之和，所以描繪出每個(gè)整數(shù)電壓下的干路電流并用平滑曲線連接(如圖2中的c所示).雖然曲線a為燈泡近似的U-I圖像，但是和實(shí)際圖像差別不大，所以曲線c也與實(shí)際圖像差別不大，然而題中所給的那條曲線卻與曲線c相差甚遠(yuǎn)，這就是導(dǎo)致數(shù)據(jù)不合理、不自洽的原因.

參考文獻(xiàn)：

[1]王愛紅,吳彬彬. 三個(gè)電阻串聯(lián)的動(dòng)態(tài)電路在2016 年中考中的定量考查[J]. 數(shù)理化學(xué)習(xí)( 初中版),2016(10):49 -50.