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——談物理電學(xué)圖像題的解法

2020-03-18 08:12:58荊麗華

數(shù)理化解題研究 2020年2期

荊麗華

(江蘇省南京市雨花臺中學(xué) 210012)

圖1

例1 如圖1甲所示電路，電源電壓不變，R1是定值電阻，R2是滑動變阻器．閉合開關(guān)，將滑動變阻器滑片移動到另一端的過程中，電路中電流表示數(shù)和電壓表示數(shù)的關(guān)系如圖1乙所示．則滑動變阻器滑片由一端移到另一端的過程中( ).

A．電路總功率的最小值為1.8W

B．電路總功率的最大值為6.4W

C．定值電阻電功率的最小值為1.35W

D．定值電阻電功率的變化為4.05W

一、審題、分析

1.識別實物圖

這是電學(xué)中最常見的的伏安法的實驗圖，定值電阻R1和滑動變阻器R2串聯(lián)，電壓表測量滑動變阻器的電壓.從題干中沒有得知任何數(shù)據(jù)，所以解題的關(guān)鍵在圖像.

2.識別I-U圖像

(1)讀軸：這是電路中電流表示數(shù)和電壓表示數(shù)的關(guān)系，即滑動變阻器的I-U圖.

(2)讀線：I-U圖像是下降趨勢，顯示滑動變阻器的電流隨著它的電壓的增大而減小，意味著當(dāng)滑動變阻器阻值增大(滑片向B移動)，電路中的電流將減小.

(3)讀點：起點I=1.2A，U2=0V，滑動變阻器阻值為0，滑片在A端，定值電阻兩端電壓等于電源電壓.終點I=0.3A，U2=4.5V，滑動變阻器兩端電壓最大，阻值最大為4.5V/0.3A=15Ω，滑片在B端，定值電阻兩端電壓最小.由關(guān)鍵點可以求得相關(guān)最大值、最小值.已知電功率公式P=UI或I2R、U2/R，欲求電功率必須先求電流、電壓或電阻.其中電源電壓U、定值電阻阻值R1的求解是必要條件.

二、正確解題

數(shù)學(xué)和物理是相通的，借助數(shù)學(xué)可以有多種解法：

1.利用I-U關(guān)系

2.列方程組求解

題目中有兩個需要知道的物理量，而且它們都是定值，我們可以利用數(shù)學(xué)方法假設(shè)n個未知數(shù)，找到n個方程求解.

假設(shè)電源電壓為U，定值電阻為R，利用U=U1+U2列出兩個方程：滑片在A端U=1.2R①

滑片在B端U=0.3R+4.5 ②

由①②解得U=6V，R=5Ω.電功率的計算同上.

3.利用函數(shù)關(guān)系式

電功率的計算同上.

觸類旁通：如果電壓表接在定值電阻兩端，解法又有什么不同？

例2小剛用如圖2甲所示電路來探究電流與電壓的關(guān)系，電源電壓保持不變，R1是定值電阻，R2是滑動變阻器.閉合開關(guān)S，將滑動變阻器的滑片P從a端移至b端，電流表和電壓表的示數(shù)變化關(guān)系如圖2乙所示，由圖象可得，定值電阻R1的阻值是____Ω，電源電壓是____V，滑動變阻器的最大值為____Ω.實驗時，當(dāng)滑片P位于a端時，電路消耗的總功率是____W，此時，電阻R1在10min內(nèi)產(chǎn)生的熱量為____J.