中學物理開放型電學問題的求解

■吳金國

開放型問題是指題目所給條件不確定、解題方法有多種、問題答案不唯一的一類創新型問題。物理是一門以實驗為基礎,以生產生活中的現象為研究對象的自然科學,因此物理中的力學、電學、磁學、光學、聲學等分支都存在大量的開放型試題,求解這類試題需要同學們既牢固掌握基礎知識,又具備極強的發散思維和創新能力。下面僅以兩道電學中開放型試題為例,探究求解物理開放型試題的思路方法,以供同學們參考。

例1如圖1 所示,R1=50Ω、R2=30Ω 的兩個電阻串聯在閉合電路中,請你任意補充一個條件,提出問題,然后解答。(至少選擇兩種解法,且每次補充不同類型的條件,提出不同的問題)

圖1

分析：本題條件開放,在補充條件時要注意便于計算。可以提出的問題多種多樣,比如假設電源電壓為20V,電源內阻為5Ω,求電路中的電流,求R1或R2兩端的電壓,求R1、R2的功率或電路消耗的總功率等；再如假設電阻R1兩端的電壓為5V,求電路中的電流,求R2兩端的電壓,求路端電壓,求電阻R1、R2消耗的功率等；又如假設電阻R1消耗的功率為5W,求電阻R2消耗的功率,求電路中的電流,求路端電壓等。

注意：若第一次補充電源為條件,則第二次就不要再補充電源了,否則就是同類型條件。

點評：這是一道要求補充條件的開放型試題,解題時要善于捕捉題目中的已知信息進行分析,通過補充一定的條件就能解答,補充提出的條件只要合理即可。

例2小明想測量一段電爐絲的阻值,在實驗室中找到了一個電動勢未知的學生電源(內阻不計)、一個量程合適的電壓表、一個最大阻值為20Ω 的滑動變阻器、一個開關,導線若干,請你利用現有這些器材,幫小明設計一個不移動電壓表就能測出這段電爐絲阻值的電路,畫出你設計的實驗電路圖。

分析：利用現有器材測電爐絲阻值,并保證在實驗過程中不移動電壓表是題目的具體要求,具有開放性,同學們可以采用多種設計思路完成測量。

圖2

方法一：設計的電路如圖2所示。先將滑動變阻器的滑片移至阻值最大的位置,閉合開關,讀出電壓表的示數為U1；然后將滑片移至阻值為0 的位置,讀出電壓表的示數為U。則,解得。

方法二：設計的電路如圖3所示。先將滑動變阻器的滑片移至阻值最大的位置,閉合開關,讀出電壓表的示數為U；然后將開關斷開,讀出電壓表的示數為U1。則,解得20Ω。

圖3

方法三：設計的電路如圖4所示。先將滑動變阻器的滑片移至阻值最大的位置,閉合開關,讀出電壓表的示數為U；然后斷開開關,讀出電壓表的示數為U1。則,解得·20Ω。

圖4

點評：本題是一道以實驗設計為背景的過程開放型試題,其設計方法有多種,在理解物理規律及原理的前提下,結合題目中給出的實驗器材等有價值的信息即可順利解答。這類試題主要考查學生的實驗探究能力、實驗步驟的設計及實驗現象的描述等能力。