初中物理電學綜合計算題解題策略和實踐探究

摘 要：本文從題目解構、解題策略和課堂教學實踐三個方面，結合筆者的教學實踐，闡述了初中物理電學綜合計算題的審題、解題的技巧和有效課堂教學的組織.

關鍵詞：初中物理;電學綜合;計算題;解題策略

中圖分類號：G632 ? 文獻標識碼：A ? 文章編號：1008-0333（2022）08-0098-03

收稿日期：2021-12-15

作者簡介：李劍（1977.9-），男，廣西南寧人，本科，中學高級教師，從事初中物理教學研究.

初中物理電學綜合計算題的解題是培養科學思維、提升知識應用能力的方式.“雙減”背景下，如何在有限的時間內，高質量地完成知識的傳授和內化的關鍵在于習題的設計、解構和有效習題教學.有效的習題課教學能夠幫助初中生較好地理解課堂所學的物理概念、規律和公式，從而內化物理知識，能夠將物理的理論和實際生活相練習，從而找到解決實際問題的方法提升學習興趣.

1 解題過程

1.1 解構思路

首先圈關鍵詞，快速瀏覽尋找題目的關鍵詞，初步了解考查的范圍、隱藏條件;其次分類列已知，據考查范圍涉及的概念、規律或計算公式，將已知條件分類放置在指定位置，列出與一致關聯的公式，然后化動為靜，對動態電路（一類是開關通斷引起的電路變化，一類是變阻器滑片的調節引起的電路變化）進行分析，在動態調節電路時，分析電路中的電流電壓的變化情況，找到安全條件下的極值，完成對應靜態電路的條件，在圖中標出已知與所求，尋找解題的正確軌跡;最后，利用電路圖將建構，最后建立解題模式.

案例“2021年廣西北部灣物理中考試題第29題”：學校利用過氧乙酸對教室內的空氣進行熏蒸消毒.某學習小組為了測量教室空氣中過氧乙酸氣體的濃度，設計了如圖1甲所示的檢測儀.已知電源電壓為6V，定值電阻R0標有“2.5Ω 0.4A”字樣，過氧乙酸氣體傳感器Rt的阻值隨過氧乙酸氣體濃度ρ的變化關系如圖乙所示.電壓表的量程為0～3V，電壓表不同的示數對應不同的過氧乙酸氣體濃度，請通過計算說明：

（1）按要求，ρ>0.1g/m3才能達到消毒要求.當電壓表的示數為0.75V時，教室內過氧乙酸氣體的濃度是否達到消毒要求;

（2）若該檢測儀處在所能測量的最大ρ值狀態下工作了500s，電路消耗的電功率及R0消耗的電能;

（3）若檢測儀所能測量的最大ρ值調整為0.45g/m3，此時電壓表指針剛好偏轉到最大刻度，則需重新選用哪種規格的定值電阻.

首先，圈出關鍵詞電阻電壓、定值電阻、Rt的阻值隨過濃度ρ的變化關系，同時找出如圖甲所示的隱藏條件Rt與R0串聯，電壓表測R0兩端的電壓等;其次，列出串聯電路的電壓、電阻、電流規律以及歐姆定律I=UR、電功率=UI和電能W=UIt的計算公式;然后，化動為靜，題目的第二問先根據圖乙分析得出檢測儀處在所能測量的最大ρ值狀態，過氧乙酸傳感器的電阻最小，圖甲中動態分析得出傳感器的電阻減小過程中，電路電流增大，電壓表的示數增加，從而在“保安全取小值”的策略分析得出，濃度最大時即為電路中的電流為0.4A的時候，從而得出此時的靜態電路，如圖2所示;最后在電路圖中，利用電路的規律和公式解題流程建構如圖3所示.

1.2 規范答題

計算題的解答過程需要物理的語言準確表述.一般規范解答的要求是要有必要的文字表述描述電路狀態，例如電路的連接方式和儀表測量的對象、動態電路分析后所界定的靜態電路情況以及表示出隱藏條件的挖掘;在求解問題時，除列出所求問題的表達式外還需要列出這表達式的原始公式;在求解過程中務必要帶單位運算，且運算結果要注明單位.

2 解題策略

2.1 簡化電路

在電路圖中將閉合的開關當導線、將斷開的開關當斷路抹去;將電流表當導線、將電壓表當斷路抹去.例如：圖4所示電路，當開關S、S1、S2閉合，S3斷開時，電路簡化為如圖5所示.

2.2 計算過程

對于靜態電路求解步驟如下：第一步在簡化圖中標出已知條件和所求;第二步列出電路的規律和基本公式（歐姆定律I=UR和P=UI）;第三步根據電路規律和基本公式知二求一;第四步在第三步進行不下去時注意等量規律（例如電源電壓不變）在解題中的應用.

案例 1.如圖6所示的電路中，電源電壓為9V且保持不變，電流表量程為0～0.6A，R1為滑動變阻器，燈泡L標有“6V 3.6W”字樣（忽略燈泡電阻的變化），定值電阻R2的阻值為30Ω.求：

（1）燈泡的電阻;

（2）當開關S1、S2和S3都閉合時，滑動變阻器R1消耗的最大功率;

（3）若更換電源且電源電壓恒定，當S1和S2都斷開，S3閉合時，調節滑動變阻器R1使電流表示數為0.5A;保持滑動變阻器R1的阻值不變，當S1閉合，S2和S3都斷開時，電壓表示數為2.5V，則此時的電源電壓？

初中物理電學綜合計算題解題難點的突破主要還是看習題課的講授質量，教學流程與組織是關鍵的核心環節.

在習題課的教學中，可以采用戴啟猛的“四度六步”教學法.為創造更加精彩的課堂，教師以追求 “四度” （ 有溫度、有梯度、有深度和有寬度） 課堂為教學主張，依照 “溫故” （ 復習提問，溫故孕新） 、 “引新” （ 創設情境，引入課題） 、“探究”（ 合作探究，活動領悟） 、“變式”（ 師生互動，變式深化） 、“嘗試” （ 嘗試練習，鞏固提高） 、“提升”（ 適時小結，興趣延伸） 的實踐架構設計和組織課堂教學.

通過教師的精準診斷與反饋，找出學生突破的難點，有效介入;最后為小結，將解題思路流程化和程序化，同時提供變式訓練科學思維.

參考文獻：

[1] 戴啟猛.基于初中數學“四度六步”教學法的理論基礎與實踐架構[J].中小學課堂教學研究，2020（03）：22-26+39.