初中物理電學圖像問題例講

摘 要：電學圖像是初中物理知識，其涵蓋知識面廣、綜合性強，也是中考的熱門考點。在教學中，為提高學生解答電學圖像問題的能力，教師應做好常見電學圖像的匯總，講解相關習題的求解過程，指導學生更好地解題。文章例講U-I圖像、I-R圖像、I-U圖像、P-R圖像、P-U圖像、U-I圖像問題，以供參考。

關鍵詞：初中物理;電學圖像;問題;例講

中圖分類號：G424.79? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2097-1737（2022）21-0073-03

引? 言

解答電學圖像問題需要認真審題，理解題意，靈活運用所學知識進行破題。實踐表明，很多學生遇到電學圖像問題，一時難以找到突破口。針對這一現象，筆者結合自身授課經驗，對初中物理常見的電學圖像問題進行分門別類，展示相關習題的解題過程，這能給學生帶來良好的啟發，避免其在以后的解題中走彎路。

一、U-I圖像問題例講

相對來說，U-I圖像是初中物理電學圖像中較為容易的一類圖像。該類圖像中縱、橫坐標分別表示電壓、電流值。由R = U / I可知，圖線的傾角越大，對應的電阻值就越大。為使學生更好地掌握U-I圖像問題的解題思路，教師應注重與學生一起回顧歐姆定律，使學生牢固掌握歐姆定律的數學表達，能夠熟練地運用公式求解未知參數。

如圖1所示，1、2分別表示電阻R1、R2的U-I圖像，則以下說法正確的是（ ）。

A. R1

B. R1

C. R1>R2，兩電阻并聯后圖線在區域Ⅲ

D. R1>R2，兩電阻串聯后圖線在區域Ⅲ

習題結合U-I圖像，考查學生對電阻串聯與并聯知識的認識與理解。因此，解答該題需要學生充分挖掘圖像中的隱含條件，并注重運用控制變量法進行分析[1]。其中，構建歐姆定律與圖線的聯系是解題的關鍵。另外，學生還需要明白兩電阻并聯后的阻值與任意電阻值的大小關系。在課堂上，教師可要求學生進行推導。

圖1表示的是U-I圖像，由R = U / I可知，當電流大小相等時，電壓高的對應大電阻，則R1>R2。兩電阻串聯后的阻值會大于任意電阻，并聯后會小于任意電阻，所以在同一電壓下，電阻串聯對應的電流最小，對應區域Ⅲ，并聯對應的電流最大，對應區域Ⅰ。綜上分析，C項正確。

二、I-R圖像問題例講

I-R圖像在初中物理中較為常見。分析該圖像類問題仍需運用歐姆定律，由U = IR可知，圖像中I值與R值的乘積表示的是某電學元件兩端的電壓。認識到這一點后，學生還需要掌握電路圖分析知識，搞清楚要研究的電學元件與其他電學元件以及整個電路圖之間的關系，尤其明確電路圖中電壓表、電流表測量的是哪一個電學元件的電壓、電流。

例如，使用圖2（a）中的電路進行實驗，其中電源電壓恒為4.5V，更換5個定值電阻Rx，得到I-Rx的圖像，如圖2（b）所示，則（ ）。

A.實驗研究的是電流與電壓的關系

B.實驗中電壓表的示數2V保持不變

C.滑動變阻器的變化范圍為4～20Ω

D.將Rx從5Ω換成10Ω后，應左移滑片P

圖2（b）表示的是I-Rx的圖像，因此，實驗研究的是電流與電阻的關系。分別取圖2（b）中的點（5，0.5）、點（25，0.1），可知其乘積為2.5V保持不變。電壓表測量的是Rx兩端的電壓，保持2.5V不變，電源電壓恒為4.5V，則滑動變阻器兩端電壓為4.5V - 2.5V = 2V。電流表測量的是干路電流，因此，電流最大、最小分別對應滑動變阻器的最小、最大阻值，最小阻值為2V / 0.5A = 4Ω，最大阻值為2V / 0.1A = 10Ω。將Rx從5Ω換成10Ω后，分得的電壓增大，因此，要想保持電壓不變，應將滑片右移。綜上分析，C項正確。

三、I-U圖像問題例講

I-U圖像與U-I圖像不同，其縱軸表示電流值，橫軸表示電壓值。由R = U / I可知，1/R = I/U，因此圖線的傾角越大，對應的R的阻值越小，這一點應和U-I圖像區分開。另外，為使學生掌握該類問題的分析思路，遇到相關問題能夠迅速破題，教師應在講解相關例題的基礎上，要求學生做好課堂總結，使其認識到解答該類問題需要結合電路圖，靈活運用上述結論。

如圖3（a）所示，保持電路的電壓不變，在將開關S閉合，將滑動變阻器滑片P從右端滑到左端的過程中，R1、R2的I-U關系圖像如圖3（b）所示，則（ ）。

A.圖線A是電阻R1的I-U關系圖像

B.電源電壓為18V

C. R1的阻值為18Ω

D.滑動變阻器R2的最大阻值為30Ω

該問題涉及的電路圖較為復雜，分析時應明確電表的作用，抓住變與不變的量，而后結合圖像進行分析。為提高學生的聽課滿意度，教師可圍繞相關問題與學生互動，指引其盡快找到解題思路[2]。

電壓表V1、V2分別測量R1、R2兩端電壓，電源電壓保持不變，當滑動變阻器滑片P從右向左滑動的過程中，電路中的電阻變小，電流變大，V1的示數變大，V2的示數變小，因此，A、B分別表示的是R2、R1的I-U關系圖像。兩電壓表示數之和與電源電壓相等，當R1的電壓為4V時，由圖線A可知，此時R2的電壓為14V，則電源電壓為18V。R1的大小不變，在圖線B中取點（4，0.2），則其阻值大小為4V / 0.2A = 20Ω。R2的電流最小時，阻值達到最大，由圖線A可知，其最小電流為0.2A，此時的電壓為14V，則阻值為14V / 0.2A=70Ω。綜上分析，B項正確。

四、P-R圖像問題例講

初中物理學習中有時會遇到P-R圖像。初中階段有關電功率的計算公式有P = UI，P = I2R，解答P-R圖像問題需要搞清楚兩個計算公式的區別以及適用的物理情境。其中，前者適用范圍較廣，而后者主要用于求解純電阻的電功率。不僅如此，解題時還需要將其和歐姆定律聯系起來，結合圖像中給出的特殊點加以突破。

如圖4（a）所示，電源電壓恒為6V，滑動變阻器R2的最大阻值為20Ω。閉合開關后，滑動變阻器的功率與其接入電路電阻的P-R圖像如圖4（b）所示，則R1和圖中P0的值分別為（ ）。

A.10Ω、0.6W B.10Ω、0.8W

C.20Ω、0.6W D.20Ω、0.8W

電路中的電阻為純電阻，P = I2R，取圖線的最高點，可知0.9W = I2×10Ω，則I = 0.3A，此時其兩端的電壓U = IR = 0.3A×10Ω=3V，而電源電壓恒為6V，則此時R1上的電壓為3V，R1的阻值為3V / 0.3A =

10Ω。當R2的阻值為5Ω時，對應的電流為6V /

（10Ω + 5Ω） = 0.4A，則對應的功率P = 0.4A×0.4A×

5Ω=0.8W。綜上分析，B項正確。

五、P-U圖像問題例講

在解答初中物理有關P-U圖像問題時，學生應認真分析給出的電路圖，搞清楚各電器元件之間的串并聯關系，充分利用圖像中給出的參數，靈活運用歐姆定律相關知識，求解未知參數。

如圖5（a）所示，電路圖中的電源電壓保持不變，R1為定值電阻，將開關閉合后，將滑動變阻器R2的滑片從b端向a端滑動，R2消耗的電功率和其兩端電壓的關系如圖5（b）所示，則以下說法錯誤的是（ ）。

A.電流表的變化范圍為0.1～0.6A

B. R2的最大阻值為50Ω

C.電路消耗的最大電功率為3.6W

D. R1的阻值為10Ω，電源電壓為10V

圖5（b）表明，當R2兩端電壓分別為2V、5V時對應的電功率為0.8W、0.5W，由I = P / U可知，對應的電流分別為0.4A、0.1A。圖5（a）表明，兩個電阻是串聯關系，則電源電壓U = IR1 + UR2，U = 0.4A×R1 + 2V，U = 0.1A×R1 + 5V，解得U = 6V，R1 = 10Ω。R2最大阻值對應滑片在a端，此時電路中的電流為0.1A，電壓為5V，則R1 = 5V / 0.1A = 50Ω。當滑片在b端時，電路中的電流達到最大為6V / 10Ω = 0.6A，因此，電流表的變化范圍為0.1～0.6A。由P = UI可知，要想電路消耗的功率最大，則對應電路中的電流應最大，此時P = 6V×0.6A = 3.6W。綜上分析，D項說法錯誤。

六、U-I圖像問題例講

U-I圖像在初中物理中不常見。該類問題難度較大，不僅需要掌握相關電路圖的基礎知識，還需要充分理解所學知識的本質，搞清楚參數變化的內在聯系。

在如圖6（a）所示的電路中，電源電壓12V始終不變，改變滑動變阻器滑片P的位置，電表示數會發生相應的變化。其中，V1、V2兩電壓表示數變化量U和電流表示數變化量I之間的關系如圖6（b）中的①②直線，則（ ）。

A. R0=10Ω，R2=20Ω

B.電流表從0.1A增大到0.2A時，R0電功率變化為0.6W

C.電流表為0.1A，R1消耗的電功率為0.9W

D.向右滑動P時，兩電壓表示數均增大

由電路圖6（a）可知，V1測量的是R2、R1的電壓之和，V2測量的是R2兩端電壓，電源電壓保持不變，所以U2 =IR2，R0兩端電壓的變化量U0 =U1 =IR0。由圖6（b）可知，取I = 0.1A時，U1 = 2V，U2 = 1V，則R0 =U1 /I = 2V / 0.1A = 20Ω，R2 =U2 /I = 1V / 0.1A = 10Ω;電流表示數從0.1A增大到0.2A時，由電功率計算公式可知，R0電功率變化為（I22-I12）R0 = 0.03×20 = 0.6W;電流表測量的是干路電流，當其電流為0.1A時，則電路中的總電阻R = 12V / 0.1A = 120Ω，所以R1對應的阻值為R - R0 - R1 = 120Ω - 20Ω - 10Ω = 90Ω，R1消耗的電功率為0.1A×0.1A×90Ω = 0.9W。向右滑動P時，電路中的電阻增大，電流減小，R0分壓減小。因此，V1示數增大，V2示數減小。綜上分析，B、C兩項正確。

結? 語

電學圖像在初中物理中占有重要地位，其相關問題對學生分析問題的能力有一定要求。為使學生更好地突破該類問題，教師應為學生深入講解相關知識，幫助其構建系統的知識網絡，并做好例題的優選與精講，使學生掌握不同電學圖像的突破思路，促進其解題能力的進一步提升。

[參考文獻]

王德文.初中物理電學常見題型例析[J].中學課程輔導（教師通訊），2021（12）：84-85.

張彥梅.淺析初中物理電學中的動態電路[J].課程教材教學研究（中教研究），2021（Z1）：67-70.

作者簡介：李明科（1977.11-），男，福建龍巖人，

任教于福建省連城縣第三中學，中學一級教師，本科學歷。