初中物理電學計算題的解題“套路”

劉國正

【摘要】電學內容是初中物理中最重要的內容之一，是各地中考每年的必考題，常以計算題的形式出現.初中物理電學計算題的解題方法有一定的規律性，本文以例題的形式展示初中物理電學計算題解題的“套路”.

【關鍵詞】初中物理；電學；解題技巧

初中物理電學計算題以基本電路和生活情境為載體，以串聯、并聯電路的基本規律和歐姆定律為解題規則.本文通過例題尋找解決這類問題的基本方法.

1? 從基礎題中找解題思路

例1? 小新家使用的電飯鍋有加熱和保溫兩種擋位，其內部簡化電路如圖1所示.米飯煮熟后，開關S1自動斷開，同時開關S2自動閉合，指示燈亮，電飯鍋處于保溫狀態.電飯鍋加熱擋功率為1100W，R2的阻值為1075Ω.求：

（1）若米飯的比熱容c=4×103J/（kg·℃），電飯鍋將0.5kg米飯，從20℃加熱到100℃，米飯吸收的熱量是多少？

（2）加熱電阻R1的阻值是多少？

（3）若指示燈兩端的電壓為5V，通過R2的電流是多少？小燈泡的實際功率是多少？

解析? （1）米飯吸收的熱量

Q吸=cmt－t0=1.6×105J.

（2）加熱電阻R1的阻值

R1=U2P加熱=（220V）21100W=44Ω.

（3）電飯鍋處于保溫狀態時，電阻R2與小燈泡串聯，

R2兩端電壓U2=U－UL=220V－5V=215V，

通過R2的電流I2=U2R2=215V1075Ω=0.2A，

小燈泡的實際功率P=ULI2=5V×0.2A=1W.

2? 從創新題中找解題技巧

例2? 如圖2是利用磁場對通電導體的作用力提升重物的起重機簡易原理圖.用細繩ABC跨過定滑輪將力傳感器和地面上的物體連接，細繩通過力傳感器與金屬桿相連，當繩子拉直時AB水平、BC豎直.整個導軌置于磁場中，閉合開關時，金屬桿會受到向左的作用力F.已知物體重為4N，裝置的高度和導軌的長度足夠長，電源電壓可調，輕質金屬桿的電阻為2Ω，與水平金屬導軌接觸良好.不計金屬導軌的電阻及一切摩擦.閉合開關后，調節電源電壓為3V時，力傳感器示數為3N，物體保持靜止.

（1）求電流表示數；

（2）求地面對物體的支持力；

（3）當電源電壓為8V時，起重機吊起物體，穩定后物體勻速上升，電流表示數為2A.求勻速上升過程中起重機的效率.

解析? （1）電路中只有輕質金屬桿的電阻R接入電路，電路中的電流

I=UR=3V2Ω=1.5A.

（2）物體靜止，受力平衡，則地面的支持力

F支=G－F拉=4N－3N=1N.

（3）勻速上升過程，電能轉化為重物的機械能和金屬桿產生的內能，假設上升的時間為t，則消耗的電能W電=UIt=8V×2A×t=16W×t，

金屬桿產生的內能

Q=I2Rt=（2A）2×2Ω×t=8W×t，

獲得的機械能

W=W電－Q=16W×t－8W×t=8W×t，

起重機的效率

η=WW電=8W×t16W×t×100%=50%.

3? 從綜合題中找解題突破口

例3? 小明同學設計了一套測量壓力的模擬裝置，其工作原理如圖3所示，O為水平杠桿OAB的支點，OA長0.2m，OB長1m.物體對水平測試臺的壓力作用于觸點A，通過杠桿OAB、壓桿BC豎直作用在壓力傳感器上.電路電源電壓可調，定值電阻R0=10Ω，物體對測試臺的壓力大小通過電流表顯示.傳感器的電阻R隨壓力F變化的關系如圖4所示.當測試臺上放100N的物體時（測試臺、杠桿、壓桿的質量忽略不計）.求：

（1）壓力傳感器上受到壓桿BC的壓力；

（2）閉合開關S，電路中的電流I=0.4A，此時電源的電壓；

（3）改變電源電壓，電路中的電流變為0.3A.可以通過移動觸點A到A′位置（圖中未標出），使電流表示數從0.3A恢復到0.4A，計算調整后OA′的長度.

解析? （1）測試臺上放100N的物體時，即杠桿上A點受到的力為100N，根據杠桿平衡條件有

FA×OA=FB×OB，

代入數據可得杠桿上B點受到的力，

即FB=FA×OAOB=100N×0.2m1m=20N，

根據力的作用是相互的，可知壓力傳感器上受到壓桿BC的壓力是20N.

（2）閉合開關S，壓力傳感器R與R0串聯，而壓力傳感器上受到壓桿BC的壓力是20N，由圖4可知，壓力傳感器的阻值為20Ω，此時電路中的電流為0.4A，所以電源電壓

U=IR+R0=0.4A×20Ω+10Ω=12V.

（3）改變電源電壓，電路中的電流變為0.3A，所以改變后的電源電壓

U′=I′R+R0=0.3A×20Ω+10Ω=9V，

電流表示數從0.3A恢復到0.4A后，由歐姆定律可得電源電壓改變后的電路總電阻

R總=U′I=9V0.4A=22.5Ω，

此時壓力傳感器接入電路的阻值

R′=R總－R0=22.5Ω－10Ω=12.5Ω，

根據圖4，結合數學一次函數的知識可得壓力傳感器電阻R與壓力F的函數關系

R=－2.5F+70Ω，

將壓力傳感器電阻為12.5Ω，代入上式，可得此時壓力傳感器受到的壓力F=23N，

根據力的作用是相互的，可得電源電壓改變后，杠桿上B點受到的力為23N，結合題意根據杠桿平衡條件有FA×OA′=FB′×OB，代入相應數據可得調整后OA′的長度，

即OA′=FB′×OBFA=23N×1m100N=0.23m.

4? 結語

對于初中物理電學計算題，需要熟練掌握電學基本知識和公式，熟悉各種電路元件的符號和屬性，并根據題目要求靈活運用解題技巧.在解題過程中，要注意單位的換算和計算結果的準確性，規范解題過程.通過不斷地練習和實踐，可以提高解題能力和速度.

參考文獻：

［1］陳永葆.思維導圖在初中電學計算中的應用探微［J］.中學物理教學參考，2016，45（02）：59.

［2］孫俐萍.如何用方程法解初中物理電學計算題［J］.中學生數理化（教與學），2017（05）：93.