电学典型错解分析

毕景涛

电学知识是整个初中物理的重点和中考必考内容之一,电学部分学习得如何,直接关系到物理中考的成败。电学部分的学习包括概念的理解、规律的把握等,如果基础不扎实,在求解电学习题时,就会出现一些错误。以下五种错误非常典型。

一、概念不清

例 将标有“220 V 100 W”的A灯和“220 V 60 W”的B灯串联后接到220 V的电路中,则关于两灯亮暗的下列判断正确的是()

①A灯比B灯亮

②B灯比A灯亮

③A、B两灯亮度相同

④条件不足,无法判断

错解 因A灯的功率比B灯的大,所以A灯亮。故选①。

解析 出现的错误的原因在于:第一,对灯泡的亮暗由什么因素决定不清楚。第二,对额定功率和实际功率的物理含义不清楚。

正确的分析过程为:灯的亮与暗取决于实际消耗功率的大小,A、B两灯串联接入电路,电流强度相同。由P=I2R可知,两灯实际功率的大小取决于灯泡的电阻。通过题目中的已知条件可求得B灯的电阻大,故B灯的实际功率大,选项②正确。

二、规律不清

例 有若干个电阻并联,设并联后的总电阻为R;如果将这些并联电阻中的某一个拆除,设新的电路并联总电阻为R′。则R与R′的大小关系为()

①R>R′ ②R

③R=R′ ④R与R′的关系无法确定

错解 拆除一个电阻后,因并联电阻的个数减少了,所以总电阻减小。故选①。

解析 本题解答错误的原因在于考生对电阻串并联的规律不清,主观臆断为电阻个数越多,并联阻值就越大。实际正好相反,正确选项为②。

三、公式适用范围、条件不清

例 一电动机的内阻为1 Ω,工作时流过电动机的电流强度为15 A,电动机的工作电压为380 V。试求电动机工作时,电动机线圈每分钟产生的电热为多少焦耳。

错解 Q=UIt=380 V×15 A×60 s=342 000 J

解析 Q=UIt是计算电功的公式,只有在电流做功全部转化为热能的电路中,电热才可以用上面的公式进行求解。

本题中,电流通过电动机做的功没有全部转化为电能,有一部分转化为电动机的机械能。因此,本题求电热不能套用电功公式,而必须由焦耳定律求解。即Q=I2Rt=(15 A)2×1 Ω×60 s=13 500 J。

四、电路连接关系不清

例 如图1所示,电源电压U=12 V,R=4 Ω,R=R=2 Ω,试确定S、S都闭合时电压表的读数。

错解 S、S都闭合时,电压表测的是R、R串联后两端的电压。三个电阻为串联关系,由部分电路欧姆定律有

I===1.5 A

所以电压表示数

U′=I(R+R)=1.5 A×(4 Ω+2 Ω)=9 V

解析 本题的解答错误在于对S、S都闭合后电路连接关系的判断上。S、S都闭合时R被短路不工作,电压表测的是R的工作电压。电路连接关系为R、R串联。正确解答如下:

I===2 A

电压表示数

U′=IR=2 A×4 Ω=8 V

五、电路工作状态不清

例 如图2所示,电阻R=R=6 Ω,L为“6V 6W”的小灯泡,电源电压36 V。试求开关闭合一段时间后,R上消耗的电功率。

错解 设R与灯L并联后总电阻为R′,并联后电压为U′。则

R===6 Ω

R′===3 Ω

又=,U′+U=36 V

所以U′=12 V

因此P===24 W

解析 本题解答错误的根源在于没有详细分析电路中小灯泡的工作状态。由错解可见,灯泡L两端的实际电压为12 V,远远超过其额定电压6 V,因此开关闭合后灯L将被烧坏。灯L烧坏后,电路中R和R的工作状态相应地发生了变化。正确解答如下(分析判断过程略):

因R=R,所以R上的实际电压为18 V。

故P===54 W。

在图3所示的电路中,电源电压为15 V且不变,滑动变阻器R2上标有“20 Ω 2 A”字样。闭合开关S后,电流表的示数为0.2 A,电压表的示数为2 V。求:

(1)滑动变阻器R2连入电路的阻值。

(2)电阻R1消耗的电功率P1。

(3)现有阻值为15 Ω和24 Ω的两个电阻,请从中选择一个来替换电阻R1。要求:在移动变阻器滑片P的过程中,使电流表和电压表的示数分别能达到某个量程的最大值,且电路能正常工作。

①应选择的电阻阻值为_________________Ω。

②满足上述要求时,变阻器R2连入电路的阻值范围是_______________________________________。