关于武汉中考物理题中多档位电路的一节复习课教学

黄坤　黄萍

纵观近几年武汉市调研考试和中考物理试题，家用电器的多档位电路问题备受命题者青睐。命题的类型主要涉及计算题综合，学生在这类电学问题中的困难主要是电路中档位的判定和分析。而这类电路问题的核心就是找出电路电功率和档位的对应关系。本文通过笔者在实际教学中，通过自制实验器材演示实验效果，将这一难点逐渐分散成不同层次的教学目标和过程，逐步达成突破难点的目的。

近几年武汉市物理调考试题和中考试题中，所考查的知识点有电路电功率、串并联电路、电热的综合计算、家用电器的多档位问题等，试题能够全面考查学生所学知识的综合运用、分析以及计算能力。而很多学生在初次接触多档位电路问题时，就会犯糊涂，不知道如何分析及判定电路中的各档位。笔者在实际教学过程中，对使用自制白炽灯电路板的实验器材进行引入和分析，对学生突破和理解这一难点起到了很好的作用。

图1为自制的实验电路板，在实验电路板上预先安装好6个白炽灯灯座，分别设计为4种不同的连接连接方式：L1单独接入、L2单独接入、L1与L2串联、L1与L2并联，分别由4个插头外接家用插座板。选用了两种不同规格的灯泡，分别是PZ-220 V 100 W和PZ-220 V 25 W。将前者标记为灯泡L1，后者标记为灯泡L2。

在教学过程中，笔者首先是通过问题引入：观察一个实验，先将电功率较大的灯泡单独接入220 V电路中，观察灯泡亮度；两个不同规格灯泡串联接入220 V电路，观察灯泡亮度。提出问题：为什么一个灯泡亮，另一个灯泡不亮？（学生可讨论）

通过学生讨论，教师引导可以得出决定灯泡亮度的是灯泡的实际电功率。而本节课就是要围绕电路的实际电功率来展开。继续提出我们所研究的问题：为什么灯泡L1第一次接入时可以亮，而第二次接入时不亮，同一个灯泡前后两次的明暗程度为什么不同？

是因为两次电路中灯泡L1的实际电功率不同，决定了其明暗程度。那么能不能计算出来，到底两次电路中灯泡L1的实际电功率是多少呢？可以通过如下例题展开。

例1：将标有“220 V 100 W”灯泡L1和“220 V 25 W”的灯泡L2串联接入电压为220 V的电路中，求：

（1）两个灯泡的实际功率为多少？哪个灯泡更亮？

（2）当灯泡L1单独接入220 V电路中，此时实际功率为多少？与（1）中灯泡L1接入电路的亮度比较情况如何？（不考虑温度对电阻的影响）

通过计算分析得出：灯泡L1单独在220 V电路中工作时，L1的实际电功率即为其额定电功率100 W；当L1和L2串联接入220 V电路中时，可以通过以下计算粗略得出：

结合定量的计算分析，我们可以明确在电路中，灯泡的亮度与灯泡的实际电功率有关系，当灯泡的实际电功率越大，灯泡对应的亮度就越高，而如果我们将灯泡的亮度用明暗程度来进行表述，就可以进行更深一层次的挖掘和突破。

情境创设：如果将我们刚才学习的电路的明暗程度设定为最暗、亮、较亮、最亮等不同的描述，那么我们以此来设计一下电路。

提出问题：如果有两个灯泡L1（标有“220 V 100 W”）、L2（标有“220 V 25 W”）可以供选用，最多可以设计出几种不同亮度的电路呢？分别画出这些电路图。学生联系刚刚学习过的实物电路，自然而然就可以想到，可以画出4种不同的电路，分别对应的电路如图2所示。

电路能够分析清楚了，接下来我们再来想一想，如果要大家来判断图2中左边两个电路的明暗程度，请问谁亮、谁暗？

同样的，如果让大家来判断图4中右边两个电路的明暗程度，请问谁亮？谁暗？

其实到这里，学生就已经比较明确了，电路的明暗程度就是要计算对应电路的电功率。我们仍然可以通过下面的电功率计算并比较得出电路的明暗程度：

所以可以得出两个电路中电功率的大小关系为：P>P′，即L1电路的明暗程度为亮，L2电路的明暗程度为暗。这里的亮和暗就分别对应着这里的两种不同电路，那么，我们能不能想一个办法，将这两个电路设计为同一电路中呢？这里我们就可以故作神秘的告诉学生，有一个很神奇的“电学神器”——单刀双掷开关。

如图3所示，可以很顺利的给出单刀双掷开关对应的两个档位分别为亮档位和暗档位。由定量的计算辅助实验来进行突破。同样的接下来可以让学生来进行判定，下面的两个电路的明暗程度，也可以通过单刀双掷开关进行设计。

两个电路中电功率的大小关系为：P串

讲清楚了这些，学生也就对多档位问题有所了解了，现在就可以更进一步将刚才所列举的4种电路进行综合分析，并进行了档位的判定。

延伸拓展：如果将电路的明暗程度按照由暗到明的顺序记为1、2、3、4档，1档最暗，4档最亮，图5为设计的4档位亮度的电路，请你分别找出与之相对应的档位。不妨通过下面构建物理问题情境开始入手。

问题1：当电源电压为220 V时，开关S可以分别接4个档位a、b、c、d，请分别指出对应电路的明暗程度中为哪个档位？（请正确填入“1”、“2”、“3”或“4”）

S接a时，电路整体亮度为档；

S接b时，电路整体亮度为档；

S接c时，电路整体亮度为档；

S接d时，电路整体亮度为档。

问题2：请完成结果记录表，见表1。

总结归纳：档位问题的区分主要是比较电路的电功率。在电路电压不变时，电路的功率由电路的电阻确定，电路电阻最小时，电路功率最大；电路电阻最大时，电路功率最小。

反馈练习：湖北省武汉市某小学的学生发明的电热课椅获得了国家专利。有一种电热课椅主要由坐垫和脚踏组成，它

的电路示意图如图6所示。坐垫内的电热丝R1、R2的阻值分别为260 Ω、150 Ω，脚踏内的电热丝R3的阻值为400 Ω。闭合开关S1，调节开关S2，可以使脚踏分别处于“低温档”、“中温档”、“高温档”（不考虑温度的变化对电阻的影响）。请通过计算，分别判定开关的通断情况与3个档位的对应关系。

通过对多档位电路的难点分层突破，借用家用白炽灯的实际明亮程度，巧妙地融入电功率的计算和分析，将多档位电路由分到合层层递进，最后通过简单电路的综合分析和判断，解决了实际教学和考试复习中多档位电路的综合应用问题。