初中物理电学计算解题方法探析

杨晓晖

(江苏省海门市实验初级中学 226100)

电学计算题具有较强的综合性，既是对学生电学概念的考查，也是对学生知识原理综合运用能力的检验，要求学生在学习知识原理之后进行综合分析与逻辑思辨.对于初中生而言，他们正处于形象思维能力向逻辑思维能力过渡的关键时期，在理解电学计算原理与方法时存在较大的难度.因此，在教学过程中，教师要准确把握学生的学习状态，科学设计计算练习帮助学生掌握解题思路与方法，提高学生电学计算题的正确率，提高学生的学习兴趣.

在苏教版初中物理教材中，涉及到的电学计算主要可以分为两类：静态电路计算和动态电路计算.静态电路的计算相对简单，只需辨析题目中的关键物理量，套用公式进行计算即可；动态电路重在“动”字，要求学生能根据不同的电路状态采用合适的方法进行求解，常见的变化产生原因有开关变化、滑动变阻器移动以及电路的安全值计算.

一、初中电学计算知识基础

初中电学内容丰富，但总结下来可以归纳为“两大电路”与“四大公式”，即初中物理的电学规律紧紧围绕“串联”与“并联”两大电路类型展开，计算题中常见题涵盖了欧姆定律计算、电功计算、电功率计算以及焦耳热计算.

1.两大电路

(1)串联电路基本规律 假设两电阻R1与R2串联，那么在整条串联电路中，电流处处相等，即I=I1=I2；电源电压等于两块电阻两端电压之和，即U=U1+U2；电路总电阻等于电阻R1与R2阻值之和，即R=R1+R2；电路消耗的总功率等于两块电阻的功率之和，即P=P1+P2；电功之和等于两块电阻所做电功之和，即W=W1+W2.

(2)并联电路基本规律 假设两电阻R1与R2并联，那么在整条并联电路中，干路的电流值等于支路电流之和，即I=I1+I2；电路总电压等于各支路两端的电压，即U=U1=U2；等效电阻的倒数等于两块电阻阻值倒数之和，即1/R=1/R1+1/R2；电路消耗的功率等于两电阻功率之和，即P=P1+P2；电功之和等于两块电阻所做电功之和，即W=W1+W2.

2.四大公式

(1)欧姆定律I=U/R或R=U/I或U=IR

(2)电功W=Pt=UIt=I2Rt=(U2/R)t

3.电功率

P=W/t=UI=I2R=U2/R

4.焦耳定律

Q=I2Rt

二、电学计算解题技巧

计算题是检验学生是否掌握电学规律的重要参考，在掌握好电路分析、概念公式的基础上，计算题并不难.电路运算都是基于U、I、R三个物理量之间的关系的，因此，在解决电路计算题时，首先解读电路构成，选用合适的串联或并联关系，在此基础上选用合适的计算式就可以得出正确的结果.下面以具体的练习为例进行说明.

1.简单静态电路问题

例如图1所示，电阻R1的阻值为10Ω，电压表示数为6V，电源电压值为9V，请求解电阻R2的阻值.

解这是一道简单的串联电路问题，用到的就是串联电路的基本规律.因为U=9V，U2=6V,所以U1=U-U2=9V-6V=3V.又因为U1=3V，R1=10Ω,所以I1=U1/R1=3V/10Ω=0.3A,由题可知U2=6V，I2=I1=0.3A,所以R2=U2/I2=6V/0.3A=20Ω.

2.电路开闭问题

电路开闭问题，即开关变化引起的动态电路问题.解决这一问题的方法就是从电路的初始状态出发，分析开关变化所引起的电路变化.

例如图2所示，灯泡参数为“6V 3W”，电源电压为9V，电阻R2的阻值为12Ω.只有在开关S1闭合而开关S2断开时，小灯泡才能正常发光.试计算：

(1)电阻R1的阻值.

(2)当只闭合开关S2时，灯泡的功率为多少？

解本题的特征是开关引起的电路变化，在解题时，要重点关注“6V 3W”这一信息，弄清楚这一条件代表的含义，在解题过程中要抓住可变电路的特点，同时要注意欧姆定律的同时性.解题过程如下：

若只闭合开关S1，等效电路如图3所示.因为灯泡此时恰好能正常发光，可得UL=U额=6V,PL=P额=3W.因此IL=I额=P额/U额=3W/6V=0.5A,RL=U额/I额=6V/0.5A=12Ω.

又因为U=9V，UL=6V,可得UR1=U-UL=3V.因为IR1=IL=0.5A,所以R1=UR1/IR1=3V/0.5A=6Ω.

若只闭合开关S2，等效电路如图4所示.

3.滑动变阻器的可变电路计算

例如图5所示，电阻R1的阻值为20Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为80Ω，电源电压值为6V.若滑动变阻器的滑片P由最左端滑到最右端，电压表的读数由6V减小为1.2V，试求解电流表的示数变化以及P位于最右端时串联电路的总电阻.

解当滑片P在最左端时，滑动变阻器连入电路的阻值为0，即电路中只连有R1，可得U1=U=6V，I=U1/R1=6V/20Ω=0.3A.当滑片P在最右端时，滑动变阻器连入电路的阻值为80Ω，即R1与R2串联，可得I=I1=U1/R1=1.2V/20Ω=0.6A，R=R1+R2=20Ω+80Ω=100Ω.

综上所述，初中电学计算题常涵盖动态分析、图像解题、函数方程等思想方法.在解决电路问题时，教师要提醒学生注意电路的构成及变化，审清题目图像中的隐性信息，注意把握物理量与计算公式的联系，引导学生多角度看待问题，培养学生的思维能力与电路应用能力.