初中物理电学计算题的解题“套路”

刘国正

【摘要】电学内容是初中物理中最重要的内容之一，是各地中考每年的必考题，常以计算题的形式出现.初中物理电学计算题的解题方法有一定的规律性，本文以例题的形式展示初中物理电学计算题解题的“套路”.

【关键词】初中物理；电学；解题技巧

初中物理电学计算题以基本电路和生活情境为载体，以串联、并联电路的基本规律和欧姆定律为解题规则.本文通过例题寻找解决这类问题的基本方法.

1  从基础题中找解题思路

例1  小新家使用的电饭锅有加热和保温两种挡位，其内部简化电路如图1所示.米饭煮熟后，开关S1自动断开，同时开关S2自动闭合，指示灯亮，电饭锅处于保温状态.电饭锅加热挡功率为1100W，R2的阻值为1075Ω.求：

（1）若米饭的比热容c=4×103J/（kg·℃），电饭锅将0.5kg米饭，从20℃加热到100℃，米饭吸收的热量是多少？

（2）加热电阻R1的阻值是多少？

（3）若指示灯两端的电压为5V，通过R2的电流是多少？小灯泡的实际功率是多少？

解析  （1）米饭吸收的热量

Q吸=cmt－t0=1.6×105J.

（2）加热电阻R1的阻值

R1=U2P加热=（220V）21100W=44Ω.

（3）电饭锅处于保温状态时，电阻R2与小灯泡串联，

R2两端电压U2=U－UL=220V－5V=215V，

通過R2的电流I2=U2R2=215V1075Ω=0.2A，

小灯泡的实际功率P=ULI2=5V×0.2A=1W.

2  从创新题中找解题技巧

例2  如图2是利用磁场对通电导体的作用力提升重物的起重机简易原理图.用细绳ABC跨过定滑轮将力传感器和地面上的物体连接，细绳通过力传感器与金属杆相连，当绳子拉直时AB水平、BC竖直.整个导轨置于磁场中，闭合开关时，金属杆会受到向左的作用力F.已知物体重为4N，装置的高度和导轨的长度足够长，电源电压可调，轻质金属杆的电阻为2Ω，与水平金属导轨接触良好.不计金属导轨的电阻及一切摩擦.闭合开关后，调节电源电压为3V时，力传感器示数为3N，物体保持静止.

（1）求电流表示数；

（2）求地面对物体的支持力；

（3）当电源电压为8V时，起重机吊起物体，稳定后物体匀速上升，电流表示数为2A.求匀速上升过程中起重机的效率.

解析  （1）电路中只有轻质金属杆的电阻R接入电路，电路中的电流

I=UR=3V2Ω=1.5A.

（2）物体静止，受力平衡，则地面的支持力

F支=G－F拉=4N－3N=1N.

（3）匀速上升过程，电能转化为重物的机械能和金属杆产生的内能，假设上升的时间为t，则消耗的电能W电=UIt=8V×2A×t=16W×t，

金属杆产生的内能

Q=I2Rt=（2A）2×2Ω×t=8W×t，

获得的机械能

W=W电－Q=16W×t－8W×t=8W×t，

起重机的效率

η=WW电=8W×t16W×t×100%=50%.

3  从综合题中找解题突破口

例3  小明同学设计了一套测量压力的模拟装置，其工作原理如图3所示，O为水平杠杆OAB的支点，OA长0.2m，OB长1m.物体对水平测试台的压力作用于触点A，通过杠杆OAB、压杆BC竖直作用在压力传感器上.电路电源电压可调，定值电阻R0=10Ω，物体对测试台的压力大小通过电流表显示.传感器的电阻R随压力F变化的关系如图4所示.当测试台上放100N的物体时（测试台、杠杆、压杆的质量忽略不计）.求：

（1）压力传感器上受到压杆BC的压力；

（2）闭合开关S，电路中的电流I=0.4A，此时电源的电压；

（3）改变电源电压，电路中的电流变为0.3A.可以通过移动触点A到A′位置（图中未标出），使电流表示数从0.3A恢复到0.4A，计算调整后OA′的长度.

解析  （1）测试台上放100N的物体时，即杠杆上A点受到的力为100N，根据杠杆平衡条件有

FA×OA=FB×OB，

代入数据可得杠杆上B点受到的力，

即FB=FA×OAOB=100N×0.2m1m=20N，

根据力的作用是相互的，可知压力传感器上受到压杆BC的压力是20N.

（2）闭合开关S，压力传感器R与R0串联，而压力传感器上受到压杆BC的压力是20N，由图4可知，压力传感器的阻值为20Ω，此时电路中的电流为0.4A，所以电源电压

U=IR+R0=0.4A×20Ω+10Ω=12V.

（3）改变电源电压，电路中的电流变为0.3A，所以改变后的电源电压

U′=I′R+R0=0.3A×20Ω+10Ω=9V，

电流表示数从0.3A恢复到0.4A后，由欧姆定律可得电源电压改变后的电路总电阻

R总=U′I=9V0.4A=22.5Ω，

此时压力传感器接入电路的阻值

R′=R总－R0=22.5Ω－10Ω=12.5Ω，

根据图4，结合数学一次函数的知识可得压力传感器电阻R与压力F的函数关系

R=－2.5F+70Ω，

将压力传感器电阻为12.5Ω，代入上式，可得此时压力传感器受到的压力F=23N，

根据力的作用是相互的，可得电源电压改变后，杠杆上B点受到的力为23N，结合题意根据杠杆平衡条件有FA×OA′=FB′×OB，代入相应数据可得调整后OA′的长度，

即OA′=FB′×OBFA=23N×1m100N=0.23m.

4  结语

对于初中物理电学计算题，需要熟练掌握电学基本知识和公式，熟悉各种电路元件的符号和属性，并根据题目要求灵活运用解题技巧.在解题过程中，要注意单位的换算和计算结果的准确性，规范解题过程.通过不断地练习和实践，可以提高解题能力和速度.

参考文献：

［1］陈永葆.思维导图在初中电学计算中的应用探微［J］.中学物理教学参考，2016，45（02）：59.

［2］孙俐萍.如何用方程法解初中物理电学计算题［J］.中学生数理化（教与学），2017（05）：93.