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初中物理电学部分极其重要,历届中考物理试卷中,电学内容的分数值大约为整个试卷的50%至60%。因此教师进行毕业总复习时,应该把行之有效的解题方法传授给学生,使他们步入电学知识的殿堂。下面我就浅略谈谈如何应用数学观察法解答电学综合题。
[例题一] 一家用电热煮水器有甲、乙两根电阻丝,甲通电6min或乙通电4min都可以将同一壶水烧开,那么甲、乙串联起来使用,烧开同一壶水所需的时间为多少min?并联起来烧开同一壶水需要的时间是多少min?
[解析一] 由于电热器在四种不同情况下都对同一壶水加热,将这壶水烧开。因此电热器放出的热量相等,即Q甲=Q乙=Q串=Q并。依据焦耳定律公式Q=I2Rt=U2/Rt,而家庭电路的电压U恒定,所以有;
0甲=U2/R甲t甲 ①
Q乙=U2/R乙t乙 ②
Q串=U2/(R甲 R乙)t串 ③
Q并=U2/(R甲十R乙)/(R甲R乙)t串 ④
学生即使得到了这四个方程式,也感到非常棘手,甚至做不下去。这时采用数学观察法仔细推敲一下,可以发现由①、②两式,能够消去参量u得R甲、R乙关系;把②、③两式结合起来,消去参量U,再利用R甲与R乙的关系,将R甲代替掉。这样就解得“。同样的道理,把②、④两式结合,将R甲代掉解得t串。有了正确的解题思路,不难得出t串=10min,t并=2.4min。
[解析二] 依据题中条件以及能量转化和守恒定律得:电流通过电热器所做的功W=Q甲=Q乙=Q串=Q并而W=Pt,P=U2/R,所以有:
W=P甲t甲=P乙t乙=P串t串=P并t并
P甲=U2/R甲,P乙=U2/R乙,P串=U2/R串,P并=U2/R并
这么多式子,要想理清思路得出答案,只有依靠数学观察法。应用观察法得到解题方法是:首先导出P串、P并分别与P甲、P乙的关系式,再推导出t串和t并分别与t甲、t乙的关系式。具体做法是:
∵P串=U2/R串=U2/(R甲/sub> R乙)
将R甲=U2/R甲,R乙=U2R乙代人上式中,整理后得:
P串=p甲P乙/(P甲 P乙) ①
同理将R甲=U2/P甲,R乙=U2/P乙代人P并=U2(R甲 R乙)/R甲R乙得:
P并=P甲 P乙
又因为P串=W/t串,P并=W/t并,P甲=W/t甲,P乙=W/t乙,把它们依次代到①、②
t串=t甲 t乙=10min
t并=t甲t乙/(t甲 t乙)=2.4min
[例题二] 如果将两个定值电阻R1和R2以某种方式连接起来,接入电路中时,电阻R1消耗的电功串是12W。如果将这两个电阻以另一种方式连接起来,接入原电路中,测得该电路中的总电流是9A,此时R1消耗的电功率为108W。求R1和R2的电阻各是多大?
[解析] 由于电阻凡两次分别接入同一电路中,凡第一次接入电路消耗的电功率与第二次消耗电功率相比,前者远小于后者。根据P=U2/R,可以判断出第一种连接方式是串联,第二种连接方式是并联。因此依据题中条件相串联、并联电路的性质得到如下方程组:
U2/R1=108
①
U2R1/(R1 R2)=12 ②
U/R1 U/R2=9
③
列出方程组后,运用数学观察法,比较分析这三个式子不难发现由①、②两式可消去参量U,得R1与R2关系,将其结果代入③得到它和U的联系,最后把u与电阻的联系代入①得到R1或者R2的阻值。计算过程如下:
由①÷②整理后得:
8R21-2R1R2-R22=0
解上式得4R1、-R2(不符合物理意义舍去),所以2R1=R2。将R2=2R1代人③解得U=6R1,再把U=6R1代人①得R1=3Ω,则R2=6Ω。
数学观察法应用于物理电学综合题中,能够达到拓宽解题思路,化繁为易,快速便捷地解答物理问题的功效。
[例题一] 一家用电热煮水器有甲、乙两根电阻丝,甲通电6min或乙通电4min都可以将同一壶水烧开,那么甲、乙串联起来使用,烧开同一壶水所需的时间为多少min?并联起来烧开同一壶水需要的时间是多少min?
[解析一] 由于电热器在四种不同情况下都对同一壶水加热,将这壶水烧开。因此电热器放出的热量相等,即Q甲=Q乙=Q串=Q并。依据焦耳定律公式Q=I2Rt=U2/Rt,而家庭电路的电压U恒定,所以有;
0甲=U2/R甲t甲 ①
Q乙=U2/R乙t乙 ②
Q串=U2/(R甲 R乙)t串 ③
Q并=U2/(R甲十R乙)/(R甲R乙)t串 ④
学生即使得到了这四个方程式,也感到非常棘手,甚至做不下去。这时采用数学观察法仔细推敲一下,可以发现由①、②两式,能够消去参量u得R甲、R乙关系;把②、③两式结合起来,消去参量U,再利用R甲与R乙的关系,将R甲代替掉。这样就解得“。同样的道理,把②、④两式结合,将R甲代掉解得t串。有了正确的解题思路,不难得出t串=10min,t并=2.4min。
[解析二] 依据题中条件以及能量转化和守恒定律得:电流通过电热器所做的功W=Q甲=Q乙=Q串=Q并而W=Pt,P=U2/R,所以有:
W=P甲t甲=P乙t乙=P串t串=P并t并
P甲=U2/R甲,P乙=U2/R乙,P串=U2/R串,P并=U2/R并
这么多式子,要想理清思路得出答案,只有依靠数学观察法。应用观察法得到解题方法是:首先导出P串、P并分别与P甲、P乙的关系式,再推导出t串和t并分别与t甲、t乙的关系式。具体做法是:
∵P串=U2/R串=U2/(R甲/sub> R乙)
将R甲=U2/R甲,R乙=U2R乙代人上式中,整理后得:
P串=p甲P乙/(P甲 P乙) ①
同理将R甲=U2/P甲,R乙=U2/P乙代人P并=U2(R甲 R乙)/R甲R乙得:
P并=P甲 P乙
又因为P串=W/t串,P并=W/t并,P甲=W/t甲,P乙=W/t乙,把它们依次代到①、②
t串=t甲 t乙=10min
t并=t甲t乙/(t甲 t乙)=2.4min
[例题二] 如果将两个定值电阻R1和R2以某种方式连接起来,接入电路中时,电阻R1消耗的电功串是12W。如果将这两个电阻以另一种方式连接起来,接入原电路中,测得该电路中的总电流是9A,此时R1消耗的电功率为108W。求R1和R2的电阻各是多大?
[解析] 由于电阻凡两次分别接入同一电路中,凡第一次接入电路消耗的电功率与第二次消耗电功率相比,前者远小于后者。根据P=U2/R,可以判断出第一种连接方式是串联,第二种连接方式是并联。因此依据题中条件相串联、并联电路的性质得到如下方程组:
U2/R1=108
①
U2R1/(R1 R2)=12 ②
U/R1 U/R2=9
③
列出方程组后,运用数学观察法,比较分析这三个式子不难发现由①、②两式可消去参量U,得R1与R2关系,将其结果代入③得到它和U的联系,最后把u与电阻的联系代入①得到R1或者R2的阻值。计算过程如下:
由①÷②整理后得:
8R21-2R1R2-R22=0
解上式得4R1、-R2(不符合物理意义舍去),所以2R1=R2。将R2=2R1代人③解得U=6R1,再把U=6R1代人①得R1=3Ω,则R2=6Ω。
数学观察法应用于物理电学综合题中,能够达到拓宽解题思路,化繁为易,快速便捷地解答物理问题的功效。