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方法是解决物理问题的钥匙。物理思想方法是在一定的物理知识基础上形成的,反过来又对理解、掌握、运用物理知识起到促进、深化、指导的作用。在初中电学中,经常用到的思想方法主要有控制变量法、图象法、等效替代法等方法,现例举典例分析如下。
1控制变量法
物理学中研究一个物理量与多个因素的关系时,常采用的方法是只改变其中的一个因素,而保持其他的因素不变,从而确定这个因素是否影响我们所要研究的物理量。这种方法就是控制变量法。
例如,在探究决定电阻大小的因素的实验中,在探究电流与电压的关系、电流与电阻的关系的实验中,在探究电流通过导体时产生的热量跟什么因素有关的实验中,都用到了控制变量法。
例1(咸宁中考)用如图1所示的实验电路来“探究——影响电阻大小的因素”,电路中a、b、c、d是四种不同的金属丝。
编号材料长度(m)横截面积(m2)①镍铬合金0。80。8②镍铬合金0。50。5③镍铬合金0。30。5④镍铬合金0。31.0⑤康铜合金0。30。5⑥康铜合金0。80。8现有几根镍铬合金丝和康铜合金丝,其规格如上表所示。为了便于探究和分析,实验中要利用控制变量法,要求都相对金属丝a 进行比较,因此电路图中金属丝a 应选上表中的(用编号表示),b、c、d 应分别选上表中的(用编号表示)。
解析③与②的材料、横截面积相同而长度不同,可用来对比研究导体的电阻与导体长度的关系;③与④的材料、长度相同而横截面积不同,可用来对比研究导体的电阻与导体横截面积的关系;③与⑤的长度、横截面积相同而材料不同,可用来对比研究导体的电阻与导体材料的关系。
答案③;②④⑤(顺序可互换)
点评在“探究影响电阻大小的因素”的实验中,要研究电阻的大小与导体的材料、长度、横截面积的关系,因此每次实验时都要控制变量。在研究导体的电阻与材料的关系时,要保持导体的长度和横截面积相同;在研究导体的电阻与长度的关系时,要保持导体的材料和横截面积相同;在研究导体的电阻与横截面积的关系时,要保持导体的材料和长度相同。
2图象法
图象法是指借助图象来确定物理量之间关系的方法,是物理学中运用数学知识研究物理规律的非常有效的方法,是一种科学探究的基本方法。
在电学中经常利用图象坐标来进行定性分析和定量计算,例如,在探究通过导体的电流与导体两端的电压、导体的电阻的关系时,利用“U-I图象”可以使复杂问题简单化。在历年中考中,有关图象坐标的电学题也屡见不鲜。
解析由图2可知,对于R1来说,电流0。2 A对应的电压是4 V,根据电阻计算公式得
答案A
点评本题考查如何利用图象坐标计算物理量的取值。此类题的解题关键是选好特殊值,代入相应公式计算出结果。
3等效替代法
所谓的“等效替代法”就是在效果相同的前提下,把实际的、复杂的物理过程变成理想的、简单的等效过程来处理,可使问题的研究与解决大为简化,还可加深对物理概念、规律的理解。
例如,在研究串、并联电路的电阻规律时、在用特殊方法测量电阻时利用等效替代法可以使复杂问题简单化。
例3(莆田中考)在测定一个未知电阻Rx的阻值时,小明和小亮设计了如图3甲所示的实验电路,其中R1是电阻箱S1为单刀积掷开关。
(1)闭合开关S后,把开关S1接到触点1;把开关S1接到触点2后,小明和小亮采取了不同的实验操作。
小明的操作:保持滑片P的位置不变,只调节电阻箱R1,直到电压表示数为U;
小亮的操作:同时调节滑动变阻器R和电阻箱R1,直到电压表表示数为U。
你认为两人的操作中,的操作是正确的。
(2)选择正确的实验操作后,电阻箱R1上各旋钮的位置如图3乙所示,其读数为Ω,则待测电阻Rx的阻值应为Ω。
解析(1)本题中,闭合开关S后,把开关S1接到触点1时,调节滑动变阻器R,使电压表有个合适的示数U,这个电压为此时待测电阻Rx分担的电压大小;当小明操作时,是保持滑片P的位置不变(即变阻器连入电路中的电阻大小不变),只调节电阻箱R1,直到电压表示数为U,说明此时电阻箱R1分担的电压与(1)步骤中的Rx分担的电压相等。因两次实验中,变阻器接入电路中的阻值大小相同,故R1与Rx接入电路中的电阻大小也相同。由此可知,小明的操作是正确的;
(2)按照电阻箱的读数规则,其读数为
待测电阻Rx的阻值等于实验中R1的示数,也是108 Ω。
答案(1)小明;(2)108;108。
点评“曹冲称象”可谓是灵活运用“等效替代法”的典型案例,大象不是石头,但当大象与石头的重量相等时,可以产生相同的排开水的体积。通过等效,找到了可以用石头替代大象的前提,寻找“等效”是灵活使用这种方法的关键,在使用这种方法的时候,同学们要注意分析效果是否相当。
综上所述,掌握电学中的常用思想方法,不但能加深对电学知识的学习与理解,而且能提高同学们的解题能力。方法是解决物理问题的钥匙,电学中的思想方法还有很多,但掌握这几种常用的方法就能解决大部分初中电学中的题目,大大提高同学们的解题水平。
1控制变量法
物理学中研究一个物理量与多个因素的关系时,常采用的方法是只改变其中的一个因素,而保持其他的因素不变,从而确定这个因素是否影响我们所要研究的物理量。这种方法就是控制变量法。
例如,在探究决定电阻大小的因素的实验中,在探究电流与电压的关系、电流与电阻的关系的实验中,在探究电流通过导体时产生的热量跟什么因素有关的实验中,都用到了控制变量法。
例1(咸宁中考)用如图1所示的实验电路来“探究——影响电阻大小的因素”,电路中a、b、c、d是四种不同的金属丝。
编号材料长度(m)横截面积(m2)①镍铬合金0。80。8②镍铬合金0。50。5③镍铬合金0。30。5④镍铬合金0。31.0⑤康铜合金0。30。5⑥康铜合金0。80。8现有几根镍铬合金丝和康铜合金丝,其规格如上表所示。为了便于探究和分析,实验中要利用控制变量法,要求都相对金属丝a 进行比较,因此电路图中金属丝a 应选上表中的(用编号表示),b、c、d 应分别选上表中的(用编号表示)。
解析③与②的材料、横截面积相同而长度不同,可用来对比研究导体的电阻与导体长度的关系;③与④的材料、长度相同而横截面积不同,可用来对比研究导体的电阻与导体横截面积的关系;③与⑤的长度、横截面积相同而材料不同,可用来对比研究导体的电阻与导体材料的关系。
答案③;②④⑤(顺序可互换)
点评在“探究影响电阻大小的因素”的实验中,要研究电阻的大小与导体的材料、长度、横截面积的关系,因此每次实验时都要控制变量。在研究导体的电阻与材料的关系时,要保持导体的长度和横截面积相同;在研究导体的电阻与长度的关系时,要保持导体的材料和横截面积相同;在研究导体的电阻与横截面积的关系时,要保持导体的材料和长度相同。
2图象法
图象法是指借助图象来确定物理量之间关系的方法,是物理学中运用数学知识研究物理规律的非常有效的方法,是一种科学探究的基本方法。
在电学中经常利用图象坐标来进行定性分析和定量计算,例如,在探究通过导体的电流与导体两端的电压、导体的电阻的关系时,利用“U-I图象”可以使复杂问题简单化。在历年中考中,有关图象坐标的电学题也屡见不鲜。
解析由图2可知,对于R1来说,电流0。2 A对应的电压是4 V,根据电阻计算公式得
答案A
点评本题考查如何利用图象坐标计算物理量的取值。此类题的解题关键是选好特殊值,代入相应公式计算出结果。
3等效替代法
所谓的“等效替代法”就是在效果相同的前提下,把实际的、复杂的物理过程变成理想的、简单的等效过程来处理,可使问题的研究与解决大为简化,还可加深对物理概念、规律的理解。
例如,在研究串、并联电路的电阻规律时、在用特殊方法测量电阻时利用等效替代法可以使复杂问题简单化。
例3(莆田中考)在测定一个未知电阻Rx的阻值时,小明和小亮设计了如图3甲所示的实验电路,其中R1是电阻箱S1为单刀积掷开关。
(1)闭合开关S后,把开关S1接到触点1;把开关S1接到触点2后,小明和小亮采取了不同的实验操作。
小明的操作:保持滑片P的位置不变,只调节电阻箱R1,直到电压表示数为U;
小亮的操作:同时调节滑动变阻器R和电阻箱R1,直到电压表表示数为U。
你认为两人的操作中,的操作是正确的。
(2)选择正确的实验操作后,电阻箱R1上各旋钮的位置如图3乙所示,其读数为Ω,则待测电阻Rx的阻值应为Ω。
解析(1)本题中,闭合开关S后,把开关S1接到触点1时,调节滑动变阻器R,使电压表有个合适的示数U,这个电压为此时待测电阻Rx分担的电压大小;当小明操作时,是保持滑片P的位置不变(即变阻器连入电路中的电阻大小不变),只调节电阻箱R1,直到电压表示数为U,说明此时电阻箱R1分担的电压与(1)步骤中的Rx分担的电压相等。因两次实验中,变阻器接入电路中的阻值大小相同,故R1与Rx接入电路中的电阻大小也相同。由此可知,小明的操作是正确的;
(2)按照电阻箱的读数规则,其读数为
待测电阻Rx的阻值等于实验中R1的示数,也是108 Ω。
答案(1)小明;(2)108;108。
点评“曹冲称象”可谓是灵活运用“等效替代法”的典型案例,大象不是石头,但当大象与石头的重量相等时,可以产生相同的排开水的体积。通过等效,找到了可以用石头替代大象的前提,寻找“等效”是灵活使用这种方法的关键,在使用这种方法的时候,同学们要注意分析效果是否相当。
综上所述,掌握电学中的常用思想方法,不但能加深对电学知识的学习与理解,而且能提高同学们的解题能力。方法是解决物理问题的钥匙,电学中的思想方法还有很多,但掌握这几种常用的方法就能解决大部分初中电学中的题目,大大提高同学们的解题水平。