中学物理开放型电学问题的求解

■吴金国

开放型问题是指题目所给条件不确定、解题方法有多种、问题答案不唯一的一类创新型问题。物理是一门以实验为基础,以生产生活中的现象为研究对象的自然科学,因此物理中的力学、电学、磁学、光学、声学等分支都存在大量的开放型试题,求解这类试题需要同学们既牢固掌握基础知识,又具备极强的发散思维和创新能力。下面仅以两道电学中开放型试题为例,探究求解物理开放型试题的思路方法,以供同学们参考。

例1如图1 所示,R1=50Ω、R2=30Ω 的两个电阻串联在闭合电路中,请你任意补充一个条件,提出问题,然后解答。(至少选择两种解法,且每次补充不同类型的条件,提出不同的问题)

图1

分析：本题条件开放,在补充条件时要注意便于计算。可以提出的问题多种多样,比如假设电源电压为20V,电源内阻为5Ω,求电路中的电流,求R1或R2两端的电压,求R1、R2的功率或电路消耗的总功率等；再如假设电阻R1两端的电压为5V,求电路中的电流,求R2两端的电压,求路端电压,求电阻R1、R2消耗的功率等；又如假设电阻R1消耗的功率为5W,求电阻R2消耗的功率,求电路中的电流,求路端电压等。

注意：若第一次补充电源为条件,则第二次就不要再补充电源了,否则就是同类型条件。

点评：这是一道要求补充条件的开放型试题,解题时要善于捕捉题目中的已知信息进行分析,通过补充一定的条件就能解答,补充提出的条件只要合理即可。

例2小明想测量一段电炉丝的阻值,在实验室中找到了一个电动势未知的学生电源(内阻不计)、一个量程合适的电压表、一个最大阻值为20Ω 的滑动变阻器、一个开关,导线若干,请你利用现有这些器材,帮小明设计一个不移动电压表就能测出这段电炉丝阻值的电路,画出你设计的实验电路图。

分析：利用现有器材测电炉丝阻值,并保证在实验过程中不移动电压表是题目的具体要求,具有开放性,同学们可以采用多种设计思路完成测量。

图2

方法一：设计的电路如图2所示。先将滑动变阻器的滑片移至阻值最大的位置,闭合开关,读出电压表的示数为U1；然后将滑片移至阻值为0 的位置,读出电压表的示数为U。则,解得。

方法二：设计的电路如图3所示。先将滑动变阻器的滑片移至阻值最大的位置,闭合开关,读出电压表的示数为U；然后将开关断开,读出电压表的示数为U1。则,解得20Ω。

图3

方法三：设计的电路如图4所示。先将滑动变阻器的滑片移至阻值最大的位置,闭合开关,读出电压表的示数为U；然后断开开关,读出电压表的示数为U1。则,解得·20Ω。

图4

点评：本题是一道以实验设计为背景的过程开放型试题,其设计方法有多种,在理解物理规律及原理的前提下,结合题目中给出的实验器材等有价值的信息即可顺利解答。这类试题主要考查学生的实验探究能力、实验步骤的设计及实验现象的描述等能力。