探究电学6量的综合计算规律

2022-08-01华陈森

数理化解题研究 2022年20期

关键词：变阻器物理量电学

华陈森

(江苏省如皋市经济技术开发区袁桥初级中学 226575)

初中物理电学部分，我们会涉及电压U、电流I、电阻R、电功率P、电功W、时间t这6个物理量的计算问题.通过实践我们可以发现，电学6量的计算，具有很强的规律性.

1 电学6量基本问题

例析6个题型之一UP型

2020江苏南通中考物理试题第20题第(1)小题

灯泡L的规格为“6V 3W”，求灯泡正常发光时的电阻；

分析这是电学UIRP四量，已知UP求另外R(I)的问题.

答：灯泡正常发光时的电阻是12Ω；(灯泡正常发光时的电流是0.5A)

UIRPWt六量，已知三个求另外三个.

实践表明，任意三个物理量(除了三个物理量原来在同一公式中)都可以直接求第4个物理量；从数学的排列组合考虑，是从6个量中取三个量的组合问题，可以算出一共有20个；再减去三个物理量在同一公式中的5个组合，实际电学6量问题也就15个题型.教学用题型思考公式如下：

具体有哪15个电学6量题型：

UIRUIPURPIRPUIWURWUPWIRWIPWRPWUItURtUPtUWtIRtIPtIWtRPtRWtPWt

仔细观察表格中所列15个题型，我们会发现每一个题型都可以回归到UIRP四量UIIRURUPIPRP这六个题型之一.从而我们可以在强化训练电学4量的6种题型后，完成电学6量的15种题型的基本功训练.

例析15个题型之一UIt型

具体题目：2020上海中考物理试题第12题

某导体两端的电压为6伏，10秒内通过其横截面的电荷量为3库，通过该导体的电流为____安，该导体的电阻为____欧姆；

(P=UI=6V×0.3A=1.8W

W=UIt=6V×0.3A×10s=18J)

答：通过该导体的电流为0.3安，该导体的电阻为20欧姆；(该导体消耗的电功率为1.8瓦，所做的电功为18焦.)

2 串联并联电路中的电学6量问题

2.1 串联电路的横向公式

U1+U2=U总

I1=I2=I总

R1+R2=R总

P1+P2=P总

W1+W2=W总

t1=t2=t总

2.2 并联电路的横向公式

U1=U2=U总

I1+I2=I总

P1+P2=P总

W1+W2=W总

t1=t2=t总

2.3 串联并联电路中电学6量问题的几个层次及对应例析

电学综合计算因为涉及纵向物理量的不同，难度可以分为几个层次，具体看以下分析.纵向仅涉及UIR三组量，已知3个求另外6个.

例2020江苏南通中考物理试题第20题

如图1，电源电压为12V，灯泡L的规格为“6V 3W”，滑动变阻器R1上标有“20Ω 1A”，R2=10Ω，电流表量程为0-3A.将开关S闭合，S1、S2断开，调节变阻器使灯泡正常发光.

(1)求灯泡正常发光时的电阻；

(2)求滑动变阻器10s内消耗的电能；

(3)将开关S、S1、S2都闭合，移动滑片P且电路安全，求R1与R2功率之比的最大值.

图1

解(1)略；

(2)(分析：开关S闭合，S1、S2断开时，滑动变阻器R1与灯泡L串联.调节变阻器使灯泡正常发光，所以这一题是已知数据是电源电压为12V，灯泡L的额定电压和额定电功率“6V 3W”，时间10s.而滑动变阻器R1上标有“20Ω 1A”、R2=10Ω、电流表量程为0-3A都是无用数据.因而这一题也就是串联电路3×6型中的已知4求14当中之一)

U1① =6VUL=6VU总=12V

I1①=0.5AIL①=0.5AI总①=0.5A

R1RLR总

P1PL=3WP总

W1②=? 30JWLW总

t1=10stL=10st总=10s

②S闭合S1S2断开时滑动变阻器R1与灯泡L串联

U1=U总-UL=12V-6V=6V

W1=U1I1t1=6V×0.5A×10s=30J

(3)略