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“知法并行”模式在求解欧姆定律试题中的运用

范文

李臣

摘要：“知法并行”是物理课堂教学中进行新授课或复习课所采用的一种教学模式，笔者发现这种教学模式可以应用到求解物理试题当中.经过实践后发现效果良好，主要表现在老师讲课思路清晰，同行和学生们感到讲的明白，学生自然也就学的明白，班级学习成绩明显提高，与此同时还可为师生创造更多的互动机会.下面借助于求解三道2017年中考物理欧姆定律实验试题来介绍利用“知法并行”模式求解物理试题的方法，供大家借鉴与参考.

关键词：“知法并行”；实验试题；求解运用；方法总结

“知法并行”是指在物理课堂教学过程中，以教材中的知识发展过程和对应知识发展过程所蕴含的科学方法为基础，将知识的发展过程及其所运用的科学方法整理出线索，使“知识线”与“方法线”在教学过程中同时展开、并行前进的一种科学方法教育、教学模式.这种科学方法教育、教学模式笔者尝试应用到求解物理试题过程中.在此过程中，我们首先寻找问题的知识点或“知识线”，确定属于哪个知识点或怎样的“知识线”，然后寻找解题方法或“方法线”，最后书写试题答案.或在寻找知识点或“知识线”的同时寻找解题方法或“方法线”.下面按这个思路来分析、求解2017年三道中考物理欧姆定律实验试题.

试题1 （17年温州）为了研究小灯泡电流与电压的关系，小明选择额定电压为2.5V的小灯泡、电压为4V的电源以及其它相关器材按图1（甲）连接电路，进行实验.

（1）闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，当观察到时，可以判断此时小灯泡正常发光.

（2）在实验过程中，小明将滑动变阻器的滑片从A端开始移动，直到灯泡正常发光，在此过程中测得小灯泡电流和电压的几组数据，并正确画出曲线a，如图1（乙）所示.该实验中小明选择的滑动变阻器可能是.

A.滑动变阻器R1（20Ω 3A）

B.滑动变阻器R2（50Ω 2A）

C.滑动变阻器R3（2000Ω 0.25A）

（3）小明在图（乙）中还画出了本实验中滑动变阻器的电流随电压变化的曲线b，老师据图指出该曲线是错误的，其理由是.

问题（1），①寻找“知识线”与“方法线”：小灯泡正常发光的条件是它两端的电压达到额定电压或达到额定电流.题中给出了小灯泡额定电压2.5V，只要小灯泡两端的电压達到2.5V就正常发光.由于电压表测小灯泡两端电压，所以电压表示数为2.5V时小灯正常发光.

②书写试题答案：移动滑动变阻器的滑片应观察电压表使其示数为2.5V时，小灯泡正常发光.所以问题（1）答案：电压表示数为2.5V.

问题（2），①寻找“知识线”：

②寻找“方法线”（解题方法）：

由小灯泡U-I图像可知，当小灯泡正常发光时的电压为2.5V，对应的电流是0.3A，此时大于0.25A，所以C是错误的.

当滑动变阻器阻值最大时，它两端的电压最大，小灯泡两端电压最小（或电路中的电流最小）.由图1（乙）小灯泡的U-I图像可以看出，此时小灯泡两端电压为0.5V，电流为0.1A，所以滑动变阻器两端的电压为4V-0.5V=3.5V，滑动变阻器的最大阻值为Rm=3.5V0.1A=35Ω，20Ω<35Ω<50Ω，所以选B.

问题（3），①寻找“知识线”与“方法线”（解题方法）：

由图1（甲）可知，小灯泡与滑动变阻器串联通过的电流相等IL=IP；两者的电压之和为电源电压U=UL+UP.从定性角度分析，由图1（乙）滑动变阻器的U-I图像可以得出，当电流逐渐增大时，电压逐渐减小，图像不存在问题.从定量角度分析，由于小灯泡与滑动变阻器串联，两者电压之和应等于4V，但从它们的U-I图像发现当电流相同时，两者的电压之和大于4V，所以滑动变阻器的U-I曲线是错误的.

②书写试题答案：理由是：小灯泡与滑动变阻器串联，两者电压之和应等于4V，而图中曲线b与a交点处，电压之和大于4V （或小灯泡与滑动变阻器串联，两者电压之和应等于4V，而图中曲线可知，当电流相同时两者电压之和大于4V）.

方法总结：

（1）对于简单的概念性问题我们可以将“知识线”与“方法线”合而为一，“知法并存”.

（2）对于选择性的答案可以将书写试题答案这一环节省略.

（3）对于较复杂问题，“知识线”与“方法线”分开，不要合在一起.在寻找“知识线”时，由所求的物理量往已知的物理量方向寻找.

（4）寻找“方法线”（解题方法）时，再由已知的物理量往所求的物理量方向寻找，根据相关的概念和规律来求解.

（5）类似问题（3）分析图像时，要从定性的角度和定量的角度来分析.

试题2 （17年宜昌）小明同学在“探究电流与电压的关系”时选取了如下材料，3.6V锂电池一枚，10Ω定值电阻一个、电压表一只、电流表一只、最大阻值为20Ω的滑动变阻器一个，开关一个，导线若干.

（1）请根据图3（甲）所示的电路，用笔画线代替导线在图3（乙）中，将电路元件连接完整，注意导线不要交叉.

（2）下面表格1中是小明同学实验并整理的数据，请你在图3（丙）坐标系中画出I-U的关系图像，通过分析图像，你得出的实验结论是.

（3）王老师查看了小明的实验数据后说：“小明，你的实验数据看上去很不错，不过，你有没有编造数据呀？”小明不好意思的说：“对不起，王老师，确实有一组数据是编造的.”请你指出小明的哪组数据是编造的？并说出你的理由.

问题（1），①寻找“知识线”与“方法线”（解题方法）”：要求电流表串联在所测量电流的那部分电路中，电压表并联在所测量电压的用电器两端；电流要从两电表正接线柱流入，负接线柱流出；还要求选择合适的量程.电流表要测量电阻中的电流，所以电流表要与电阻串联；电压表要测量电阻两端的电压，所以它要并联在电阻两端；电源电压为3.6V，由于电路中有滑动变阻器，能分担一定的电压，故电压表的量程为0～3V；电路中的最大电流为：I=UR=3.6V10Ω=0.36A，故电流表量程为0～0.6A.

②书写试题答案：将电路连线如图4（甲）所示.

问题（2）， ①寻找“知识线”与“方法线”（解题方法）：这是探究电流与电压关系实验.横坐标对应电压值，纵坐标对应电流值，根据表格1中的实验数据按描点法描出各点，然后用直线将各点连接起来，画出I-U关系图像.由于该电阻的I-U关系图像，是过坐标原点的一条直线，是正比例函数图像，如图4（乙）所示.

②书写试题答案：图像可以得出的实验结论：在电阻一定时，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比.

问题（3），①寻找“知识线”与“方法线”：此问题出在探究电流与电压关系实验数据方面，我们要从给出的实验数据定量分析电流与电压两者关系是否有问题；再计算I-U图像两端数据是否有问题.首先定量分析I-U关系如下：

从上面定量分析I-U关系上看不存在问题.

下面再求极限最小电流：根据滑动变阻器的最大阻值，求出电路中的电流，据此分析，电路中的最小电流为：I=UR=3.6V10Ω+20Ω=0.12A>0.1A，故第一組数据是错误的.

③书写试题答案：第一组；电路的最小电流为0.12A，达不到0.1A.

问题总结：在题中给出两个物理量之间的实验数据表格和图像时，让找出实验数据存在的问题时，我们往往先根据表格给出的每组实验数据考查它们之间的关系是否符合整体规律；考查表格数据中两端极限电流或电压.若还给出两个物理量之间关系图像，我们往往还考查图像的两个端点数据是否满足题中已知数据的条件.

试题3 （17江西）【实验名称】用电流表和电压表测电阻

【实验器材】电压恒为3V的电源、电压表、电流表、标有“20Ω 2A”字样的滑动变阻器、待测电阻Rx、开关、导线若干.

（1）小明按如图5（甲）所示的电路图连接电路；

（2）闭合开关，发现电流表示数如图5（乙）所示，则下一步的实验操作是：先，然后；

（3）小明测出待测电阻的阻值后，向老师汇报，老师指出他实验设计中存在着不足，其不足是；

（4）改进后，小明继续实验并将数据记录在下表中，分析数据可知待测电阻的阻值为Ω；还可以初步得出：电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成；

（5）实验过程中，若小明将滑片P移到了如图6所示的位置，闭合开关，此时电流表的示数为.

问题（1），①“知识线”与“方法线”：用电流表和电压表测电阻的方法是分别用电压表测量出电阻两端的电压U，用电流表测量出电阻通过的电流I，根据欧姆定律（或R=UI），从而计算出待测电阻Rx.

②书写试题答案：根据欧姆定律（或R=UI）

问题（2），①“知识线”与“方法线”：图5（乙）中开关闭合，电流表指针向左偏转，说明通电后指针反向偏转，所以应该是电流表正负接线柱接反了，而不是指针没调零，两个答案的条件要注意开关所处的是何种状态.接下来，应断开开关，将电流表正负接线柱上的接线对调.

②书写试题答案：断开开关；将电流表正负接线柱上的接线对调

问题（3），①“知识线”与“方法线”：仔细读题，从题看不出小明做了多次实验，而且“老师指出他实验设计中存在着不足”，是不足，而不是错误，所以可以得出小明只做一次实验就向老师汇报了.

②书写试题答案：只测量一组数据，实验误差会较大

问题（4），①“知识线”与“方法线”：题中给出了小明三次测得的电压值和电流值，根据欧姆定律可以算出三个对应的电阻值均为10Ω，再求平均值也为10Ω.从表2小明收集的实验数据可以算出每次电压与电流的比值是一个定值，所以可以得出结论：电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比的结论.

②书写试题答案：10；正比

问题（4），①“知识线”与“方法线”：题中已给出电源电压为3V，定值电阻计算出是10Ω，由图6可以看出滑动变阻器滑片在最大阻值处，题中给出了此值为20Ω，所以电路中电流I=UR总=URx+Rp=3V10Ω+20Ω=0.1A.

②书写试题答案：0.1A

方法总结：利用“知法并行”模式求解欧姆定律实验试题的步骤，笔者总结为三步，但有些试题分两步进行求解就可以完成.像上题这样概念性的实验填空题，就可以将“知识线”与“方法线”合二为一，放在一起，“知法并行”地进行分析，从而使我们利用“知法并行”的模式求解此类问题条理更清晰明了.

参考文献：

[1]张宪魁. 物理科学方法教育理论与实践[M].北京：北京师范大学出版社，2015.5.

[2]刘沛. 全国中考试题分类精选[M].沈阳：辽宁大学出版社，2017.9.

[3]鲍锦芬.中考欧姆定律实验探究题的类型分析[J].中学物理，2015（12）：79-80.

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