第28卷总第370期
2010年第2期(上半月)
物理教学探讨
JournalofPhysicsTeaching
Vol128No1370
(S)2120101351
问题
讨论它们为什么总是容易做错
朱文军
南京树人国际学校,江苏省南京市210003
学生在做与例1题型类似的题目时经常容
易做错,分析原因可知:一方面是因为他们对电
动机的工作过程不清楚,更主要的另一方面是其
对物理公式的使用范围模糊不清。
例1(2006年泰州市)小华准备参加玩具
赛车比赛,他运用图1所
示的电路来挑选一只能
量转换效率较高的电动
机。设电池的电压恒定不
变,他先用手捏住电动机
的转轴,使其不转动,闭
合开关后读出电流表的读数为2A;然后放手,
当电动机正常转动时,又读出电流表的读数为
0.6A。则该玩具电动机正常转动时将电能转化
为机械能的效率为()
A.91%B.70%C.30%D.9%
错解η=I
2R-(I′)2R
I2R
=4R-0.36R4R×100%=91%
分析实际上本题是两个不同的过程,它
们之间的联系是:电源电压U和线圈电阻R不
变,不同的是,第一个过程电能全部转化为内能,
第二个过程电能转化为机械能和内能,且前后两
个过程的输入功率不同,热功率也不同。上面错
解把前后两个过程的输入功率弄混淆了。
正确解法第一个过程,由欧姆定律可得:
U=IR=2R
由第二个过程得:
P′输入=UI′=2R×0.6=1.2R
P′热=(I′)2R=0.36R
P机=P′输入-P′热
=1.2R-0.36R=0.84R
η=P机P′
输入
=0.84R1.2R×100%
=70%
解答本题的关键是弄清这两个过程之间相同
的量和不同的量,然后再利用合适的公式去求解。
变式题1两盏标有“220V100W”字样的白
炽灯串联接入220V交流电路中,总功率是多少?
很多同学在看到问题后不知道如何下手,最
后只能通过P=U
2
R计算出一盏灯的电阻,进而求
出总电阻,然后根据P总=U
2
R总计算出总功率。这
种方法虽然能计算出总功率,但过程比较麻烦。
事实上本题有一个隐含的条件是:一盏灯在
220V电压下工作时的功率为100W,因此可画出
简图,如图2。
方法1把b图中两盏灯作为一个整体和a
图中的灯进行比较,U相同,R不同,用公式P=
U2
R便可求出第二次的总功率是第一次的一半
(即50W)。
方法2把b图中的一盏灯和a图中的灯进
行比较,这时是R相同,U不同,同样用P=U
2
R
求得b图中一盏灯的功率为a图中灯的功率的四
分之一,所以两盏灯的总功率为50W。
变式题2(2008年湖北中考试题)如图3
所示电路,电源电压不
变,灯泡L上标有“6V
3W”字样。当S闭合,S1、
S2断开,滑片P从b端滑
到中点时,电流表的示数
变化了0.1A,此时电压
表的示数为6V;保持滑片P的位置不变,闭合
S1、S2,电流表的示数又变化了2A。则电源电压
和定值电阻R0的阻值分别为()
A.8V,16ΩB.8V,4Ω
C.10V,16ΩD.10V,8Ω
分析当S闭合,S1、S2断开时,L与R串
Vol128No1370
(S)2120101361
物理教学探讨
JournalofPhysicsTeaching
第28卷总第370期
2010年第2期(上半月)
浅析一道原创题的学生解
金嵩洲,张建平
浙江上虞春晖中学,浙江省上虞县312353
“机械能”一直是命题热点,08高考四川、重
庆、广东、山东、全国卷Ⅰ、Ⅱ等均有综合题考查
机械能,各地模拟卷中也频繁涉及,但总缺乏新
题。笔者遇一原创题,引发师生热议,现述如下。
题目(09绍兴“一
模”24题)如图1,四分之三周
长圆管的半径R=0.4m,管
口B和圆心O在同一水平面
上,D是圆管的最高点,其中
半圆周BE段存在摩擦,BC
和CE段动摩擦因数相同,
ED段光滑;质量m=0.5kg,
直径稍小于圆管内径的小球
从距B正上方高H=2.5m的A处自由下落,到
达圆管最低点C时的速率为6m/s,并继续运动
直到圆管的最高点D飞出,恰能再次进入圆管。
假定小球再次进入圆管时不计碰撞中能量的损
失,取重力加速度g=10m/s2,求(1)小球飞离
D时的速度;(2)小球从B到D的过程中克服摩
擦所做的功;(3)小球再次进入圆管后,能否越
过C?请分析说明理由。
分析第(1)(2)小题答案分别为vD=2m/s,
方向水平向右,小球克服摩擦所做的功为10J。并
易解出第一次通过B时的支持力FN1=62.5N,通
过C时的支持力FN2=50N,WfBC=5.5J(负),
WfCE=4.5J(负);第二次通过B时的速率vB=
10m/s(解略)。着重分析第(3)小题。
生解1第二次从B到C:mgR-WfBC=
mvC2/2-mvB2/2,得mvC2/2=-1J,所以实际上
在到达C之前小球已经静止,不能越过C。
联,RL=U额L
2
P额L=12Ω,
当P在b时:U=I1(RL+R)(1)
当P在中点时:
I2=PLU
L
=0.5A,
U=0.5(RL+12R)(2)
I1=0.5A-0.1A=0.4A。
联立(1)、(2)解得R=8Ω,U=8V。
当S、S1、S2都闭合时,R0与R并联,
8V
R0+
8V
4Ω=2A+0.5A。
所以R0=16Ω。
变式题3(2007年扬州中考题改编)图4
是直流电动机提升重物的示意图,电源电压为
110V且保持不变,电路中的电流是5A,质量为
50kg的重物在电动机带动下以0.9m/s的速度
匀速上升,不计各处摩擦,则电动机线圈的电阻
和电动机的效率分别是______。(g取10N/kg)
分析对于电动机正常工作来说,消耗的
电能转化为机械能和内能,欧姆定律不适用,不
能用它来求解线圈的电阻。
解:P总=UI=110V×5A=550W
P机械=Fv=Gv=mgv
=50kg×10N/kg×0.9m/s=450W
η=P机械P
总
=450W550W×100%=81.8%
P热=P总-P机械=550W-450W=100W
又因为P热=I2R,所以
R=P热I2=100W(5A)2=4Ω
以上四个题目中有两个是关于电动机的问
题,对于电动机来说要知道其中的能量转化情
况,以及每一个式子的使用范围。求解灯泡功率
的问题也需找准研究对象,然后选择合适的公
式,才能达到事半功倍之效。
(栏目编辑罗琬华)
|
|
