解题,还有得出正确的答案更重要的事

今天,有两个学生在电功率方面掌握的不好,要求点拨一下。

首先,我和她们复习了电学一些重要的计算公式,然后出了一道两个不同规则的灯泡串联的问题,题如下:

将L1(6V 6W)和L2(6V 3W)的两个灯泡串联接在6V电源上,则下列说法正确的是(  )

A.两盏灯的总功率为9W

B.L1两端电压大于L2两端电压

C.两盏灯的总功率小于3W

D.L2消耗的功率小于L1消耗的功率

一个学生认为答案是B。她的理由是:L1、L2串联,通过它们的电流相等。L1的功率是6W,L2的功率是3W,由U=P/I可知,L1两端电压大于L2两端电压,所以选B。

“这时它们的电功率还是6W、3W?”

该生有些迟疑。

这时另一个学生说:“不是。因为它们两端电压不是6V了,所以这时的电功率不是6W、3W。”

听了她的解释,我欣慰地点了点头,继续追问:“你认为L1、L2两端电压谁大谁小呢?为什么?”

她说:“由R=U额2/P额可知,R1<R2。在串联电路中,电流处处相等,又因为U=IR,所以U1<U2。”

分析过程非常完美。我接着问:“那你认为哪个答案正确呢?”

“D!”

“为什么?”这个答案还是出乎我的意料。

“L1的功率的额定功率是6W,L2的额定功率是3W,虽然这时它们都不能正常发光,实际功率都比额定功率小一些,但是L1的功率还是会比L2的功率大。”

“你这是猜想?还是用物理公式推出的结果?”

“猜想吧。”她想了想说。

“我先不对你的答案的对错进行判断。不妨再思考问题:这时L1、L2的总功率在哪个范围?”我停顿了一下,说:“给你们提供几个选择:小于3W、3W到6W之间、大于6W。”

她们异口同声地说:“3W到6W之间。”

“为什么?”

“不知道。”

“我想这时你们可能是根据感觉来判断的。但是解题可不能凭感觉,跟着感觉走,有时会掉进沟里头。要想正确地解题,每一步都要有物理知识做为证据。

接着,我写出了下面的推导过程:

P1额=U1额2/R1=6W,

P2额=U2额2/R2=3W,

P总=U2/(R1+R2)

因为灯泡的额定电压与现在电源电压都是6V,并且R1+R2>R2

所以P总<P2额,即小于3W。

所以C是正确的。

“由上面的推导过程你发现电功率与电阻之间存在什么关系?”

“电阻越大,电功率越小。”

“能不能描述的更准确一些?”

“电功率与电阻成反比。”

“那么现在你们能比较L1、L2的亮度吗?”我问。并且做了一个提醒:“注意它们是串联,并且电阻大小已经知道了,应该用哪个公式进行分析?”

“P=I2R。”

“能讲讲推导过程吗?”

“通过L1、L2的电流相等,因为R1<R2,所以由P=I2R可得,P1<P2。所以L2更亮一些。”

“如果是并联呢?”

“L1亮。”

“这说明灯泡的亮度并不是一成不变的,灯泡的电功率决于它的实际功率,而不是额定功率。有意思的是,两灯不同的规格的灯泡在串联时和并联时,亮度相比较,结果正好是相反的。”

我又问:“你们刚才有没有发现,由P=I2R可知,P与R成正比,而上面我们得到一个结论是P与R成反比。你们不觉得这里的说法矛盾吗?为什么P与R既成正比,又成反比呢?”

她们想了想,答道:“在P与R成反比时,电压不变;P与R成正比,电阻不变。”

我肯定地点了点,赞扬地说:“你们说的很对!其实在物理中每一个公式都有它的适用范围。比如欧姆定律适用于纯电阻电路,对于非纯电阻电路比如电动机就不适用了。再比如,对于纯电路来说,用P=UI和P=I2R求出的电功率是一样的,但是对于非纯电阻电路来说,用P=UI计算出的总功率,用P=I2R计算出的是热损功率,总功率大于热损功率。”

“其实我还有一个疑惑,为什么你们会认为L1、L2串联在6V的电源上,总功率会在3W与6W之间?你们刚才没有找到原因,现在能说说猜想的依据是什么吗?”

她俩面面相觑,还是摇了摇头。

我说:“那就就由我猜测一下吧。你们是不是由冷水与热水混合后,水温在冷水温度与热水温度之间得到了这个答案?”

她俩恍然大悟:“嗯。”

“其实你们不自觉地应用了类比思维。虽然类比能将陌生的问题转化为熟悉的问题。但是类比得出的结果是否准确,还需要验证。你们在解题时,可以通过类比或者直觉猜想答案,由此可寻找解题的方向,但是仅仅这样还是远远不够的。下一步要做是用物理概念、规律、公式或者实验来验证你的猜想是否正确。只有这个才会尽可能地避免先入为主地得出错误的答案。”

这次的解题过程让我思考,在平时的解题时,老师不能满足于学生得出了一个正确的答案。换个角度来看,在平时的解题过程中,学生给的答案是正确还是错误的,不是最重要的。更重要的,他是如何得出这个答案的,也就是解题的依据是什么。相对于答案,这是隐性的,也容易被老师所忽略。在很多情况,为了赶进度,当学生说出一个正确答案,老师往往会“过”,进入下一题。但是,这个正常答案是怎么得出的,是很有必要拿出来讨论的。如果学生叙述正确,可以强化对知识的应用与表达能力,某些不严谨的说法也会得到纠正。如果学生是“歪打正着”,也能及时发现,因为这次就算得出的结论是正确,但是你不能下一次不出错。如果学生的答案是错误的,也不要急于否定,要让他们解释为什么这样想?这样才能找出问题的症结所在。

如果把答案比做是冰山露出水面的一角,那解题的思维过程,就是冰山潜在水面下的那一部分,并且这一部分占到冰山体积的十分之九。把这一部分挖掘的出来,才算看到冰山的全貌。这一过程,也体现了“体验——思辩——表达”这三个环节,通过这样的练习对于学生综合能力的提升大有裨益,这也是帮助学生跳出题海的方法之一。

最后,我又给她们留了一个作业(把定性分析转化为定量计算):

计算出此时两个灯的实际功率的大小。

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