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出现双解,是解答电学计算题常遇到的现象之一。而得出的双解,往往会出现这样一种特殊情况:从数学角度看都是正确的,而从物理学角度看则不一定都正确。为什么会出现这种情况呢?
正确分析、处理双解问题,是成功计算电学题的关键环节。运用时,其判断方法与取舍是有规律可循的,下面举例说明。
类型一:根据物理量的特殊性质,确定双解的取舍。
例1 定值电阻R0与滑动变阻器串联接入电路中,已知滑动变阻器的最大电阻值是20Ω,当滑动变阻器连人电路的有效电阻值由零变为最大值时,R0上消耗的电功率减小为原来的1/4,求R0的阻值(设电源电压不变)。
分析:(1)根据题意,由R0上消耗的电功率关系列数学方程,得出的双解为:R0=20Ω或R0=-6.67Ω。(2)电阻是导体本身的一种属性,其大小与导体的电阻率、横截面积和长度有关,同一电阻在温度变化不太大时,无论有无电流通过,无论有无外加电压,其电阻仍然客观存在,电阻值大小均不变,不可能为负值,因此数学解R0=-6.67Ω应舍去,R0=20Ω为物理解。
规律:属于物质属性的质量、电容、体积、导热性、导电性、磁性、密度、比热容、弹性、硬度、延展性、透光性等物理量,若作为负值出现在物理计算结果的双解中时,则必须舍去。
类型二:根据物理定律、物理定理和物理常识决定取舍。
例2一台直流电动机电阻为1Ω,在12 V电压下,其输出功率为20W,求输入功率是多少。
分析:(1)通过计算得出,P=24W或P=120W,(2)验算:当输入功率取24W时,输出功率为20W,热功率为4W;当输入功率取120W时,输出功率是20W,热功率是100W。由物理常识及焦耳定律可知,电动机属非纯电阻电路,所消耗的电能(输入部分)应大部分转化为机械能(输出部分),只有一小部分转化为热能。因此,数学解额定功率P=120W不能作为物理解,应舍去。
规律:根据牛顿第二定律,加速度的方向与合外力方向必须一致,那么,双解中两者方向不一致的解,应舍去;根据动能定理,外界对物体做正功,物体的动能则增加,外界对物体做负功,物体的动能减少,双解中与之矛盾的解,应舍去;根据机械能守衡定律,功率的大小表示做功的快慢,双解中若出现负值或者与之矛盾的解应舍去;根据能量守衡定律,封闭系统中,系统不可能既放热,又对外做功,而内能不变,那么,双解中不符合这个定律的解应舍去;根据静摩擦力的常识,静摩擦力的方向与物体相对运动趋势的方向相反,那么,双解中与相对运动趋势方向相同的静摩擦力应舍去……
类型三:根据题设条件决定取舍。
例3 把一只8W的电灯泡与2Ω的电阻串联接到10V的电源上,灯泡恰好能正常发光,若灯泡的功率大于电阻的功率,则灯泡的电阻和额定电压各是多少?
分析:(1)解得灯泡的电阻R=8Ω、额定电压U=8V或R=1/2Ω、U2=V两组答案。(2)根据题中物理条件“若灯泡的功率大于电阻的功率”,很显然,后一组数学解不符合这个要求,应舍去。
说明:若本题中没有“灯泡的功率大于电阻的功率”这个题设条件,则双解都是正确的,都不能舍去。
综上所述,分析、处理双解问题,与物理概念、性质和定律等物理知识密切相关;因而在平时学习过程中,只有牢固掌握、理解课本中的物理基础知识,才能在实际中得心应手、熟练运用。
(思考题)一只标有“8 V、4W”的灯泡与一个滑动变阻器R串联在电源电压是10V的电路上,若变阻器R上消耗的功率是1.5W,则灯泡两端的电压是多少?(答案:双解U=6V或U=4V均符合题设要求,均应保留)
(责任编辑 赵 平)
正确分析、处理双解问题,是成功计算电学题的关键环节。运用时,其判断方法与取舍是有规律可循的,下面举例说明。
类型一:根据物理量的特殊性质,确定双解的取舍。
例1 定值电阻R0与滑动变阻器串联接入电路中,已知滑动变阻器的最大电阻值是20Ω,当滑动变阻器连人电路的有效电阻值由零变为最大值时,R0上消耗的电功率减小为原来的1/4,求R0的阻值(设电源电压不变)。
分析:(1)根据题意,由R0上消耗的电功率关系列数学方程,得出的双解为:R0=20Ω或R0=-6.67Ω。(2)电阻是导体本身的一种属性,其大小与导体的电阻率、横截面积和长度有关,同一电阻在温度变化不太大时,无论有无电流通过,无论有无外加电压,其电阻仍然客观存在,电阻值大小均不变,不可能为负值,因此数学解R0=-6.67Ω应舍去,R0=20Ω为物理解。
规律:属于物质属性的质量、电容、体积、导热性、导电性、磁性、密度、比热容、弹性、硬度、延展性、透光性等物理量,若作为负值出现在物理计算结果的双解中时,则必须舍去。
类型二:根据物理定律、物理定理和物理常识决定取舍。
例2一台直流电动机电阻为1Ω,在12 V电压下,其输出功率为20W,求输入功率是多少。
分析:(1)通过计算得出,P=24W或P=120W,(2)验算:当输入功率取24W时,输出功率为20W,热功率为4W;当输入功率取120W时,输出功率是20W,热功率是100W。由物理常识及焦耳定律可知,电动机属非纯电阻电路,所消耗的电能(输入部分)应大部分转化为机械能(输出部分),只有一小部分转化为热能。因此,数学解额定功率P=120W不能作为物理解,应舍去。
规律:根据牛顿第二定律,加速度的方向与合外力方向必须一致,那么,双解中两者方向不一致的解,应舍去;根据动能定理,外界对物体做正功,物体的动能则增加,外界对物体做负功,物体的动能减少,双解中与之矛盾的解,应舍去;根据机械能守衡定律,功率的大小表示做功的快慢,双解中若出现负值或者与之矛盾的解应舍去;根据能量守衡定律,封闭系统中,系统不可能既放热,又对外做功,而内能不变,那么,双解中不符合这个定律的解应舍去;根据静摩擦力的常识,静摩擦力的方向与物体相对运动趋势的方向相反,那么,双解中与相对运动趋势方向相同的静摩擦力应舍去……
类型三:根据题设条件决定取舍。
例3 把一只8W的电灯泡与2Ω的电阻串联接到10V的电源上,灯泡恰好能正常发光,若灯泡的功率大于电阻的功率,则灯泡的电阻和额定电压各是多少?
分析:(1)解得灯泡的电阻R=8Ω、额定电压U=8V或R=1/2Ω、U2=V两组答案。(2)根据题中物理条件“若灯泡的功率大于电阻的功率”,很显然,后一组数学解不符合这个要求,应舍去。
说明:若本题中没有“灯泡的功率大于电阻的功率”这个题设条件,则双解都是正确的,都不能舍去。
综上所述,分析、处理双解问题,与物理概念、性质和定律等物理知识密切相关;因而在平时学习过程中,只有牢固掌握、理解课本中的物理基础知识,才能在实际中得心应手、熟练运用。
(思考题)一只标有“8 V、4W”的灯泡与一个滑动变阻器R串联在电源电压是10V的电路上,若变阻器R上消耗的功率是1.5W,则灯泡两端的电压是多少?(答案:双解U=6V或U=4V均符合题设要求,均应保留)
(责任编辑 赵 平)