關于“電路中各點電位的分析”的教學

　　摘要：電位、電壓的概念及二者的關系以及電位的求解，學生很容易混淆，在教學中也是一重點，本文針對這些提出了幾點在課堂教學中應注意的問題。
　　關鍵詞：電位 電壓關系教學
　　中圖分類號：G4文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2011)02(a)-0000-00
　　
　　電位的概念是電路的重要物理量之一，在電路分析中有廣泛的運用。在教學中，僅泛泛講解，學生很難理解并掌握基本知識點，如果在介紹抽象概念的同時輔以例題講解，再讓學生親手實驗，就能將抽象的概念融入實踐，學生就能理解掌握所學的知識，實現教學目的。
　　1 關于電位的概念
　　在電路中任選一點為參考點，則某點到參考點的電壓就叫這一點的電位。實際上，電位就是單位正電荷在電場中某點所具有的能量。要使學生充分理解這一概念，必須講清下列幾點：
　　(1) 關于參考點
　　講解電位時應強調參考點，學生可能不明白為什么要選參考點，可先以計算物體所處的高度是以海平面作為參考點為例來說明：計算電位時也要先指定參考點，參考點電位規定為零（如：選D為參考點，則φD=0V）；這樣電路中其他各點電位才可以用數值來表示。比參考點高的電位為正，比參考點低的電位為負。不指定參考點來討論電位是沒有意義的。因為電壓的定義就是電位差，所以以零電位為基準的某點電壓就稱為該點的電位。原則上，參考點是可以任意選定的，但習慣上認為大地的電位為零，這是因為大地容納電荷的能力極大（即電容量極大），不會因局部電荷注入而影響它的電位高低。有些用電設備的機殼是需要接地的，凡與機殼相連的各點電位均為零；有些設備的機殼不一定和大地相連，有很多元件都要匯集到一個公共點（即用符號⊥表示），為了分析方便，可規定這一點為參考點。參考點一經選定之后，各點電位的計算即以該點為準。選定的參考點不同，電路中各點電位也就不同。
　　(2) 電位與電壓的區別與聯系
　　電位和電壓是不同的兩個概念，電位是相對的，它的大小與零電位點的選擇有關，當參考點發生變化時電路中各點的電位也會發生變化：電壓是絕對的，它的大小與零電位點的選擇無關，參考點變化時，電路中兩點之間的電壓不會變化。電位只是電路中某點的電位，其大小等于該點到參考點兩點之間的電壓；而電壓是電路中某兩點之間的電壓。例如：UAB指的是A、B間的電壓，而UBA指的是B、A間的電壓，UAB=φA-φB；UBA=φB-φA，所以，凡說到電壓，必須指明是哪兩點之間的電壓。在實際中學生很容易將二者弄混。如：將電壓寫作UA，將電位寫作φAB，很顯然，這種寫法是錯誤的，這就是沒弄清電位是“某點”而電壓是“兩點之間”的區別（正確的寫法應為φA、UAB）。電壓的實際方向是從高電位端指向低電位端，即電壓的實際方向是電位降低的方向。
　　2 關于電位的計算方法
　　在講解這一點時，應先從電位與電壓的這一關系（即電路中某兩點之間的電壓就等于該兩點之間的電位之差：UAB=φA-φB）著手。得出這樣的結論：求電位的問題實質就是求電路中兩點之間電壓的問題，就把求電位轉化成求電壓，求電路中兩點之間的電壓對同學們來說并不陌生。在說明上述一、二兩點時，可結合以下例題講解。
　　例1．如圖1：已知R1=100Ω、R2=1400Ω、US1=10V、US2=5V，求：UAB、φA、φB
　　解：（1）選D為參考點，則：φD=0V
　　I=（10+5）/（100+1400）=0.01A；φA=UAD=1400×I-5=0.01×1400-5=9V
　　φB=UBD=-5V；UAB=φA-φB=9-（-5）=14V
　　（2）若選C為參考點，φc=0V
　　I=（10+5）/（100+1400）=0.01A
　　φA=UAC=-100×I=-100×0.01=-1V
　　φB=UBC=-I×（100+1400）=-0.01×1500=-15V
　　UAB=φA-φB=-1-（-15）=14V
　　上述數據中，當參考點由D變到C時，電路中A、B兩點的電位分別由9V、-5V變化到-1V、-15V，但A、B兩點間的電壓UAB卻仍為14V。從例子很直觀地就能得出結論：當參考點發生變化時，電路中各點電位也會發生變化，但電路中兩點間的電壓卻不變。
　　3 關于等電位點
　　講解這一概念，要著重等電位點的定義及等電位點的特點，從下列例題入手：
　　例2．如圖2：R1=6Ω，R2=2Ω，R3=9Ω，R4=3Ω，R5=R6=4Ω，選D為參考點，A、B、C三點的電位分別為：
　　φA=12/8×2=3V、φb=12/12×3=1V、φc=12/8×4=6V。
　　從例2的結論中得定義：像A、B這樣電位相同的點叫等電位點。特點：①.各點之間雖沒直接聯系，但其電位相等，等電位點間電壓為零。②.既然電壓為零，則若用導線或電阻元件將等電位點連接起來，其中沒有電流流過，不會影響電路原有的工作狀態，即連接后不會影響電路中各點的電位及各部分的電壓和電流。
　　上述是從理論上分析了電位的概念及電位與電壓的關系及特點，學生會迷惑，難道電壓和電位關系真如上所講，特別是例2中A、B是電路中不同的點，電位竟然相等，而且，等電位點如用導線連接，真不會影響電路的工作狀態嗎？對此可以下面的實驗（圖3）讓學生分組按下列步驟做實驗：
　　(1) 按圖