直流電路物理量教學方法的探討

劉理

摘要：在《電工學》直流電路教學中，講到物理量時，要有方法的講授直流電路物理量引入的意義、物理量的定義、物理量的數學表達式、物理量的單位、物理量的方向或正負、物理量的區別和聯系，著重強調這六方面內容可以起到事半功倍的作用。

關鍵詞：直流電路物理量；電流；電壓、電位；電動勢；功、功率。

中圖分類號：04 文獻標識碼：A 文章編號：1672-4431（2013）04-0031-02

直流電路中的物理量有電流、電壓、電位、電動勢、電功和電功率六個，教師在講解《電工學》課程這部分內容時，如果教學方法得當、條理清晰，學生不僅容易理解和接受，還能激發學生學習的積極性，對后續的學習更感興趣。講到這部分內容時，教師必須講解清楚以下內容，才能達到教學目的。

一、直流電路物理量引入的意義：學習本課程的基礎

要明確物理量引人的目的，即為什么要引入該物理量，它是用來反映、描述或表征什么的。講到電流，要向同學們介紹在閉合電路中有正負電荷的流動，這個流動就是電流，電流不能用眼睛直接觀察，需要觀察時要借助儀表，電流與水流很相似，水的流動靠落差或外部壓力，電荷的流動靠電場力或電源力；講到電壓，要講清楚直流電路中任意兩點存在著電位差即電壓，有電壓才有電荷的流動；講到電位，要講清楚是某點與參考點之間的電壓，參考點是選取的電路中任一點；講到電動勢，要講清楚不同的電源向電路輸出的功率不同，電動勢就是反映電源輸出功率多少的物理量；講到電功時，要講清楚電源可以通過負載將電能轉換為其他形式的能，即電流做功；講到電功率時，要講清楚不同的電源或負載在相同的時間內做的功不同，即是電功率。

二、活學直流電路物理量的定義：提高學生興趣的切入點

物理量的定義是準確反映其意義的文字敘述，敘述語言不是唯一的，要求學生在理解物理意義的前提下記憶，抓住關鍵字句后將物理量定義變成自己的語言來敘述，切忌死記硬背。如電壓的定義是：引入的衡量電場力在任意兩點間做功能力的物理量。其關鍵詞句是電場力在兩點間做功，在理解這句話、抓住關鍵詞句后，其余內容可以有不同語言描述。這個定義也可以這樣描述：反應電場力在任意兩點間做功本領的物理量叫電壓。如電流的定義：電荷在外力的作用下的定向流動形成電流。其關鍵詞句有：電荷（正電荷或負電荷）、外力（電場力、電源力）的作用。抓住關鍵詞句后，電流的定義也可以這樣說：電荷受電場力的作用而定向流動。電動勢的定義是：引人的衡量電源將其他形式的能量轉換為電能快慢的物理量，其含義是電動勢越大，輸出功率越大。電功的定義：電路元件所做的功等于電路中電壓、電流和時間的乘積。電功率的定義：電路元件所做的功與時間的比值。有部分教材對這些定義的敘述不清晰，教師講解時一定要將它變為自己的語言，切忌背定義，不然學生很難接受。

三、理解直流電路物理量的數學表達式：讓學生學會邏輯思考的根本

物理量的數學表達式就是用數學公式將物理量的定義表示出來。直流電路中的電流、電壓、電位、電動勢、功和功率六個物理量的大小都是定義的。電流強度或電流I的大小定義為：電路中任一截面流過的電荷與時間的比值，即I=q/t，I是電路中電流，q是流過電路任一截面的電量，t是流過電荷所用時間；任意兩點a、b之間電壓Uab定義為：電場力所做的功與搬運電荷的比值，即Uab=W/q，Uab是a、b之間電壓，W是電場力將正電荷由a搬到b處所做的功，q時所搬運的電荷的多少；任意一點a的電位定義為：a點與參考點c之間的電壓，即Va=Uab，c點是參考點；某一元件所做的功定義為：元件兩端電壓、電流與時間乘積，即W=UIt，其中U是元件兩端電壓，I是流過元件電流，t是元件做功所用的時間；元件的功率定義為：元件做功的快慢，即P=W/t，W是負載在時間t內所做的功。結合相關物理量的定義，理解性的學習和記憶數學表達式，鍛煉學生們的邏輯思考能力，教師才能更好地展開下一步的教學。

四、記憶直流電路物理量的單位：公式計算正確性的前提和保障

任何一個物理公式不僅反映物理量之間的數量關系，也反映物理量之間的單位關系。因此，物理量的大小和單位同樣的重要，假如物理量只有大小，而沒有單位，那么該物理量就沒有意義。在電流大小計算公式中I=q/t，q的單位定義為庫倫（以物理學家名字命名），用q代表；t的單位定義為秒，用S代表，則I的單位就是庫倫/秒，定義為安培（以物理學家名字命名），用A代表；在電壓大小計算公式中Uab=W/q，W的單位定義為焦耳（以物理學家名字命名），用J代表，q的單位為庫倫，則電壓U曲的單位是焦耳/庫倫，定義為伏特（以物理學家名字命名），用V代表；在功的大小計算公式中W=UIt，電壓的單位是伏特，電流的單位是安培，時間的單位是秒，功的單位是：伏特×安培×秒，即是焦耳；功率的計算公式P=W/t，W的單位是焦耳，t的單位是秒，功率的單位是焦耳/秒，也叫瓦特（以物理學家名字命名），用W表示。大部分物理量都是以物理學家名字命名，實際上它們之間都存在著關聯。

五、理清直流電路物理量的方向或正負：學生理解性學習的重點

在這一部分教學時，要把各物理量的方向、參考方向或正負號講解清楚。要讓學生能夠真正理解直流電路工作時各物理量的狀態。電流的方向規定為正電荷運動的方向，電壓的方向規定為電位降低的方向，電動勢的方向規定為低電位指向高電位。在不知道電流、電壓、電動勢的實際方向時，要假設一個方向，這個方向就叫電流、電壓、電動勢的參考方向。當計算結果大于零，說明參考方向與實際方向相同，當計算結果小于零，說明參考方向與實際方向相反。例如：在電壓、電流參考方向選擇一致時，計算的功或功率大于零，說明元件是負載，是耗能元件；當計算的功或功率小于零，說明元件是電源。掌握了判斷的方法，學生分析電路才有了方向。

六、辨析直流電路物理量的區別與聯系：對已學知識點的疏理和深化

直流電路中的電壓與電位、功與功率很相近，初學者很易混淆，教學時要注意講清它們之間的關系。電壓與電位都是反映電場力在電路中兩點之間做功能力的物理量，其本質相同，不同之處在于：電壓研究對象是電路中的任意兩點，而電位研究對象是電路中的任一點與參考點。功指的是負載消耗電能或電源輸出電能的多少，而功率指的是負載消耗電能或電源輸出電能的快慢，相同點：都與電能有關；不同點：功指的是做功多少多少，而功率指的是做功的快慢。以此鞏固知識點，讓學生靈活運用，對于后續課程的學習將大有幫助。