電壓概念教學(xué)的探究

柳仕恭

【摘要】電壓是初中物理教學(xué)內(nèi)容電學(xué)部分最重要的基本概念，它既是學(xué)習(xí)和理解其他電學(xué)概念和規(guī)律的基礎(chǔ)，同時(shí)又是初中學(xué)生感到最抽象、最難理解的概念。

【關(guān)鍵詞】由于電壓概念的上述特點(diǎn)，因此，關(guān)于電壓概念如何教學(xué)的問(wèn)題，在有關(guān)的物理教學(xué)雜志上，曾經(jīng)進(jìn)行過(guò)多次的討論，發(fā)表了不少關(guān)于電壓教學(xué)的文章.歸納起來(lái)，這些文章的論點(diǎn)和爭(zhēng)論主要在于：用還是不用水壓比喻來(lái)講授電壓？

我們認(rèn)為，在初中電壓教學(xué)中，非常有必要運(yùn)用比喻的方法來(lái)引入電壓概念，從最根本的原因看，主要是因?yàn)槌踔袑W(xué)生的物理認(rèn)知水平還比較低，初中學(xué)生的物理思維基本上還處于具體運(yùn)算階段和前運(yùn)算階段.采用比喻的方法來(lái)引入電壓概念，才有可能使學(xué)生理解。

其次，用水壓做比喻恰當(dāng)嗎？我們認(rèn)為，從宏觀的角度看，膿壓做比喻是恰當(dāng)?shù)模驗(yàn)樗骱碗娏髟诒举|(zhì)上有相同之處，如它們都是物質(zhì)的遷移過(guò)程，水量和電量在遷移過(guò)程中都是守恒的，都要受到阻力，都可以對(duì)外做功，都是受到某種作用而運(yùn)動(dòng)等等。

但是，從微觀的角度看，用水壓做比喻來(lái)進(jìn)行電壓教學(xué)，卻并不是一個(gè)好的方案，同時(shí)也是多年來(lái)初中教材編寫一直未能很好解決的一個(gè)問(wèn)題.因此，有必要對(duì)目前初中教材電壓概念編寫的比喻方式進(jìn)行分析。

一、初中物理教材電壓編寫的分析

目前，初中物理教學(xué)是這樣進(jìn)行電壓概念引入的：要使燈泡發(fā)光，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，都需要電流.那么，電流又是怎樣形成的呢？讓我們對(duì)照水流的情形來(lái)認(rèn)識(shí)這個(gè)問(wèn)題。

在圖1所示的裝置中，打開閥門，就會(huì)形成由A經(jīng)過(guò)水管流向B的水流，這是因?yàn)锳處的水位高。

B處的水位低，A處對(duì)水管中水的壓強(qiáng)大，B處對(duì)水管中水的壓強(qiáng)小，因而管中的水由A處向B處流動(dòng).可見，水壓使水管中形成了水流，與此相似，

在圖2的電路中，電源的正極聚集有正電荷，負(fù)極聚集有負(fù)電荷，在電源的正、負(fù)極間就產(chǎn)生了電壓.這個(gè)電壓可以使電路中的正電荷由正級(jí)流向負(fù)極，或者使電路中的負(fù)電荷由負(fù)極流向正極（在金屬導(dǎo)體中是后一種情況）。這樣在電路中就產(chǎn)生了電流。所以，電壓使電路中形成了電流。

在圖1中，抽水機(jī)不斷地把水從B處抽到A處，使A處的水位總比B處高，保持水管兩端有一定的水壓，水管中就有持續(xù)的水流類似地，電源在工作中不斷地使正極聚集正電荷負(fù)極聚集負(fù)電荷，保持電路兩端有一定的電壓，使電路中有持續(xù)的電流，電壓使電路中形成電流，而電源是提供電的裝置。

我們認(rèn)為，上述用水壓來(lái)進(jìn)行電壓教學(xué)的比喻是牽強(qiáng)附會(huì)的，這種為了比喻而人為設(shè)置的例子日常生活中是根本不存在的，一邊耗費(fèi)電能來(lái)抽水，同時(shí)另一邊靠抽上來(lái)的水推動(dòng)渦輪機(jī)，這從根本上違反了邏輯性.其次，圖1左側(cè)管中的水是靠水壓而流動(dòng)的，而右側(cè)的水則是靠抽水機(jī)抽回而流動(dòng)的，兩者流動(dòng)的原因缺乏一致性，因一此，用水壓比喻來(lái)講授電壓顯然是符合物理學(xué)邏輯.同時(shí)又能較好地使初中學(xué)生接受電壓概念的真實(shí)物理情境，從這種基本思想出發(fā)，我們進(jìn)行了新的構(gòu)思，發(fā)現(xiàn)一種叫“土暖氣”的裝置是進(jìn)行電壓教學(xué)比喻的理想物理情境。

如圖3是一種土暖氣.其裝置的核心是一個(gè)帶有可加熱水箱的爐子（相當(dāng)于電源）.水箱上部側(cè)面和下部側(cè)面分別連接水管（相當(dāng)于電路）。

A為暖氣片

（相當(dāng)于用電器），

B為閥門（相當(dāng)于

開關(guān)）。

當(dāng)爐子開始

加熱水箱中的熱

水時(shí)，由于熱水

的密度小而冷水

的密度大，因此，

熱水就開始從水箱上部側(cè)面的連接水管流出，經(jīng)過(guò)暖氣片時(shí)放出熱量，溫度降低后的水經(jīng)閥門再?gòu)乃湎虏總?cè)面的連接水管流入水箱，經(jīng)爐子加熱后再完成下一循環(huán)。

在整個(gè)過(guò)程中，由于散熱，水管中各處水的溫度都是不相等的，而正是由于存在著溫度差，所以，才會(huì)有水的流動(dòng)，可以用一個(gè)表格表示如下：

這樣來(lái)進(jìn)行電壓概念的教學(xué)，情境真實(shí)、自然、符合邏輯。特別是能使電路與水路很好地對(duì)應(yīng)起來(lái)——管道各處均散熱對(duì)應(yīng)于導(dǎo)線各處均有電阻而有電能消耗，進(jìn)一步導(dǎo)致管道各處溫度均不相同對(duì)應(yīng)于電路中各處電勢(shì)高低各不相同，尤其是采用溫度差（溫壓）和電壓相對(duì)應(yīng)，使初中學(xué)往更容易接受，因?yàn)闇囟燃仁强梢愿惺艿降奈锢砹浚ū热缬檬钟|摸水管各處其冷熱程度不同），又是可以用溫度計(jì)加以測(cè)量的物理量，所以用溫度差（溫壓）來(lái)比喻電壓的教學(xué)方式符合初中學(xué)生的物理認(rèn)知水平，從理論上說(shuō)，在“勢(shì)場(chǎng)”中，電壓與電勢(shì)差是同義詞，因此，用溫度差（溫壓）來(lái)比喻電壓是一個(gè)比用水壓來(lái)比喻電壓更好的方法。