淺談高中物理中的電學(xué)章節(jié)教學(xué)

郭蘭英

重慶市田家炳中學(xué)校

淺談高中物理中的電學(xué)章節(jié)教學(xué)

郭蘭英

重慶市田家炳中學(xué)校

電學(xué)是高中物理的一個重要組成部分，在知識體系中從電子的圍觀角度和電路的宏觀角度分別對電進行了闡釋，通過對電場強度、電勢能以及電容等的介紹使學(xué)生從各個角度對電學(xué)產(chǎn)生了一定的了解，對學(xué)生進入高等學(xué)府繼續(xù)學(xué)習(xí)電學(xué)打下了堅實的基礎(chǔ)。在本篇文章中，作者對高中物理學(xué)中的電學(xué)知識框架進行了闡釋，希望能夠?qū)Ω咧袑W(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)起到一定的幫助。

淺談；高中物理；電學(xué)

高中物理中的電學(xué)知識點主要包含電流、電磁場、電磁感應(yīng)和交變電流四個部分，四個部分層層遞進相互聯(lián)系，完全涵蓋了基礎(chǔ)電學(xué)的所有知識，既起到了普及科學(xué)的作用，有起到一個階梯的作用，為同學(xué)們進入大學(xué)后學(xué)習(xí)高等電學(xué)做準(zhǔn)備。

一、電流

電流的基礎(chǔ)知識包括了電流的產(chǎn)生原因、電流在電路中的分配原則以及電流與做功的關(guān)系等。說起電流的產(chǎn)生原因，其根本就是電荷的運動，物理學(xué)規(guī)定電流的方向與正電荷的運動方向一致，與負(fù)電荷的運動方向相反，所以金屬晶體中的電流方向與電子運動的方向相反。從電勢的角度來看，產(chǎn)生電流的原因是電勢差的存在以及電勢差之間的通路。電流的大小表示的是電荷流動的密度，同時也是電勢差與電阻的比值。電流在電路中的分配原則可分為串聯(lián)電路和并聯(lián)電路兩種情況，在串聯(lián)電路中，由于電子依次通過每一個電子元件，就如水流依次通過變徑的水管一樣，每一處的電流密度肯定是相同的，根據(jù)歐姆定律，電流運動在電子元件上引起的電壓降，也就是電勢降低的幅度與電阻成成正比，也就是說電阻大的元件分配的電壓降較高，但是經(jīng)過它們的電流相同。這一點在并聯(lián)的電路中正好相反。在并聯(lián)的電路中，由于電流有著多種選擇，比如在兩條并聯(lián)的電路中，電流肯定會優(yōu)先選擇電阻小的電路通過，正如水流更容易通過大管徑的通道，于是在不同電阻的兩條電路中就產(chǎn)生了電流的分配，事實上，電流的大小這時候與電阻的大小成反比，電阻小的電路電流較大，并且分別將電流與電阻相乘發(fā)現(xiàn)電壓是相同的，也就是說在串聯(lián)電路的兩側(cè)，兩條電路的電壓降是相同的，不同的是兩條電路中的電流與電阻成反比。電路的并聯(lián)相當(dāng)于為電流開辟了新的通道，于是電流必定增加，整體組合的電阻減小，這個結(jié)論與歐姆定律中并聯(lián)電阻的計算是完全吻合的。電流做功是我們目前應(yīng)用電能最廣泛地運用，電動機利用電能產(chǎn)生動力進而驅(qū)動各種機器，電燈泡通過對電能的消耗產(chǎn)生熱能，而節(jié)能等通過電能的消耗來激發(fā)汞蒸氣發(fā)出電磁波刺激管壁內(nèi)測的熒光粉從而產(chǎn)生照明。電能的消耗是高中物理必考的知識點，通過給定的電流、電壓、電阻等參數(shù)對電能的消耗進行計算，以及大量公式的相互轉(zhuǎn)換等，成為解題的一個關(guān)鍵。

二、電磁場

電場與磁場存在著密切的關(guān)系，根據(jù)麥克斯韋的理論，運動的電場產(chǎn)生磁場，并且運動的磁場產(chǎn)生電場。在高中物理的電學(xué)體系中，雖然對電場和磁場進行了分開的講解，到了最后還是對電磁場的概念進行了描述，這樣就為高等電學(xué)的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。電場是電荷的一種基本性質(zhì)，任何帶電的物體周圍都分布著電場，電場的方向是從正極出發(fā)指向負(fù)極，用電場線的疏密來表示電場的大小。高中物理課本中涉及到的電場基本就是兩種類型，一類是電荷周圍的電場，正電荷的電場分布是從電荷出發(fā)向四周發(fā)生，負(fù)電荷是從四周指向電荷本身。第二類是平板電容器的電場，從正極指向負(fù)極，不考慮邊界的情況下，平板電容器中的電場為平行線，這樣為計算電荷在其中受到的力以及電荷在其中運動所做的功的大小有很大的方便，成為了一個十分容易出題的考點。沿著電場的方向，電勢的概念被提了出來，電勢的降低將勢能轉(zhuǎn)化為了動能或者熱能，這樣在能量守恒定律的大背景下進行了電量、電勢、電能與動能等的統(tǒng)一。

從微觀的角度來講，任何的磁場都是運動的電荷產(chǎn)生的，例如在永磁體的內(nèi)部，由于粒子中的電子繞相同的方向轉(zhuǎn)動，使得它們產(chǎn)生的磁場能夠疊加到一起，形成了我們宏觀上的磁場。再者，有研究表明，地磁場也是由于地殼內(nèi)部的金屬元素主要是鐵元素按照一定的方向轉(zhuǎn)動形成的，對于保護地球不受宇宙射線和宇宙高能粒子的破壞起了很大的作用。磁場的強度是用磁感線的密度來表示的，洛倫茲力與帶電粒子的速度，帶電粒子的電量以及磁感性強度有關(guān)。

三、電磁感應(yīng)

電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用為人類利用能源帶來了革命性的變化，將其他形式的能源例如水能、風(fēng)能、熱能等轉(zhuǎn)化為電能，然后用電能驅(qū)動電動機、電燈、留聲機等，為人類文明的進步發(fā)揮了重要的作用。在動能向電能轉(zhuǎn)化的過程中，通常是利用發(fā)電機，而發(fā)電機的基本原理就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。用一段導(dǎo)體切割磁感線，在導(dǎo)體內(nèi)部由于電磁感應(yīng)使得電子的運動不再雜亂無章，而是沿著相同的方向運動，于是在閉合回路之中形成了電流，能量實現(xiàn)了從動能向電能的轉(zhuǎn)化。電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流的大小與磁感線被切割的速率成正比。在一般的考試題目中，利用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向以及對感應(yīng)電動勢的計算，成為熱點的問題。電磁感應(yīng)為人類的進步做出了突出的貢獻。日光燈的自感以及電臺發(fā)射頻率的變化規(guī)律，作為選修的內(nèi)容，也能夠引起很多學(xué)生的興趣。

四、交變電流

交變電流是目前我們利用發(fā)電機組將動能轉(zhuǎn)化為電能后電能的一種表現(xiàn)形式，由于金屬棒在電動機內(nèi)的上半部分與下半部分切割磁感線的方向相反但是速度相同并且呈現(xiàn)出對稱的現(xiàn)象，電動勢的瞬間值得圖像呈現(xiàn)出正弦或者余弦，于是產(chǎn)生的電流也就成為了正弦或者余弦的波。正極和負(fù)極呈現(xiàn)出周期性的交替，這就是交變電流。目前，人類發(fā)明的大部分電力機械直接利用的都是交流電，其電能的計算公式與數(shù)學(xué)中的正（余）弦的面積有著類似的性質(zhì)。由于交變電流的正負(fù)極一直在變化，那么接有電容的電路就變成了通路，通過電感的原理，可以將電壓進行轉(zhuǎn)化，電壓的大小與變壓器兩側(cè)的線圈匝數(shù)之比有關(guān)，對于變壓器的變形成為一個很容易出題的考點。通過電磁感應(yīng)原理，使得交變電流的非接觸式測量成為了可能。交變電流的知識點中涉及到了很多的角度或者正負(fù)等，甚至據(jù)此計算其他波形電流的電能也成為一個常考的考點，這一點十分值得學(xué)生們注意。

總結(jié)：

電學(xué)是高中物理的一個重要組成部分，從微觀的電子旋轉(zhuǎn)到宏觀的發(fā)電機發(fā)電，變壓器變壓以及交變電流網(wǎng)絡(luò)，都成為高中物理電學(xué)部分的重要知識點。在學(xué)習(xí)的過程中，做到知識和公式的融匯貫通，注意知識點之間的聯(lián)系和區(qū)別，通過記憶和理解來學(xué)習(xí)高中物理電學(xué)部分，一定能夠取得很好的效果。

[1]徐澤敏.高中物理電學(xué)實驗導(dǎo)學(xué)案設(shè)計與研究.碩士學(xué)位論文東北師范大學(xué).2012

[2]李靜能量觀的初中電學(xué)教學(xué)研究.碩士學(xué)位論文.蘇州大學(xué).2013