淺談電位梯形圖教學法在電工教學中的應用

[摘 要] 在電工教學過程中，一些理論性很強的概念，如，電壓和電位等，給教師的“教”增添了不少難度，也給學生的“學”帶來很大困難。為此，應用對比法和圖形法，推出電位梯形圖教學法。

[關 鍵 詞] 概念；電位梯形圖；電工教學

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）36-0164-01

高等教育出版社《電工技術》第2版教材中第3頁關于“電壓”和“電位”兩個概念以及它們之間的關系是這樣敘述的：“電場力將電荷從電場中A點移送到B點所做的功與被移送的電量之比稱為A、B兩點之間的電壓”“電壓是電場力在電場中確定的兩點（如A和B）移送電荷所做的功與被移送電量之比，而在電場中某點的電位則是電場力將該點的電荷移送到零電位所做的功與被移送電量之比。”[1]

再如，高等教育出版社《電工技術與技能》第2版教材中第22頁關于“電壓”是這樣敘述的：“A、B兩點間的電壓UAB在數值上等于電場力把正電荷由A點移到B點所做的功WAB與被移動電荷的電荷量的比值。”[2]

從以上敘述我們不難看出，“電壓”和“電位”兩個概念不僅抽象，而且量化計算難度也很大。因此，筆者嘗試以下兩種方法解決這個問題。

一、對比法

高度是某點相對于參考面的垂直距離，如果選取不同參考面，該點的高度就不同，因此，高度是相對的；高度差則是兩點間的距離，與選取參考面沒有關系，因此，高度差是絕對的。筆者認為：“電壓”和“電位”與“高度差”和“高度”意思大致相同。如果我們把“電壓”和“電位”與“高度差”和“高度”對比理解就容易多了。

二、圖形法

不僅如此，筆者還借鑒PLC梯形圖編程方法自定義一個“電位梯形圖”，加深理解“電壓”和“電位”兩個概念，以及它們之間的關系。

案例：如圖1所示，忽略電源內阻。計算開關K閉合、斷開時，分別以C、B、A為零電位點時，計算其他點的電位以及兩點之間的電壓。

首先我們利用歐姆定律來分析開關K閉合時的情形。此時，C、D兩點可視為同一點。

設C點電位VC為零電位點，即VC=0V，由歐姆定律得：A點、B點電位為VA=12V，VB=8V。以此類推，設B點電位VB為零電位點，A點、C點電位為VA=4V，VC=-8V；設A點電位VA為零點位點，B點、C點電位為VB=-4V，VC=-12V。

根據以上數據如果我們畫出一個“電位梯形圖”，就可以直觀了解4點（即A、B、C、D）電位之間的關系，以及兩點之間的電壓。

A點電位最高，表示A點電位的一條水平線段畫在最上面；B點電位次之，表示B點電位的一條水平線段畫在中間；C、D兩點電位最低，表示C、D兩點電位的一條水平線段畫在最下面。如圖2所示。

從“電位梯形圖”我們可以看出：

A點電位比B點電位高，VA=VB+4V，B點電位比C（或D點）電位高，VB=VC+8V，A點電位比C點電位高，VA=4V+8V=12V，即UAB=4V，UBC=8V，UAC=12V。

如果我們再利用“電位梯形圖”分別計算以A、B、C點為零電位點時其他點的電位就更容易了。如，設B點電位VB零電位點，那么A點電位為4V，C點電位為-8V，以此類推。

我們再來看看當開關K斷開時的情形。此時，C、D兩點不能視為同一點。

開關K斷開時，回路電流等于零，即I=0。根據部分歐姆定律可知UAC=E=12V，UAB=IR1=0V，UBD=IR2=0V。

又因為UAC=VA-VC=12V，UAB=VA-VB=0V，UBD=VB-VD=0V。

所以VA=12V+VC，VA=VB=VD 。

由于A、B、D三點電位相同，故畫在同一條水平線段上，如圖3所示。C點接電源負極，電位最低，就用最下面一條水平線段表示：

由此可見，利用電位梯形圖教學法分析A、B、C、D四點電位之間的關系，以及兩點之間的電壓非常直觀，教學效果不言而喻。

三、結語

面對理論性很強的概念，教育工作者切記不要紙上談兵、照本宣科，要轉換思路和教學方法，這樣才能擺脫“老師難教，學生難學”的困境。

參考文獻：

[1]曾祥富，鄧朝平.電工技術[M].2版.高等教育出版社，2004-02.

[2]陳雅萍.電工技術技術與技能[M].2版.高等教育出版社，2014-01.