電路中未知器件性質(zhì)的實(shí)用判斷方法探析

摘 要：本文針對(duì)注冊(cè)入學(xué)制下的高職學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，以實(shí)用電路分析教學(xué)中未知器件起電源作用或是負(fù)載作用內(nèi)容為例，進(jìn)行了課程教學(xué)方法的探討。

關(guān)鍵詞：注冊(cè)入學(xué)制；電路分析；未知器件；電源作用；負(fù)載作用

在電路分析的教學(xué)中，往往會(huì)遇到要判斷某一支電路中未知器件的性質(zhì)，即未知器件是起電源作用還是負(fù)載作用。

例如：圖1所示的電路中，已知U=50V，E=40V，R=100歐姆，試求電流I的大小，電動(dòng)勢(shì)E吸收功率還是發(fā)出功率，它處于什么狀態(tài)？

解：根據(jù)含源電路的歐姆定律，得到：

E=IR+U

I=E-U/R=（40-50）/100=-0.5A

電流實(shí)際方向與參考方向相反，也就是說(shuō)電源處于吸收功率狀態(tài)，相當(dāng)于負(fù)載狀態(tài)（即電源處于充電狀態(tài)）。圖中電動(dòng)勢(shì)E的方向與電流的方向相反，這種電動(dòng)勢(shì)在實(shí)際中常稱(chēng)為反電動(dòng)勢(shì)，它吸收能量，起負(fù)載作用，電動(dòng)勢(shì)的這種狀態(tài)也叫發(fā)電機(jī)狀態(tài)。

這僅僅是比較簡(jiǎn)單的判別題，如果這個(gè)器件的性質(zhì)是未知的，要判斷出是起電源作用還是負(fù)載作用，需進(jìn)一步判斷器件是發(fā)出功率還是接收功率，這就比較麻煩了。

例如：求下圖中各支路的器件是發(fā)出功率還是接收功率，功率是多少？

題目分析：利用教材上的解法，首先判斷出電壓方向和電流方向是關(guān)聯(lián)方向還是非關(guān)聯(lián)方向，然后根據(jù)電壓方向和電流方向是否是關(guān)聯(lián)方向來(lái)分類(lèi)。如果電壓方向和電流方向是關(guān)聯(lián)參考方向，用P=UI來(lái)計(jì)算。如果兩者是非關(guān)聯(lián)方向，用P=-UI來(lái)計(jì)算，計(jì)算出的結(jié)果若是正值，就可以判斷是接收功率，器件起負(fù)載作用；反之，計(jì)算結(jié)果若是負(fù)值，就是發(fā)出功率，器件起電源作用，計(jì)算過(guò)程如下。

解：圖a：判斷得到，電源與電流的方向是非關(guān)聯(lián)方向，

P=-UI=-2×5=-10W

結(jié)論：器件起電源作用，發(fā)出功率10W。

圖b：判斷得到，電源與電流的方向是非關(guān)聯(lián)方向，

P=-UI=-2×（-5）=10W

結(jié)論：器件起負(fù)載作用，接收功率10W。

圖c：判斷得到，電源與電流的方向是關(guān)聯(lián)方向，

P=UI=2×5=10W

結(jié)論：器件起負(fù)載作用，接收功率10W。

圖d：判斷得到，電源與電流的方向是關(guān)聯(lián)方向，

P=UI=2×（-5）=-10W

結(jié)論：器件起電源作用，發(fā)出功率10W。

這種判斷方法的重點(diǎn)是先確定電壓、電流參考方向是關(guān)聯(lián)方向還是非關(guān)聯(lián)方向，再分類(lèi)求出結(jié)果，根據(jù)所求的結(jié)果的正負(fù)來(lái)判斷所起作用。但實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生常常搞混兩者的關(guān)系，遇到類(lèi)似問(wèn)題時(shí)會(huì)產(chǎn)生畏難情緒。實(shí)踐教學(xué)證明，采用這種方法進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生接收這個(gè)知識(shí)點(diǎn)需要花費(fèi)較大的力氣。

能不能有一種方法，針對(duì)注冊(cè)招生來(lái)的學(xué)生進(jìn)行教學(xué)，使他們比較容易接受。

根據(jù)學(xué)生已學(xué)知識(shí)，負(fù)載是接收功率，它是消耗能量的。負(fù)載上的電壓U和流過(guò)的電流I的實(shí)際方向（電壓和電流的實(shí)際方向相同）如圖3所示。

電源是產(chǎn)生能量，即發(fā)出功率，電源的電動(dòng)勢(shì)E的方向和電源電壓U，電流I的實(shí)際方向（電壓和電流的實(shí)際方向相反）如圖4表示。

如果能從電壓實(shí)際方向和電流實(shí)際方向判斷出器件是負(fù)載還是電源，從而就很容易得出：電源發(fā)出功率，負(fù)載接收功率，而計(jì)算公式都用P=UI，不用考慮數(shù)值的正負(fù)號(hào)了。同樣可以通過(guò)上面的例子來(lái)說(shuō)明這種判斷的方法的準(zhǔn)確性。

首先，根據(jù)提供的電壓和電流的數(shù)值及參考方面畫(huà)出實(shí)際的電壓和電流方向。如圖5所示。

根據(jù)電源電壓和電流的實(shí)際方向、負(fù)載電壓和電流的實(shí)際方向就可以直接判斷出：

圖e：電壓與電流方向相反，器件是電源，發(fā)出功率10W。

圖f：電壓與電流方向相同，器件是負(fù)載，接受功率10W。

圖g：電壓與電流方向相同，器件是負(fù)載，接受功率10W。

圖h：電壓與電流方向相反，器件是電源，發(fā)出功率10W。

可以得出：判斷的結(jié)果是一樣的。

可以再通過(guò)一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明這種方法的正確性。圖6中方框代表電源或負(fù)載，已知U=220V，I=-1A，試問(wèn)哪些方框是電源，哪些方框是負(fù)載？

分析：首先畫(huà)出各方框的電壓和電流的實(shí)際方向，然后進(jìn)行判斷與計(jì)算。

解：圖m：電壓和電流的實(shí)際方向相反，此方框中器件是電源，它發(fā)出功率。

P=UI=220×1=220W

圖n：電壓和電流的實(shí)際方向一致，此方框中器件是負(fù)載，它接收功率。

P=UI=220×1=220W

圖o：電壓和電流的實(shí)際方向一致，此方框中器件是負(fù)載，它接收功率。

P=UI=220×1=220W

圖p：電壓和電流的實(shí)際方向相反，此方框中器件是電源，它發(fā)出功率。

P=UI=220×1=220W

通過(guò)兩個(gè)例子可知，用這種方法來(lái)判斷未知器件起電源作用還是負(fù)載作用也是正確的。采用這種方法的關(guān)鍵是根據(jù)所提供的已知條件畫(huà)出電壓和電流的實(shí)際方向，利用電壓和電流的實(shí)際方向、電源電壓和電流的實(shí)際方向之間的關(guān)系來(lái)判別器件是起負(fù)載作用還是電源作用，判斷出器件是負(fù)載還是電源。事實(shí)上，利用物理量間的最基本的關(guān)系來(lái)教學(xué)，學(xué)生容易理解，也容易掌握，對(duì)于注冊(cè)招生來(lái)的中職生來(lái)說(shuō)完全能做出判斷，這樣教學(xué)后學(xué)生判斷的正確率大大提高了。

基金項(xiàng)目：江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院高等教育教學(xué)改革研究課題（課題編號(hào)：2016-JG-D-02、2016-JG-D-03）；江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院品牌專(zhuān)業(yè)（電氣自動(dòng)化技術(shù)專(zhuān)業(yè)）建設(shè)教育教學(xué)改革研究課題（課題編號(hào)：2017-PPZY-A-D-30）。