直流电路物理量教学方法的探讨

刘理

摘要：在《电工学》直流电路教学中，讲到物理量时，要有方法的讲授直流电路物理量引入的意义、物理量的定义、物理量的数学表达式、物理量的单位、物理量的方向或正负、物理量的区别和联系，着重强调这六方面内容可以起到事半功倍的作用。

关键词：直流电路物理量；电流；电压、电位；电动势；功、功率。

中图分类号：04 文献标识码：A 文章编号：1672-4431（2013）04-0031-02

直流电路中的物理量有电流、电压、电位、电动势、电功和电功率六个，教师在讲解《电工学》课程这部分内容时，如果教学方法得当、条理清晰，学生不仅容易理解和接受，还能激发学生学习的积极性，对后续的学习更感兴趣。讲到这部分内容时，教师必须讲解清楚以下内容，才能达到教学目的。

一、直流电路物理量引入的意义：学习本课程的基础

要明确物理量引人的目的，即为什么要引入该物理量，它是用来反映、描述或表征什么的。讲到电流，要向同学们介绍在闭合电路中有正负电荷的流动，这个流动就是电流，电流不能用眼睛直接观察，需要观察时要借助仪表，电流与水流很相似，水的流动靠落差或外部压力，电荷的流动靠电场力或电源力；讲到电压，要讲清楚直流电路中任意两点存在着电位差即电压，有电压才有电荷的流动；讲到电位，要讲清楚是某点与参考点之间的电压，参考点是选取的电路中任一点；讲到电动势，要讲清楚不同的电源向电路输出的功率不同，电动势就是反映电源输出功率多少的物理量；讲到电功时，要讲清楚电源可以通过负载将电能转换为其他形式的能，即电流做功；讲到电功率时，要讲清楚不同的电源或负载在相同的时间内做的功不同，即是电功率。

二、活学直流电路物理量的定义：提高学生兴趣的切入点

物理量的定义是准确反映其意义的文字叙述，叙述语言不是唯一的，要求学生在理解物理意义的前提下记忆，抓住关键字句后将物理量定义变成自己的语言来叙述，切忌死记硬背。如电压的定义是：引入的衡量电场力在任意两点间做功能力的物理量。其关键词句是电场力在两点间做功，在理解这句话、抓住关键词句后，其余内容可以有不同语言描述。这个定义也可以这样描述：反应电场力在任意两点间做功本领的物理量叫电压。如电流的定义：电荷在外力的作用下的定向流动形成电流。其关键词句有：电荷（正电荷或负电荷）、外力（电场力、电源力）的作用。抓住关键词句后，电流的定义也可以这样说：电荷受电场力的作用而定向流动。电动势的定义是：引人的衡量电源将其他形式的能量转换为电能快慢的物理量，其含义是电动势越大，输出功率越大。电功的定义：电路元件所做的功等于电路中电压、电流和时间的乘积。电功率的定义：电路元件所做的功与时间的比值。有部分教材对这些定义的叙述不清晰，教师讲解时一定要将它变为自己的语言，切忌背定义，不然学生很难接受。

三、理解直流电路物理量的数学表达式：让学生学会逻辑思考的根本

物理量的数学表达式就是用数学公式将物理量的定义表示出来。直流电路中的电流、电压、电位、电动势、功和功率六个物理量的大小都是定义的。电流强度或电流I的大小定义为：电路中任一截面流过的电荷与时间的比值，即I=q/t，I是电路中电流，q是流过电路任一截面的电量，t是流过电荷所用时间；任意两点a、b之间电压Uab定义为：电场力所做的功与搬运电荷的比值，即Uab=W/q，Uab是a、b之间电压，W是电场力将正电荷由a搬到b处所做的功，q时所搬运的电荷的多少；任意一点a的电位定义为：a点与参考点c之间的电压，即Va=Uab，c点是参考点；某一元件所做的功定义为：元件两端电压、电流与时间乘积，即W=UIt，其中U是元件两端电压，I是流过元件电流，t是元件做功所用的时间；元件的功率定义为：元件做功的快慢，即P=W/t，W是负载在时间t内所做的功。结合相关物理量的定义，理解性的学习和记忆数学表达式，锻炼学生们的逻辑思考能力，教师才能更好地展开下一步的教学。

四、记忆直流电路物理量的单位：公式计算正确性的前提和保障

任何一个物理公式不仅反映物理量之间的数量关系，也反映物理量之间的单位关系。因此，物理量的大小和单位同样的重要，假如物理量只有大小，而没有单位，那么该物理量就没有意义。在电流大小计算公式中I=q/t，q的单位定义为库伦（以物理学家名字命名），用q代表；t的单位定义为秒，用S代表，则I的单位就是库伦/秒，定义为安培（以物理学家名字命名），用A代表；在电压大小计算公式中Uab=W/q，W的单位定义为焦耳（以物理学家名字命名），用J代表，q的单位为库伦，则电压U曲的单位是焦耳/库伦，定义为伏特（以物理学家名字命名），用V代表；在功的大小计算公式中W=UIt，电压的单位是伏特，电流的单位是安培，时间的单位是秒，功的单位是：伏特×安培×秒，即是焦耳；功率的计算公式P=W/t，W的单位是焦耳，t的单位是秒，功率的单位是焦耳/秒，也叫瓦特（以物理学家名字命名），用W表示。大部分物理量都是以物理学家名字命名，实际上它们之间都存在着关联。

五、理清直流电路物理量的方向或正负：学生理解性学习的重点

在这一部分教学时，要把各物理量的方向、参考方向或正负号讲解清楚。要让学生能够真正理解直流电路工作时各物理量的状态。电流的方向规定为正电荷运动的方向，电压的方向规定为电位降低的方向，电动势的方向规定为低电位指向高电位。在不知道电流、电压、电动势的实际方向时，要假设一个方向，这个方向就叫电流、电压、电动势的参考方向。当计算结果大于零，说明参考方向与实际方向相同，当计算结果小于零，说明参考方向与实际方向相反。例如：在电压、电流参考方向选择一致时，计算的功或功率大于零，说明元件是负载，是耗能元件；当计算的功或功率小于零，说明元件是电源。掌握了判断的方法，学生分析电路才有了方向。

六、辨析直流电路物理量的区别与联系：对已学知识点的疏理和深化

直流电路中的电压与电位、功与功率很相近，初学者很易混淆，教学时要注意讲清它们之间的关系。电压与电位都是反映电场力在电路中两点之间做功能力的物理量，其本质相同，不同之处在于：电压研究对象是电路中的任意两点，而电位研究对象是电路中的任一点与参考点。功指的是负载消耗电能或电源输出电能的多少，而功率指的是负载消耗电能或电源输出电能的快慢，相同点：都与电能有关；不同点：功指的是做功多少多少，而功率指的是做功的快慢。以此巩固知识点，让学生灵活运用，对于后续课程的学习将大有帮助。