用类比法讲解“全电路欧姆定律”

赵金霞

摘 要：用类比法对全电路欧姆定律中涉及的概念和物理量进行逐一讲解，明确提出了类比法在本节所起的关键作用，以及取得的效果。

关键词：类比法；全电路；电动势；全电动欧姆定律

全电路欧姆定律是《电工基础》第一章重要的一节内容，后续的章节中多处电路的分析和计算要用这一定律，因此掌握全电路欧姆定律对于学好《电工基础》这门课程至关重要。但是由于本节涉及较多的概念且各物理量之间的关系复杂，再加上教材未附加相应的实验，因此学生很难理解和接受。针对这种情况，我通过实践，采用类比法讲解本节内容，取得了令人满意的效果。下面我就什么叫类比法以及如何用类比法讲全电路欧姆定律，介绍如下。

类比法是指在新事物同已知事物间具有类似方面比较，是人们所熟知几种逻辑推理中，最富有创造性的。科学史上很多重大发现、发明，往往发端于类比。例如：安培从环形电流的磁效应现象类比推出了分子环形电流的假说；库仑根据静电力与万有引力的类比，建立了库仑定律等。类比又被誉为科学活动中“伟大的引路人”。是它首先推动了假说的产生，尽管类比不能代替论证，但可以理解新知识、新概念和规律提供依托。全电路是指含有电源的闭合电路，电流通过时，可用电流类比水流。在重力作用下，水在水管中是由高处向低处流动的，通过重力作功使水的重力势能转变为水的动能。电流是电荷的定向移动形成的，在电场力的作用下，正电荷在导体中由电势高处向电势底处移动，通过电场力做功转变为其他形式的能，即电能转化为其他形式的能。我们知道重力使水向下流，但却不能使水循环流动。要想实现循环流动，就必须在循环系统中有水泵，水泵不停把低处水抽向高处，这样水就一直在循环流动。同样，在电路中要想维持一个循环稳定的电流，也要有一个“电泵”，即电源。这样电荷就在电源内部依靠电源力，把正电荷从低电位的负极经内电路送到高电位的正极，内电路和外电路连接而成一个闭合电路，这样电路中就有持续稳定的电流了。

在水泵中，水泵功率的大小是看它把单位质量的水提升多高，提升越高，其对水做的功率越多。同样，电源的强弱是看它把单位正电荷的电势提高的程度，提得越高对电荷所做的功就越多，即该电源把其他形式的能转化成电能的本领就越强。这样一类比，就很生动形象地向学生引出了难懂又抽象的电动势的概念。即电源力将单位正电荷从电源负极移到正极所做的功，用符号E表示。当水流在水泵内部时，要受水流阻力，同样，电流通过电源内部时，也受到阻碍，即电源内阻，一般用符号r0表示。很明显全电路就分为内外两部分：电源内部的电路成为内电路，电源外部的电路成为外电路，内外电路电压降之和等于电动势，用E表示。有部分电路欧姆定律来类比全电路欧姆定律为：全电路中的电流I与电源的电动势E成正比，与电路的总电阻（外电路的电阻R和内电路的电阻r0之和）成反比，即I=/。由此事还可得出，E=IR+Ir0=U+Ur0，U是外电路中的电压降，也是电源两端的电压，称为路端电压；Ir0是电源内部的电压降。通过类比，学生很容易理解和记忆全电路欧姆定律。下面举一例题：

如图电路中，已知电源电动势E=24V，内阻r0=2？赘，负载电阻R=10？赘，求：

（1）电路中的电流；

（2）电源的端电压；

（3）负载电阻上的端电压；

（4）电源内阻上的电压降。

解：根据全电路欧姆定律I=得：

（1）电路中的电I=流=24/10+2=2A

（2）电源中的端电压U=E-Ir0=24-2×2=20V

（3）负载电阻上的端电压U=IR=2×10=20V

（4）电源内阻上的电压降U=Ir0=2×2=4V

总之，采用类比的方法进行教学，可以把一些难懂的、抽象的物理概念转变成具体形象的、易懂的概念，使学生很快接受和理解，从而激发学生的学习兴趣，活跃课堂气氛，启发他们的思维，降低学习难度，使他们最大限度掌握所学知识。

编辑 尹 军