交变电流的定义探析

文∣曹芳

一、交变电流定义疑惑

在完成粤教版高中物理(2005年版)选修3-2的第二章“交变电流”第一节教学后，有这样一道题：

下列图象中属于交流电的是( )。

A.

B.

C.

D.

中学教师对这道题并不陌生，正确答案是ABC,对于B选项，答案是这样解释的：判断某一电流是不是交流电主要是看电流的方向是否发生变化，对电流的大小是否变化没有要求。有学生对B选项提出了质疑，该学生指出，教材中有关交流电的定义是这样的：强弱和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流。他认为依照书本上的定义，只有强弱和方向都随时间做周期性变化的电流才叫做交变电流，B答案应该是错误的。面对学生的质疑，也基于部分教师对交变电流定义的质疑，我们对交变电流的定义进行探讨。

二、教材中交变电流的定义

查阅不同版本的教材对交变电流的定义并将其整理，如表1所示。

从表1来看,2005年粤教版、1995年人教版、2006年人教版、2020年人教版、2005年沪科版教材对交变电流的定义几乎一致，即大小和方向都随时间做周期性变化的电流。2006年和2020年人教版教材在介绍交变电流的种类时，还配了图片，图1丙图中的矩形脉冲波与本文开头的例题B选项波形一致，即大小不变但方向随时间做周期性变化的电流也是交变电流。但这与教材的定义“大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流”有矛盾。

表1 中学教材对交变电流的定义

图1

相较于以上版本的定义，2003年人教版和2020年粤教版教材对交变电流的定义稍有变化。2003年人教版先描述了小灯泡接交变电流后的发光情况，再根据电流表指针左右摆动提出大小和方向在不断变化的电流“是”交变电流，没有用“叫做”二字。我们可以理解为“大小和方向在不断变化的电流是交变电流”，但交变电流不止这一种类型。2020年粤教版教材对直流和恒定电流的表述非常清晰，在交变电流的定义中把“强弱和方向都随时间做周期性变化”的“都”字去掉了，把“叫做”变成了“称为”，但这个定义与2003年人教版的定义一样，只是说明了强弱和方向随时间做周期性变化的电流是交变电流，而“大小不变、方向随时间变化的电流是否为交变电流”仍存在疑问。

三、交变电流定义查证

大小不变、方向随时间变化的电流是否为交变电流？交变电流该如何定义才能跟教材中的图片自洽？查阅大学几个版本的《电磁学》教材的交变电流定义，整理如表2所示。

表2 大学教材对交变电流的定义

梁绍荣和梁灿彬主编的三个版本的《电磁学》中对交变电流的定义跟多版本高中教材的定义几乎是一样的，也是电流的大小和方向都随时间而变化。梁灿彬主编的《电磁学》中，对于“直流”的描述非常清晰，可总结为以下两点：①直流电的基本特征是电流的方向不随时间变化；②直流电分两类，大小变化的直流叫做脉动直流，大小不变的直流叫做恒定电流。尽管该定义没有对大小不变、方向随时间变化的电流进行明确的分类，但基于教材对“直流”的描述，我们可以明确地判断出此类电流一定不是直流。

赵凯华主编的《电磁学》中对交变电流的定义则跟前面几个版本完全不一样，定义中没有要求电流的大小和方向都随时间做周期性变化，而是说如果电源的电动势e(t)随时间做周期性变化，电路中的电压u(t)和电流i(t)都将随时间做周期性变化，这种电路叫交流电路。教材中对交变电流还有这样的说明：实际中不同场合应用的交流电随时间变化的波形是多种多样的，电子计算机中采用的信号是矩形脉冲(并附有矩形脉冲的图像)。该版本对交变电流的定义符合广大中学教师对交变电流的认知，也能很好地消除学生和教师的质疑。

四、建议

部分旧版教材对交变电流的定义存在偏差，其原因可能是当时计算机没有普及，应用于计算机的矩形脉冲电流没有被人们认知和广泛应用。为了消除广大中学教师和学生的质疑，给交变电流一个更精准的定义是非常必要的。结合前面几个版本教材对交变电流的定义和中学生的认知能力，建议新版教材对交变电流的定义进行这样的修正：将方向不随时间改变的电流称为直流，其中强弱和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流；方向随时间做周期性变化的电流称为交变电流，简称交流。在生产和生活中，我们最常用的是强弱和方向都随时间做周期性变化的交变电流。