浅析电路中的几个易混淆量
来源:用户上传
作者:
摘 要：在近年物理高考试题中有关电源的知识频频出现，是一个必考点。每次解决此类题目，学生都比较容易出错，就其原因主要是对电路中的相关物理量的定义拿捏不准，来龙去脉把握不精。尤其对电源内部所发生的物理过程更是含糊。其次电路中各个物理量之间的关系、各物理量之间的区别比较复杂容易混淆。因此在应用这部分内容解决电路相关问题时，出现的错误较多。而这些错误大多是由于基本概念不清所致。
关键词：电源；电动势；电势差；功率
为了学生在今后遇到此类问题时少出错不出错，下面谈几点本人在该章节教学过程中的看法：
一、要明确电源电动势定义的物理本质
电动势是描述电源性质的重要物理量，理解好电动势这一重要概念，是学好电路知识的关键之处。要明白电动势产生的物理过程，就必须弄清楚什么是非静电力和非静电力所做的功。电荷在静电力作用下可以移动，同样在化学力，磁场力，等非静电力作用下也可移动，我们将除了静电力之外的可使电荷移动的力称为非静电力，常见的主要有化学力和磁场力。对于化学力大家很熟悉，只要在电路中看到了干电池和蓄电池就必然想到它是电源，且有化学力存在。对于磁场力来说，尽管在电磁感应中见的比较多，而往往忽略了它是电源，好多学生并没有把磁场力和电源内的非静电力联系起来。例如，一根导体棒在磁场中做切割磁感线运动时，导体棒两端将产生动生电动势，如果构成闭合回路，就会产生感应电流，切割磁感线的导体棒就是一个电源。导线内的自由电子在洛伦兹力的作用下而移动。导线中感应电流的方向可由右手定责判断，从而导线两端的电势高低可得出。从而进一步得出等效电源的正负极，画出等效电路图便于之后的计算。电源的电动势与非静电力做功联系密切，电源内部，非静电力把聚集到电源负极的正电荷从负极搬用到正极时要对电荷做正功，该过程是非静电力做功将其它形式的能转化为电能的物理过程，是产生电源电动势的本质。比如干电池工作时将化学能通过化学力做功转化为电能，发电机通过磁场力做功将机械能转化为电能。因此，在电源内部，非静电力做功的过程是能量相互转化的过程。电源的电动势就是从这里定义的，即非静电力把正电荷从负极搬用到正极时所做的功与被搬用电荷所带电荷量的比值定义为电源的电动势。公式为。
二、电动势（E）与电势差（U）的区别
这两个概念是电路中最容易混淆的。因此，区分清楚这两个物理量对解决问题至关重要。首先抓住定义区分，电动势是表示非静电力把单位正电荷从负极搬用到正极所做的功。而电势差则是电场中电场力把单位正电荷从电场中A点，经任意路径，移动到B点所做的功。这是两个完全不同的概念。另外电源的路端电压，内电压与电动势的区别，也要区分清楚。电源的路端电压是指电源加在外电路两端的电压，是电源的输出电压或者说是外电路的总电压。对确定的电源电动势不变，而电源的路端电压却是随外电路负载 变化的，它的变化规律遵从全电路欧姆定律（E=IR外+Ir内）。尽管物理过程虽然也发生在电源内部，但与电动势的意义却不同，因为它是由静电力所引起的，在整个闭合电路中通过静电力做功将电能又转化为其它形式的能。电源外部和内部都在消耗电能，对于一个确定的电源内阻是不变的，但通过电源的电流是随外电路而变化的。曾经课堂上有学生提问到，为什么把伏特表接在电源两端时，测得的是路端电压而不是电动势？其实这里只要把伏特表视为外电路就可以解决了。相当于和外电路并联的电路，其电压等于外电路两端的电压，因此读数小于电源的电动势。还有的同学认为电源的电动势必定大于电源的路端电压，这也不正确。因为他忽略了电源被充电时的情况，电源充电时电动势在电路中是反电动势，此时路端电压大于电源的电动势。
同理，电源充电时，电源内部电流由高电势流向低电势，所以在电源内部电流总是由低电势流向高电势的说法也是不正确的。
三、电源的功率
电源的功率是指电源工作时的全部电功率，包括外电路和内电路消耗功率之和，且等于电源的电动势与通过电源的电流之积P=EI。有些学生认为这个功率对一个确定的电源来说是定值，这是错误的。因为电流是随外电路而變化的，所以EI也随外电路而变化。对于确定电源它所承担的最大电流是有限度的，此最大电流叫电源的额定电流。如果实际电流超过了电源的额定电流，电源就可能被烧毁。当流过电源的为额定电流时，电源对应一个额定功率，它是额定电流与电动势的乘积，这是一个衡量。电源的实际功率要小于其额定功率，所以那些认为电源在工作时功率不变的同学，是把额定功率误认为是实际功率了。
其次，要分清电源的功率与电源的输出功率和输入功率的区别，后两者是指电源的路端电压与电流的乘积（P输 =UI）。当电源放电时，电源的功率大于输出功率；当电源充电时，电源的功率小于输入功率。
总之，要解决好电路中的能量守恒，各电学量之间的关系，就必须要搞清楚电源内部和外部发生的物理过程，理解各物理量的含义，不能盲目死记硬背物理公式。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-14865622.htm
