摘要:電位、電壓的概念及二者的關系以及電位的求解,學生很容易混淆,在教學中也是一重點,本文針對這些提出了幾點在課堂教學中應注意的問題。
關鍵詞:電位 電壓關系教學
中圖分類號:G4文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2011)02(a)-0000-00
電位的概念是電路的重要物理量之一,在電路分析中有廣泛的運用。在教學中,僅泛泛講解,學生很難理解并掌握基本知識點,如果在介紹抽象概念的同時輔以例題講解,再讓學生親手實驗,就能將抽象的概念融入實踐,學生就能理解掌握所學的知識,實現(xiàn)教學目的。
1 關于電位的概念
在電路中任選一點為參考點,則某點到參考點的電壓就叫這一點的電位。實際上,電位就是單位正電荷在電場中某點所具有的能量。要使學生充分理解這一概念,必須講清下列幾點:
(1) 關于參考點
講解電位時應強調參考點,學生可能不明白為什么要選參考點,可先以計算物體所處的高度是以海平面作為參考點為例來說明:計算電位時也要先指定參考點,參考點電位規(guī)定為零(如:選D為參考點,則φD=0V);這樣電路中其他各點電位才可以用數(shù)值來表示。比參考點高的電位為正,比參考點低的電位為負。不指定參考點來討論電位是沒有意義的。因為電壓的定義就是電位差,所以以零電位為基準的某點電壓就稱為該點的電位。原則上,參考點是可以任意選定的,但習慣上認為大地的電位為零,這是因為大地容納電荷的能力極大(即電容量極大),不會因局部電荷注入而影響它的電位高低。有些用電設備的機殼是需要接地的,凡與機殼相連的各點電位均為零;有些設備的機殼不一定和大地相連,有很多元件都要匯集到一個公共點(即用符號⊥表示),為了分析方便,可規(guī)定這一點為參考點。參考點一經選定之后,各點電位的計算即以該點為準。選定的參考點不同,電路中各點電位也就不同。
(2) 電位與電壓的區(qū)別與聯(lián)系
電位和電壓是不同的兩個概念,電位是相對的,它的大小與零電位點的選擇有關,當參考點發(fā)生變化時電路中各點的電位也會發(fā)生變化:電壓是絕對的,它的大小與零電位點的選擇無關,參考點變化時,電路中兩點之間的電壓不會變化。電位只是電路中某點的電位,其大小等于該點到參考點兩點之間的電壓;而電壓是電路中某兩點之間的電壓。例如:UAB指的是A、B間的電壓,而UBA指的是B、A間的電壓,UAB=φA-φB;UBA=φB-φA,所以,凡說到電壓,必須指明是哪兩點之間的電壓。在實際中學生很容易將二者弄混。如:將電壓寫作UA,將電位寫作φAB,很顯然,這種寫法是錯誤的,這就是沒弄清電位是“某點”而電壓是“兩點之間”的區(qū)別(正確的寫法應為φA、UAB)。電壓的實際方向是從高電位端指向低電位端,即電壓的實際方向是電位降低的方向。
2 關于電位的計算方法
在講解這一點時,應先從電位與電壓的這一關系(即電路中某兩點之間的電壓就等于該兩點之間的電位之差:UAB=φA-φB)著手。得出這樣的結論:求電位的問題實質就是求電路中兩點之間電壓的問題,就把求電位轉化成求電壓,求電路中兩點之間的電壓對同學們來說并不陌生。在說明上述一、二兩點時,可結合以下例題講解。
例1.如圖1:已知R1=100Ω、R2=1400Ω、US1=10V、US2=5V,求:UAB、φA、φB
解:(1)選D為參考點,則:φD=0V
I=(10+5)/(100+1400)=0.01A;φA=UAD=1400×I-5=0.01×1400-5=9V
φB=UBD=-5V;UAB=φA-φB=9-(-5)=14V
?。?)若選C為參考點,φc=0V
I=(10+5)/(100+1400)=0.01A
φA=UAC=-100×I=-100×0.01=-1V
φB=UBC=-I×(100+1400)=-0.01×1500=-15V
UAB=φA-φB=-1-(-15)=14V
上述數(shù)據(jù)中,當參考點由D變到C時,電路中A、B兩點的電位分別由9V、-5V變化到-1V、-15V,但A、B兩點間的電壓UAB卻仍為14V。從例子很直觀地就能得出結論:當參考點發(fā)生變化時,電路中各點電位也會發(fā)生變化,但電路中兩點間的電壓卻不變。
3 關于等電位點
講解這一概念,要著重等電位點的定義及等電位點的特點,從下列例題入手:
例2.如圖2:R1=6Ω,R2=2Ω,R3=9Ω,R4=3Ω,R5=R6=4Ω,選D為參考點,A、B、C三點的電位分別為:
φA=12/8×2=3V、φb=12/12×3=1V、φc=12/8×4=6V。
從例2的結論中得定義:像A、B這樣電位相同的點叫等電位點。特點:①.各點之間雖沒直接聯(lián)系,但其電位相等,等電位點間電壓為零。②.既然電壓為零,則若用導線或電阻元件將等電位點連接起來,其中沒有電流流過,不會影響電路原有的工作狀態(tài),即連接后不會影響電路中各點的電位及各部分的電壓和電流。
上述是從理論上分析了電位的概念及電位與電壓的關系及特點,學生會迷惑,難道電壓和電位關系真如上所講,特別是例2中A、B是電路中不同的點,電位竟然相等,而且,等電位點如用導線連接,真不會影響電路的工作狀態(tài)嗎?對此可以下面的實驗(圖3)讓學生分組按下列步驟做實驗:
(1) 按圖