摘要：本文將水力學中的物理量類比歐姆定律中的電參量。將歐姆定律通過將歐姆定律形象化，可以使電路初學者快速地理解電壓、電流和電阻等電參量的工作原理；同時，該方法體現(xiàn)“注重基礎、加強實踐、強化應用、突出創(chuàng)新”的指導思想。提高了學生分析、解決問題的能力和創(chuàng)造性思維能力，激發(fā)學生的學習興趣，提高課程的教學質(zhì)量。

關鍵詞：職業(yè)技術教育；教師；學生

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1671-864X（2015）02-0183-02

一、研究目的、意義：

電路分析課程作為電子類專業(yè)的主干技術基礎課程之一，其陳舊的教學內(nèi)容，傳統(tǒng)的教學方法和教學手段已無法適應現(xiàn)代教育教學需要，從而制約了學生的個性化發(fā)展，也打擊了學生的學習積極性。在傳統(tǒng)直流電路的教學中，通常會用專業(yè)性很強的術語去定義生活中常見的電壓、電流、電阻以及電路。這使得直流電路中的一些基本概念很難在短時間內(nèi)被理解和運用。通過分析直流電路中電壓和電流的定義，將歐姆定律中電壓、電流和電阻三個電參數(shù)類比為水力學中水壓、水流和阻流物形象地闡述直流電路的運行原理。本文將研究直角坐標系下歐姆定律類比水力學函數(shù)關系，同時直觀地用直角坐標系表示出電流、電壓及負載之間的關系。該方法體提高了學生分析、解決問題的能力和創(chuàng)造性思維能力，激發(fā)學生的學習興趣，提高課程的教學質(zhì)量。

二、歐姆定律與直角坐標系之間的關系

坐標系中的斜率為電阻，角度越大，斜率越陡說明電阻值越大，當電阻阻值確定之后，電壓與電流成正比，隨著電壓的增大電流也隨之增大。在歐姆定律的前提下，為了使直角坐標系與形象量關聯(lián)起來，直角坐標系的橫縱坐標被重新定義如下圖所示。

圖中的斜率表示的是電流大小，角度越大斜率越大，電流也就越大，當電阻阻值確定之后，電壓的改變會使得直線的斜率發(fā)生變化，電壓越大，斜率越大即電流越大。將坐標系中的電學參量和形象量進行關聯(lián)，縱坐標可以理解為水泵給水流傳遞了多大的重力勢能，重力勢能的大小有水流被送達的高度所決定；橫坐標理解為負載的大小，一旦負載固定橫坐標的寬度也就固定；而斜率就水渠承載水流流動的路徑，在選用同樣的導線和負載的情況下，斜率越大，單位時間里水量就越大。

同樣，形象量直角坐標系也是能量交換的過程。當水流處在水平面時（即縱坐標）是不會流動的，因為沒有高度差，然而現(xiàn)在在原點處有一個水泵，它能夠將水平面的水源源不斷地抽送到高度為H的山上去，此時，山頂上正好有一個斜率為的水渠，水流自然會順這水渠往低處流，并且流到水平面為止，持續(xù)工作的水泵又會把水平面的水抽送到山頂。如此循環(huán)，水流會間斷地從山頂流到山腳，并由水泵在抽送至山頂，從而實現(xiàn)了重力勢能到動能，機械能到重力勢能的轉換。再設想一下，如果在斜率為K的水渠中安裝上一個水車，那么水車在水流的帶動下一定能轉動起來（假設以滿足一定的驅動條件），如果隨著水流被送至的高度降低，水渠的斜率也水減小，在同等水量的情況下水流的流速將減緩，以前能帶動的水車此時就不一定能夠帶動了，因此，水渠的斜率也是能量轉換規(guī)模的一種表現(xiàn)。

三、影響水流速度的因素

從式2可知，影響水流流量的因素有水渠的材質(zhì)、長度、橫截面積有關（斜率為K的水渠水流的載體），與負載的大小有關（橫坐標的寬度），與水流被送達的高度有關（縱坐標的高度）。但是當導線的材質(zhì)選定之后，水渠的寬度、長度就已經(jīng)固定了，然后負載的大小確定后橫坐標的寬度就也固定下來，因此，能量轉換的規(guī)模僅僅由水流的流速有關，而水流流速由水流被水泵送達的高度有關。電流的大小，可以從形象量直角坐標系斜線的傾斜程度直觀的讀出。斜率越大，水流的速度越快，單位時間內(nèi)流過的水量也越大即電流也就越大。

四、功率與形象量直角坐標系的關系

在電學中功率是描述電流做功快慢的物理量，它與負載緊密相關。負載是一種耗能元器件，單位時間內(nèi)，每種負載耗能的大小都是有一定的額定范圍，如果輸入能量速度在單位時間內(nèi)超過了負載耗能速度那么負載就有可能出現(xiàn)故障甚至損壞；相反，輸入能量的速度在單位時間內(nèi)小于負載的耗能速度，那么負載就有可能無法被驅動甚至停止工作。因此，功率在現(xiàn)實生活中有很重要的知道意義。

圖a表示阻值為R的純電阻負載的額定功率面積圖，這個時候負載上加載的是額定電壓和額定電流，它們能夠使負載正常的運作，能量交換的速度也適中。在負載阻值不發(fā)生變化的情況下，圖b中功率面積明顯比圖a大，這說明，此時負載上加載的電壓和電流已經(jīng)超過了負載所能承受的額定電壓和電流，如果持續(xù)工作必定會導致負載出現(xiàn)故障或者損壞。圖c則與圖b相反，面積比圖a小，無法驅動負載使其正常的工作。

五、總結

通過對歐姆定律電參數(shù)的分析，可以將電壓、電流和電阻類比為現(xiàn)實生活中水流做功的現(xiàn)象，并用函數(shù)關系式表達了電參數(shù)在類比為形象量時所對應的參量。在水渠材質(zhì)和形狀固定后，可以簡單的以水流流速來理解電流大小，水流具有的重力勢能的大小來理解電壓的大小。通過改變歐姆定律的橫縱坐標，將直線的斜率看作水流的速度，這也符合現(xiàn)實生活中的自然規(guī)律，水渠坡度越大水流的速度也越快，通過類比可以快速的從直角坐標系中看出流經(jīng)各負載電流的大小，而功率三角形可以快速的了解負載的運行情況，如果比額定功率三角形的面積大，說明負載正在過載運行，反正則負載不能正常工作。用水力學類比歐姆定律電參數(shù)的方法形象簡單，可以在教學中得以推廣，讓電學初學者能快速的理解歐姆定律中電參數(shù)的含義，以及能量交換的形式。

參考文獻：

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