用類比法講解“全電路歐姆定律”

趙金霞

摘 要：用類比法對全電路歐姆定律中涉及的概念和物理量進行逐一講解，明確提出了類比法在本節(jié)所起的關鍵作用，以及取得的效果。

關鍵詞：類比法；全電路；電動勢；全電動歐姆定律

全電路歐姆定律是《電工基礎》第一章重要的一節(jié)內容，后續(xù)的章節(jié)中多處電路的分析和計算要用這一定律，因此掌握全電路歐姆定律對于學好《電工基礎》這門課程至關重要。但是由于本節(jié)涉及較多的概念且各物理量之間的關系復雜，再加上教材未附加相應的實驗，因此學生很難理解和接受。針對這種情況，我通過實踐，采用類比法講解本節(jié)內容，取得了令人滿意的效果。下面我就什么叫類比法以及如何用類比法講全電路歐姆定律，介紹如下。

類比法是指在新事物同已知事物間具有類似方面比較，是人們所熟知幾種邏輯推理中，最富有創(chuàng)造性的。科學史上很多重大發(fā)現(xiàn)、發(fā)明，往往發(fā)端于類比。例如：安培從環(huán)形電流的磁效應現(xiàn)象類比推出了分子環(huán)形電流的假說；庫侖根據(jù)靜電力與萬有引力的類比，建立了庫侖定律等。類比又被譽為科學活動中“偉大的引路人”。是它首先推動了假說的產生，盡管類比不能代替論證，但可以理解新知識、新概念和規(guī)律提供依托。全電路是指含有電源的閉合電路，電流通過時，可用電流類比水流。在重力作用下，水在水管中是由高處向低處流動的，通過重力作功使水的重力勢能轉變?yōu)樗膭幽堋ｋ娏魇请姾傻亩ㄏ蛞苿有纬傻模陔妶隽Φ淖饔孟拢姾稍趯w中由電勢高處向電勢底處移動，通過電場力做功轉變?yōu)槠渌问降哪埽措娔苻D化為其他形式的能。我們知道重力使水向下流，但卻不能使水循環(huán)流動。要想實現(xiàn)循環(huán)流動，就必須在循環(huán)系統(tǒng)中有水泵，水泵不停把低處水抽向高處，這樣水就一直在循環(huán)流動。同樣，在電路中要想維持一個循環(huán)穩(wěn)定的電流，也要有一個“電泵”，即電源。這樣電荷就在電源內部依靠電源力，把正電荷從低電位的負極經內電路送到高電位的正極，內電路和外電路連接而成一個閉合電路，這樣電路中就有持續(xù)穩(wěn)定的電流了。

在水泵中，水泵功率的大小是看它把單位質量的水提升多高，提升越高，其對水做的功率越多。同樣，電源的強弱是看它把單位正電荷的電勢提高的程度，提得越高對電荷所做的功就越多，即該電源把其他形式的能轉化成電能的本領就越強。這樣一類比，就很生動形象地向學生引出了難懂又抽象的電動勢的概念。即電源力將單位正電荷從電源負極移到正極所做的功，用符號E表示。當水流在水泵內部時，要受水流阻力，同樣，電流通過電源內部時，也受到阻礙，即電源內阻，一般用符號r0表示。很明顯全電路就分為內外兩部分：電源內部的電路成為內電路，電源外部的電路成為外電路，內外電路電壓降之和等于電動勢，用E表示。有部分電路歐姆定律來類比全電路歐姆定律為：全電路中的電流I與電源的電動勢E成正比，與電路的總電阻（外電路的電阻R和內電路的電阻r0之和）成反比，即I=/。由此事還可得出，E=IR+Ir0=U+Ur0，U是外電路中的電壓降，也是電源兩端的電壓，稱為路端電壓；Ir0是電源內部的電壓降。通過類比，學生很容易理解和記憶全電路歐姆定律。下面舉一例題：

如圖電路中，已知電源電動勢E=24V，內阻r0=2？贅，負載電阻R=10？贅，求：

（1）電路中的電流；

（2）電源的端電壓；

（3）負載電阻上的端電壓；

（4）電源內阻上的電壓降。

解：根據(jù)全電路歐姆定律I=得：

（1）電路中的電I=流=24/10+2=2A

（2）電源中的端電壓U=E-Ir0=24-2×2=20V

（3）負載電阻上的端電壓U=IR=2×10=20V

（4）電源內阻上的電壓降U=Ir0=2×2=4V

總之，采用類比的方法進行教學，可以把一些難懂的、抽象的物理概念轉變成具體形象的、易懂的概念，使學生很快接受和理解，從而激發(fā)學生的學習興趣，活躍課堂氣氛，啟發(fā)他們的思維，降低學習難度，使他們最大限度掌握所學知識。

編輯 尹 軍