淺析電路中的幾個易混淆量

李曉光

摘 要：在近年物理高考試題中有關電源的知識頻頻出現，是一個必考點。每次解決此類題目，學生都比較容易出錯，就其原因主要是對電路中的相關物理量的定義拿捏不準，來龍去脈把握不精。尤其對電源內部所發生的物理過程更是含糊。其次電路中各個物理量之間的關系、各物理量之間的區別比較復雜容易混淆。因此在應用這部分內容解決電路相關問題時，出現的錯誤較多。而這些錯誤大多是由于基本概念不清所致。

關鍵詞：電源；電動勢；電勢差；功率

為了學生在今后遇到此類問題時少出錯不出錯，下面談幾點本人在該章節教學過程中的看法：

一、要明確電源電動勢定義的物理本質

電動勢是描述電源性質的重要物理量，理解好電動勢這一重要概念，是學好電路知識的關鍵之處。要明白電動勢產生的物理過程，就必須弄清楚什么是非靜電力和非靜電力所做的功。電荷在靜電力作用下可以移動，同樣在化學力，磁場力，等非靜電力作用下也可移動，我們將除了靜電力之外的可使電荷移動的力稱為非靜電力，常見的主要有化學力和磁場力。對于化學力大家很熟悉，只要在電路中看到了干電池和蓄電池就必然想到它是電源，且有化學力存在。對于磁場力來說，盡管在電磁感應中見的比較多，而往往忽略了它是電源，好多學生并沒有把磁場力和電源內的非靜電力聯系起來。例如，一根導體棒在磁場中做切割磁感線運動時，導體棒兩端將產生動生電動勢，如果構成閉合回路，就會產生感應電流，切割磁感線的導體棒就是一個電源。導線內的自由電子在洛倫茲力的作用下而移動。導線中感應電流的方向可由右手定責判斷，從而導線兩端的電勢高低可得出。從而進一步得出等效電源的正負極，畫出等效電路圖便于之后的計算。電源的電動勢與非靜電力做功聯系密切，電源內部，非靜電力把聚集到電源負極的正電荷從負極搬用到正極時要對電荷做正功，該過程是非靜電力做功將其它形式的能轉化為電能的物理過程，是產生電源電動勢的本質。比如干電池工作時將化學能通過化學力做功轉化為電能，發電機通過磁場力做功將機械能轉化為電能。因此，在電源內部，非靜電力做功的過程是能量相互轉化的過程。電源的電動勢就是從這里定義的，即非靜電力把正電荷從負極搬用到正極時所做的功與被搬用電荷所帶電荷量的比值定義為電源的電動勢。公式為。

二、電動勢（E）與電勢差（U）的區別

這兩個概念是電路中最容易混淆的。因此，區分清楚這兩個物理量對解決問題至關重要。首先抓住定義區分，電動勢是表示非靜電力把單位正電荷從負極搬用到正極所做的功。而電勢差則是電場中電場力把單位正電荷從電場中A點，經任意路徑，移動到B點所做的功。這是兩個完全不同的概念。另外電源的路端電壓，內電壓與電動勢的區別，也要區分清楚。電源的路端電壓是指電源加在外電路兩端的電壓，是電源的輸出電壓或者說是外電路的總電壓。對確定的電源電動勢不變，而電源的路端電壓卻是隨外電路負載 變化的，它的變化規律遵從全電路歐姆定律（E=IR外+Ir內）。盡管物理過程雖然也發生在電源內部，但與電動勢的意義卻不同，因為它是由靜電力所引起的，在整個閉合電路中通過靜電力做功將電能又轉化為其它形式的能。電源外部和內部都在消耗電能，對于一個確定的電源內阻是不變的，但通過電源的電流是隨外電路而變化的。曾經課堂上有學生提問到，為什么把伏特表接在電源兩端時，測得的是路端電壓而不是電動勢？其實這里只要把伏特表視為外電路就可以解決了。相當于和外電路并聯的電路，其電壓等于外電路兩端的電壓，因此讀數小于電源的電動勢。還有的同學認為電源的電動勢必定大于電源的路端電壓，這也不正確。因為他忽略了電源被充電時的情況，電源充電時電動勢在電路中是反電動勢，此時路端電壓大于電源的電動勢。

同理，電源充電時，電源內部電流由高電勢流向低電勢，所以在電源內部電流總是由低電勢流向高電勢的說法也是不正確的。

三、電源的功率

電源的功率是指電源工作時的全部電功率，包括外電路和內電路消耗功率之和，且等于電源的電動勢與通過電源的電流之積P=EI。有些學生認為這個功率對一個確定的電源來說是定值，這是錯誤的。因為電流是隨外電路而變化的，所以EI也隨外電路而變化。對于確定電源它所承擔的最大電流是有限度的，此最大電流叫電源的額定電流。如果實際電流超過了電源的額定電流，電源就可能被燒毀。當流過電源的為額定電流時，電源對應一個額定功率，它是額定電流與電動勢的乘積，這是一個衡量。電源的實際功率要小于其額定功率，所以那些認為電源在工作時功率不變的同學，是把額定功率誤認為是實際功率了。

其次，要分清電源的功率與電源的輸出功率和輸入功率的區別，后兩者是指電源的路端電壓與電流的乘積（P輸 =UI）。當電源放電時，電源的功率大于輸出功率；當電源充電時，電源的功率小于輸入功率。

總之，要解決好電路中的能量守恒，各電學量之間的關系，就必須要搞清楚電源內部和外部發生的物理過程，理解各物理量的含義，不能盲目死記硬背物理公式。