高中物理課本中“反電動勢”的理解

余坦造

浙江省溫州市平陽縣第三中學 325400

關鍵字：反電動勢 電池充電 電動機 功率 效率

人教版《高中物理 選修3-1》的第十三章《法拉第電磁感應定律》的這一節在最后部分出現了“反電動勢”這個名詞。本來這是大學課本《電磁學》的內容，并且高中課本中講得不清不楚，還讓學生去探究，讓我們老師很為難。特別是最后一段文字的解釋，有待商討，無法向學生解釋。

在課文中出現這樣一句“它的作用是阻礙線圈的轉動”，這句話在這里有些科學錯誤。首先，根據牛頓第二定律，“阻礙線圈的轉動”的是阻力，是電動機帶動皮帶時，皮帶產生對線圈的阻力，而不是“反電動勢”。反電動勢實際是電勢差，它只能是產生電流的條件，或是阻礙電流的因素。通過百度查詢，反電動勢是這樣定義的：

所以，這句話應該改成“反電動勢是阻礙電動機上電流的通過”，實際上反電動勢在自感、互感、對電池充電等現象中都出現，我們在教學過程中也可以用反電動勢解釋這些問題。

下面是我按高中知識把這里的邏輯過程進行一次梳理，也是我對學生解釋的過程，可能牽涉的知識和大學課本知識有些沖突，但根據交流電的有效值方法進行計算，具有很強的科學性和有效性。

一、電池充電中的能量計算

現在手機充電，我們每天必做的事情。在對充電電池充電時，有兩個電源。電池實際上是用電器，它的E2=3.7V 電動勢，在這里是反電動勢，它的內阻大約r2=0.5Ω。而市面上充電器的充電電壓E1=4.2V，是電源，充電器內阻大約r1=1Ω，具有：

閉合電路歐姆定律 E1=I(r1+r2)+E2

充電電流 I=0.33A

現在的手機電池的容量大概為2000mAH，充電時間約為6 小時。

二、電動機的歐姆定律和效率

我們在給學生講解歐姆定律時往往寫了下面的一段文字：

在電動機電路中U>IR 這條公式在物理上是不科學的，物理上講究是嚴密，是多少就是多少，不能大于小于。所以公式可以改為：

對于最常見的交流異步電動機，在電動機空轉時，轉子的角速度和旋轉磁場的角速度相同，U=E反電動勢，電流理論上是零。電動機輸出功率為零，機械效率為零。

當電動機卡住時，U=IR，電動機相當于純電阻電路。電動機輸出功率為零，機械效率為零。輸出功率什么時候最大呢，計算方式和閉合電路歐姆定律一樣，當I=U/2R 時，輸出功率最大，機械效率為50%。

在實際的電動機中，效率應該在90%～50%之間。上面圖表中的電動機。

電功率 Pin=UI=110V×1.04A=111.2W

輸出功率 Pout=60W

效率 η=53.5%

電動機功率越大，效率越高，特別是三相交流電機。而家用的兩相電動機由于利用電容器產生的旋轉磁場，轉動效果不好，效率可能會少于50%。

三、變壓器中的反電動勢

課本中要求是知道變壓比：U1/n1=U2/n2就可以了。

但是如果學生有問起，可以解釋為：副線圈的電動勢來源為原線圈的電流引起的磁通量變化。

r2為副線圈內阻，

R 為用電器電阻，副線圈的電流變化在原線圈上產生反電動勢，阻礙電流通過：

r1 為原線圈內阻

作為理想變壓器，原線圈內阻r1=0，副線圈內阻r2=0，

所以 U1/n1=U2/n2

這樣可以既讓學生把變壓器電路的邏輯知識搞清楚，還可以加深學生對閉合電路歐姆定律的理解。

反電動勢不是一個真正的物理概念，是在自感、互感中出現的阻礙電流通過的感應電動勢，只是為了讓人們好理解，按照效果命名的物理量。它的地位相當與力學里面力的分類中，按效果分中的阻力。