關(guān)于“電路中各點(diǎn)電位的分析”的教學(xué)

　　摘要：電位、電壓的概念及二者的關(guān)系以及電位的求解，學(xué)生很容易混淆，在教學(xué)中也是一重點(diǎn)，本文針對(duì)這些提出了幾點(diǎn)在課堂教學(xué)中應(yīng)注意的問題。
　　關(guān)鍵詞：電位 電壓關(guān)系教學(xué)
　　中圖分類號(hào)：G4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(yùn)用。在教學(xué)中，僅泛泛講解，學(xué)生很難理解并掌握基本知識(shí)點(diǎn)，如果在介紹抽象概念的同時(shí)輔以例題講解，再讓學(xué)生親手實(shí)驗(yàn)，就能將抽象的概念融入實(shí)踐，學(xué)生就能理解掌握所學(xué)的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的。
　　1 關(guān)于電位的概念
　　在電路中任選一點(diǎn)為參考點(diǎn)，則某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓就叫這一點(diǎn)的電位。實(shí)際上，電位就是單位正電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)所具有的能量。要使學(xué)生充分理解這一概念，必須講清下列幾點(diǎn)：
　　(1) 關(guān)于參考點(diǎn)
　　講解電位時(shí)應(yīng)強(qiáng)調(diào)參考點(diǎn)，學(xué)生可能不明白為什么要選參考點(diǎn)，可先以計(jì)算物體所處的高度是以海平面作為參考點(diǎn)為例來說明：計(jì)算電位時(shí)也要先指定參考點(diǎn)，參考點(diǎn)電位規(guī)定為零（如：選D為參考點(diǎn)，則φD=0V）；這樣電路中其他各點(diǎn)電位才可以用數(shù)值來表示。比參考點(diǎn)高的電位為正，比參考點(diǎn)低的電位為負(fù)。不指定參考點(diǎn)來討論電位是沒有意義的。因?yàn)殡妷旱亩x就是電位差，所以以零電位為基準(zhǔn)的某點(diǎn)電壓就稱為該點(diǎn)的電位。原則上，參考點(diǎn)是可以任意選定的，但習(xí)慣上認(rèn)為大地的電位為零，這是因?yàn)榇蟮厝菁{電荷的能力極大（即電容量極大），不會(huì)因局部電荷注入而影響它的電位高低。有些用電設(shè)備的機(jī)殼是需要接地的，凡與機(jī)殼相連的各點(diǎn)電位均為零；有些設(shè)備的機(jī)殼不一定和大地相連，有很多元件都要匯集到一個(gè)公共點(diǎn)（即用符號(hào)⊥表示），為了分析方便，可規(guī)定這一點(diǎn)為參考點(diǎn)。參考點(diǎn)一經(jīng)選定之后，各點(diǎn)電位的計(jì)算即以該點(diǎn)為準(zhǔn)。選定的參考點(diǎn)不同，電路中各點(diǎn)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(gè)概念，電位是相對(duì)的，它的大小與零電位點(diǎn)的選擇有關(guān)，當(dāng)參考點(diǎn)發(fā)生變化時(shí)電路中各點(diǎn)的電位也會(huì)發(fā)生變化：電壓是絕對(duì)的，它的大小與零電位點(diǎn)的選擇無關(guān)，參考點(diǎn)變化時(shí)，電路中兩點(diǎn)之間的電壓不會(huì)變化。電位只是電路中某點(diǎn)的電位，其大小等于該點(diǎn)到參考點(diǎn)兩點(diǎn)之間的電壓；而電壓是電路中某兩點(diǎn)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(diǎn)之間的電壓。在實(shí)際中學(xué)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(cuò)誤的，這就是沒弄清電位是“某點(diǎn)”而電壓是“兩點(diǎn)之間”的區(qū)別（正確的寫法應(yīng)為φA、UAB）。電壓的實(shí)際方向是從高電位端指向低電位端，即電壓的實(shí)際方向是電位降低的方向。
　　2 關(guān)于電位的計(jì)算方法
　　在講解這一點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先從電位與電壓的這一關(guān)系（即電路中某兩點(diǎn)之間的電壓就等于該兩點(diǎn)之間的電位之差：UAB=φA-φB）著手。得出這樣的結(jié)論：求電位的問題實(shí)質(zhì)就是求電路中兩點(diǎn)之間電壓的問題，就把求電位轉(zhuǎn)化成求電壓，求電路中兩點(diǎn)之間的電壓對(duì)同學(xué)們來說并不陌生。在說明上述一、二兩點(diǎn)時(shí)，可結(jié)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(diǎn)，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(diǎn)，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(dāng)參考點(diǎn)由D變到C時(shí)，電路中A、B兩點(diǎn)的電位分別由9V、-5V變化到-1V、-15V，但A、B兩點(diǎn)間的電壓UAB卻仍為14V。從例子很直觀地就能得出結(jié)論：當(dāng)參考點(diǎn)發(fā)生變化時(shí)，電路中各點(diǎn)電位也會(huì)發(fā)生變化，但電路中兩點(diǎn)間的電壓卻不變。
　　3 關(guān)于等電位點(diǎn)
　　講解這一概念，要著重等電位點(diǎn)的定義及等電位點(diǎn)的特點(diǎn)，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(diǎn)，A、B、C三點(diǎn)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(jié)論中得定義：像A、B這樣電位相同的點(diǎn)叫等電位點(diǎn)。特點(diǎn)：①.各點(diǎn)之間雖沒直接聯(lián)系，但其電位相等，等電位點(diǎn)間電壓為零。②.既然電壓為零，則若用導(dǎo)線或電阻元件將等電位點(diǎn)連接起來，其中沒有電流流過，不會(huì)影響電路原有的工作狀態(tài)，即連接后不會(huì)影響電路中各點(diǎn)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(guān)系及特點(diǎn)，學(xué)生會(huì)迷惑，難道電壓和電位關(guān)系真如上所講，特別是例2中A、B是電路中不同的點(diǎn)，電位竟然相等，而且，等電位點(diǎn)如用導(dǎo)線連接，真不會(huì)影響電路的工作狀態(tài)嗎？對(duì)此可以下面的實(shí)驗(yàn)（圖3）讓學(xué)生分組按下列步驟做實(shí)驗(yàn)：
　　(1) 按圖