電壓概念教學的探究

柳仕恭

【摘要】電壓是初中物理教學內容電學部分最重要的基本概念，它既是學習和理解其他電學概念和規(guī)律的基礎，同時又是初中學生感到最抽象、最難理解的概念。

【關鍵詞】由于電壓概念的上述特點，因此，關于電壓概念如何教學的問題，在有關的物理教學雜志上，曾經(jīng)進行過多次的討論，發(fā)表了不少關于電壓教學的文章.歸納起來，這些文章的論點和爭論主要在于：用還是不用水壓比喻來講授電壓？

我們認為，在初中電壓教學中，非常有必要運用比喻的方法來引入電壓概念，從最根本的原因看，主要是因為初中學生的物理認知水平還比較低，初中學生的物理思維基本上還處于具體運算階段和前運算階段.采用比喻的方法來引入電壓概念，才有可能使學生理解。

其次，用水壓做比喻恰當嗎？我們認為，從宏觀的角度看，膿壓做比喻是恰當?shù)?，因為水流和電流在本質上有相同之處，如它們都是物質的遷移過程，水量和電量在遷移過程中都是守恒的，都要受到阻力，都可以對外做功，都是受到某種作用而運動等等。

但是，從微觀的角度看，用水壓做比喻來進行電壓教學，卻并不是一個好的方案，同時也是多年來初中教材編寫一直未能很好解決的一個問題.因此，有必要對目前初中教材電壓概念編寫的比喻方式進行分析。

一、初中物理教材電壓編寫的分析

目前，初中物理教學是這樣進行電壓概念引入的：要使燈泡發(fā)光，電動機轉動，都需要電流.那么，電流又是怎樣形成的呢？讓我們對照水流的情形來認識這個問題。

在圖1所示的裝置中，打開閥門，就會形成由A經(jīng)過水管流向B的水流，這是因為A處的水位高。

B處的水位低，A處對水管中水的壓強大，B處對水管中水的壓強小，因而管中的水由A處向B處流動.可見，水壓使水管中形成了水流，與此相似，

在圖2的電路中，電源的正極聚集有正電荷，負極聚集有負電荷，在電源的正、負極間就產(chǎn)生了電壓.這個電壓可以使電路中的正電荷由正級流向負極，或者使電路中的負電荷由負極流向正極（在金屬導體中是后一種情況）。這樣在電路中就產(chǎn)生了電流。所以，電壓使電路中形成了電流。

在圖1中，抽水機不斷地把水從B處抽到A處，使A處的水位總比B處高，保持水管兩端有一定的水壓，水管中就有持續(xù)的水流類似地，電源在工作中不斷地使正極聚集正電荷負極聚集負電荷，保持電路兩端有一定的電壓，使電路中有持續(xù)的電流，電壓使電路中形成電流，而電源是提供電的裝置。

我們認為，上述用水壓來進行電壓教學的比喻是牽強附會的，這種為了比喻而人為設置的例子日常生活中是根本不存在的，一邊耗費電能來抽水，同時另一邊靠抽上來的水推動渦輪機，這從根本上違反了邏輯性.其次，圖1左側管中的水是靠水壓而流動的，而右側的水則是靠抽水機抽回而流動的，兩者流動的原因缺乏一致性，因一此，用水壓比喻來講授電壓顯然是符合物理學邏輯.同時又能較好地使初中學生接受電壓概念的真實物理情境，從這種基本思想出發(fā)，我們進行了新的構思，發(fā)現(xiàn)一種叫“土暖氣”的裝置是進行電壓教學比喻的理想物理情境。

如圖3是一種土暖氣.其裝置的核心是一個帶有可加熱水箱的爐子（相當于電源）.水箱上部側面和下部側面分別連接水管（相當于電路）。

A為暖氣片

（相當于用電器），

B為閥門（相當于

開關）。

當爐子開始

加熱水箱中的熱

水時，由于熱水

的密度小而冷水

的密度大，因此，

熱水就開始從水箱上部側面的連接水管流出，經(jīng)過暖氣片時放出熱量，溫度降低后的水經(jīng)閥門再從水箱下部側面的連接水管流入水箱，經(jīng)爐子加熱后再完成下一循環(huán)。

在整個過程中，由于散熱，水管中各處水的溫度都是不相等的，而正是由于存在著溫度差，所以，才會有水的流動，可以用一個表格表示如下：

這樣來進行電壓概念的教學，情境真實、自然、符合邏輯。特別是能使電路與水路很好地對應起來——管道各處均散熱對應于導線各處均有電阻而有電能消耗，進一步導致管道各處溫度均不相同對應于電路中各處電勢高低各不相同，尤其是采用溫度差（溫壓）和電壓相對應，使初中學往更容易接受，因為溫度既是可以感受到的物理量（比如用手觸摸水管各處其冷熱程度不同），又是可以用溫度計加以測量的物理量，所以用溫度差（溫壓）來比喻電壓的教學方式符合初中學生的物理認知水平，從理論上說，在“勢場”中，電壓與電勢差是同義詞，因此，用溫度差（溫壓）來比喻電壓是一個比用水壓來比喻電壓更好的方法。