淺談高中物理中的電學(xué)章節(jié)教學(xué)

郭蘭英

重慶市田家炳中學(xué)校

淺談高中物理中的電學(xué)章節(jié)教學(xué)

郭蘭英

重慶市田家炳中學(xué)校

電學(xué)是高中物理的一個(gè)重要組成部分，在知識(shí)體系中從電子的圍觀角度和電路的宏觀角度分別對(duì)電進(jìn)行了闡釋，通過(guò)對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)能以及電容等的介紹使學(xué)生從各個(gè)角度對(duì)電學(xué)產(chǎn)生了一定的了解，對(duì)學(xué)生進(jìn)入高等學(xué)府繼續(xù)學(xué)習(xí)電學(xué)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在本篇文章中，作者對(duì)高中物理學(xué)中的電學(xué)知識(shí)框架進(jìn)行了闡釋，希望能夠?qū)Ω咧袑W(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)起到一定的幫助。

淺談；高中物理；電學(xué)

高中物理中的電學(xué)知識(shí)點(diǎn)主要包含電流、電磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)和交變電流四個(gè)部分，四個(gè)部分層層遞進(jìn)相互聯(lián)系，完全涵蓋了基礎(chǔ)電學(xué)的所有知識(shí)，既起到了普及科學(xué)的作用，有起到一個(gè)階梯的作用，為同學(xué)們進(jìn)入大學(xué)后學(xué)習(xí)高等電學(xué)做準(zhǔn)備。

一、電流

電流的基礎(chǔ)知識(shí)包括了電流的產(chǎn)生原因、電流在電路中的分配原則以及電流與做功的關(guān)系等。說(shuō)起電流的產(chǎn)生原因，其根本就是電荷的運(yùn)動(dòng)，物理學(xué)規(guī)定電流的方向與正電荷的運(yùn)動(dòng)方向一致，與負(fù)電荷的運(yùn)動(dòng)方向相反，所以金屬晶體中的電流方向與電子運(yùn)動(dòng)的方向相反。從電勢(shì)的角度來(lái)看，產(chǎn)生電流的原因是電勢(shì)差的存在以及電勢(shì)差之間的通路。電流的大小表示的是電荷流動(dòng)的密度，同時(shí)也是電勢(shì)差與電阻的比值。電流在電路中的分配原則可分為串聯(lián)電路和并聯(lián)電路兩種情況，在串聯(lián)電路中，由于電子依次通過(guò)每一個(gè)電子元件，就如水流依次通過(guò)變徑的水管一樣，每一處的電流密度肯定是相同的，根據(jù)歐姆定律，電流運(yùn)動(dòng)在電子元件上引起的電壓降，也就是電勢(shì)降低的幅度與電阻成成正比，也就是說(shuō)電阻大的元件分配的電壓降較高，但是經(jīng)過(guò)它們的電流相同。這一點(diǎn)在并聯(lián)的電路中正好相反。在并聯(lián)的電路中，由于電流有著多種選擇，比如在兩條并聯(lián)的電路中，電流肯定會(huì)優(yōu)先選擇電阻小的電路通過(guò)，正如水流更容易通過(guò)大管徑的通道，于是在不同電阻的兩條電路中就產(chǎn)生了電流的分配，事實(shí)上，電流的大小這時(shí)候與電阻的大小成反比，電阻小的電路電流較大，并且分別將電流與電阻相乘發(fā)現(xiàn)電壓是相同的，也就是說(shuō)在串聯(lián)電路的兩側(cè)，兩條電路的電壓降是相同的，不同的是兩條電路中的電流與電阻成反比。電路的并聯(lián)相當(dāng)于為電流開(kāi)辟了新的通道，于是電流必定增加，整體組合的電阻減小，這個(gè)結(jié)論與歐姆定律中并聯(lián)電阻的計(jì)算是完全吻合的。電流做功是我們目前應(yīng)用電能最廣泛地運(yùn)用，電動(dòng)機(jī)利用電能產(chǎn)生動(dòng)力進(jìn)而驅(qū)動(dòng)各種機(jī)器，電燈泡通過(guò)對(duì)電能的消耗產(chǎn)生熱能，而節(jié)能等通過(guò)電能的消耗來(lái)激發(fā)汞蒸氣發(fā)出電磁波刺激管壁內(nèi)測(cè)的熒光粉從而產(chǎn)生照明。電能的消耗是高中物理必考的知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)給定的電流、電壓、電阻等參數(shù)對(duì)電能的消耗進(jìn)行計(jì)算，以及大量公式的相互轉(zhuǎn)換等，成為解題的一個(gè)關(guān)鍵。

二、電磁場(chǎng)

電場(chǎng)與磁場(chǎng)存在著密切的關(guān)系，根據(jù)麥克斯韋的理論，運(yùn)動(dòng)的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)。在高中物理的電學(xué)體系中，雖然對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)進(jìn)行了分開(kāi)的講解，到了最后還是對(duì)電磁場(chǎng)的概念進(jìn)行了描述，這樣就為高等電學(xué)的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。電場(chǎng)是電荷的一種基本性質(zhì)，任何帶電的物體周圍都分布著電場(chǎng)，電場(chǎng)的方向是從正極出發(fā)指向負(fù)極，用電場(chǎng)線的疏密來(lái)表示電場(chǎng)的大小。高中物理課本中涉及到的電場(chǎng)基本就是兩種類型，一類是電荷周圍的電場(chǎng)，正電荷的電場(chǎng)分布是從電荷出發(fā)向四周發(fā)生，負(fù)電荷是從四周指向電荷本身。第二類是平板電容器的電場(chǎng)，從正極指向負(fù)極，不考慮邊界的情況下，平板電容器中的電場(chǎng)為平行線，這樣為計(jì)算電荷在其中受到的力以及電荷在其中運(yùn)動(dòng)所做的功的大小有很大的方便，成為了一個(gè)十分容易出題的考點(diǎn)。沿著電場(chǎng)的方向，電勢(shì)的概念被提了出來(lái)，電勢(shì)的降低將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為了動(dòng)能或者熱能，這樣在能量守恒定律的大背景下進(jìn)行了電量、電勢(shì)、電能與動(dòng)能等的統(tǒng)一。

從微觀的角度來(lái)講，任何的磁場(chǎng)都是運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生的，例如在永磁體的內(nèi)部，由于粒子中的電子繞相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使得它們產(chǎn)生的磁場(chǎng)能夠疊加到一起，形成了我們宏觀上的磁場(chǎng)。再者，有研究表明，地磁場(chǎng)也是由于地殼內(nèi)部的金屬元素主要是鐵元素按照一定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)形成的，對(duì)于保護(hù)地球不受宇宙射線和宇宙高能粒子的破壞起了很大的作用。磁場(chǎng)的強(qiáng)度是用磁感線的密度來(lái)表示的，洛倫茲力與帶電粒子的速度，帶電粒子的電量以及磁感性強(qiáng)度有關(guān)。

三、電磁感應(yīng)

電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用為人類利用能源帶來(lái)了革命性的變化，將其他形式的能源例如水能、風(fēng)能、熱能等轉(zhuǎn)化為電能，然后用電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電燈、留聲機(jī)等，為人類文明的進(jìn)步發(fā)揮了重要的作用。在動(dòng)能向電能轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，通常是利用發(fā)電機(jī)，而發(fā)電機(jī)的基本原理就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。用一段導(dǎo)體切割磁感線，在導(dǎo)體內(nèi)部由于電磁感應(yīng)使得電子的運(yùn)動(dòng)不再雜亂無(wú)章，而是沿著相同的方向運(yùn)動(dòng)，于是在閉合回路之中形成了電流，能量實(shí)現(xiàn)了從動(dòng)能向電能的轉(zhuǎn)化。電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流的大小與磁感線被切割的速率成正比。在一般的考試題目中，利用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向以及對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算，成為熱點(diǎn)的問(wèn)題。電磁感應(yīng)為人類的進(jìn)步做出了突出的貢獻(xiàn)。日光燈的自感以及電臺(tái)發(fā)射頻率的變化規(guī)律，作為選修的內(nèi)容，也能夠引起很多學(xué)生的興趣。

四、交變電流

交變電流是目前我們利用發(fā)電機(jī)組將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能后電能的一種表現(xiàn)形式，由于金屬棒在電動(dòng)機(jī)內(nèi)的上半部分與下半部分切割磁感線的方向相反但是速度相同并且呈現(xiàn)出對(duì)稱的現(xiàn)象，電動(dòng)勢(shì)的瞬間值得圖像呈現(xiàn)出正弦或者余弦，于是產(chǎn)生的電流也就成為了正弦或者余弦的波。正極和負(fù)極呈現(xiàn)出周期性的交替，這就是交變電流。目前，人類發(fā)明的大部分電力機(jī)械直接利用的都是交流電，其電能的計(jì)算公式與數(shù)學(xué)中的正（余）弦的面積有著類似的性質(zhì)。由于交變電流的正負(fù)極一直在變化，那么接有電容的電路就變成了通路，通過(guò)電感的原理，可以將電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)化，電壓的大小與變壓器兩側(cè)的線圈匝數(shù)之比有關(guān)，對(duì)于變壓器的變形成為一個(gè)很容易出題的考點(diǎn)。通過(guò)電磁感應(yīng)原理，使得交變電流的非接觸式測(cè)量成為了可能。交變電流的知識(shí)點(diǎn)中涉及到了很多的角度或者正負(fù)等，甚至據(jù)此計(jì)算其他波形電流的電能也成為一個(gè)?？嫉目键c(diǎn)，這一點(diǎn)十分值得學(xué)生們注意。

總結(jié)：

電學(xué)是高中物理的一個(gè)重要組成部分，從微觀的電子旋轉(zhuǎn)到宏觀的發(fā)電機(jī)發(fā)電，變壓器變壓以及交變電流網(wǎng)絡(luò)，都成為高中物理電學(xué)部分的重要知識(shí)點(diǎn)。在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，做到知識(shí)和公式的融匯貫通，注意知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系和區(qū)別，通過(guò)記憶和理解來(lái)學(xué)習(xí)高中物理電學(xué)部分，一定能夠取得很好的效果。

[1]徐澤敏.高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)案設(shè)計(jì)與研究.碩士學(xué)位論文東北師范大學(xué).2012

[2]李靜能量觀的初中電學(xué)教學(xué)研究.碩士學(xué)位論文.蘇州大學(xué).2013