淺析電路中的幾個(gè)易混淆量

李曉光

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

關(guān)鍵詞：電源；電動勢；電勢差；功率

為了學(xué)生在今后遇到此類問題時(shí)少出錯(cuò)不出錯(cuò)，下面談幾點(diǎn)本人在該章節(jié)教學(xué)過程中的看法：

一、要明確電源電動勢定義的物理本質(zhì)

電動勢是描述電源性質(zhì)的重要物理量，理解好電動勢這一重要概念，是學(xué)好電路知識的關(guān)鍵之處。要明白電動勢產(chǎn)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(xué)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(xué)力和磁場力。對于化學(xué)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(xué)力存在。對于磁場力來說，盡管在電磁感應(yīng)中見的比較多，而往往忽略了它是電源，好多學(xué)生并沒有把磁場力和電源內(nèi)的非靜電力聯(lián)系起來。例如，一根導(dǎo)體棒在磁場中做切割磁感線運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)體棒兩端將產(chǎn)生動生電動勢，如果構(gòu)成閉合回路，就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，切割磁感線的導(dǎo)體棒就是一個(gè)電源。導(dǎo)線內(nèi)的自由電子在洛倫茲力的作用下而移動。導(dǎo)線中感應(yīng)電流的方向可由右手定責(zé)判斷，從而導(dǎo)線兩端的電勢高低可得出。從而進(jìn)一步得出等效電源的正負(fù)極，畫出等效電路圖便于之后的計(jì)算。電源的電動勢與非靜電力做功聯(lián)系密切，電源內(nèi)部，非靜電力把聚集到電源負(fù)極的正電荷從負(fù)極搬用到正極時(shí)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(zhuǎn)化為電能的物理過程，是產(chǎn)生電源電動勢的本質(zhì)。比如干電池工作時(shí)將化學(xué)能通過化學(xué)力做功轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)通過磁場力做功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。因此，在電源內(nèi)部，非靜電力做功的過程是能量相互轉(zhuǎn)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(fù)極搬用到正極時(shí)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(qū)別

這兩個(gè)概念是電路中最容易混淆的。因此，區(qū)分清楚這兩個(gè)物理量對解決問題至關(guān)重要。首先抓住定義區(qū)分，電動勢是表示非靜電力把單位正電荷從負(fù)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(diǎn)，經(jīng)任意路徑，移動到B點(diǎn)所做的功。這是兩個(gè)完全不同的概念。另外電源的路端電壓，內(nèi)電壓與電動勢的區(qū)別，也要區(qū)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(fù)載 變化的，它的變化規(guī)律遵從全電路歐姆定律（E=IR外+Ir內(nèi)）。盡管物理過程雖然也發(fā)生在電源內(nèi)部，但與電動勢的意義卻不同，因?yàn)樗怯伸o電力所引起的，在整個(gè)閉合電路中通過靜電力做功將電能又轉(zhuǎn)化為其它形式的能。電源外部和內(nèi)部都在消耗電能，對于一個(gè)確定的電源內(nèi)阻是不變的，但通過電源的電流是隨外電路而變化的。曾經(jīng)課堂上有學(xué)生提問到，為什么把伏特表接在電源兩端時(shí)，測得的是路端電壓而不是電動勢？其實(shí)這里只要把伏特表視為外電路就可以解決了。相當(dāng)于和外電路并聯(lián)的電路，其電壓等于外電路兩端的電壓，因此讀數(shù)小于電源的電動勢。還有的同學(xué)認(rèn)為電源的電動勢必定大于電源的路端電壓，這也不正確。因?yàn)樗雎粤穗娫幢怀潆姇r(shí)的情況，電源充電時(shí)電動勢在電路中是反電動勢，此時(shí)路端電壓大于電源的電動勢。

同理，電源充電時(shí)，電源內(nèi)部電流由高電勢流向低電勢，所以在電源內(nèi)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(shí)的全部電功率，包括外電路和內(nèi)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(xué)生認(rèn)為這個(gè)功率對一個(gè)確定的電源來說是定值，這是錯(cuò)誤的。因?yàn)殡娏魇请S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(dān)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(shí)際電流超過了電源的額定電流，電源就可能被燒毀。當(dāng)流過電源的為額定電流時(shí)，電源對應(yīng)一個(gè)額定功率，它是額定電流與電動勢的乘積，這是一個(gè)衡量。電源的實(shí)際功率要小于其額定功率，所以那些認(rèn)為電源在工作時(shí)功率不變的同學(xué)，是把額定功率誤認(rèn)為是實(shí)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(qū)別，后兩者是指電源的路端電壓與電流的乘積（P輸 =UI）。當(dāng)電源放電時(shí)，電源的功率大于輸出功率；當(dāng)電源充電時(shí)，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(xué)量之間的關(guān)系，就必須要搞清楚電源內(nèi)部和外部發(fā)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。