对恒定电流中三个常见问题的剖析

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1、对恒定电流中三个常见问题的剖析在高屮物理选修3-1《恒泄电流》的教学过程屮，学生经常被电流强度的定义式中电量q的计算所困惑；在串并联电路中，乂常误把负载简单地理解为电阻；在U-I图象中究竟是切线的斜率表示电阻，还是割线的斜率表示电阻？上述问题的存在，究其原因：一是对定义中的各物理量的含义未真正理解；二是不能把所学的知识和现实生活相联系；三是的对物理量定义的本身及其在图象屮的表述不能很好地领会。下面笔者根据自身的教学经丿力就上述三个问题谈谈个人的体会，和同行共同探讨，不对之处，望多指教。一、关于电流强度定义式中q计算问题电流的大小即电流强度，等

2、于单位时间内通过导体横截面的电量。表达式：。该定义式对金属导体、电解液等都是适用的，它反映了电流的实质是就是电荷的定向移动。例1：某电解杷j内，在通电的2S内共有3C的止电荷和3C的负电荷通过槽内某一横截面，则通过电解槽的电流为Ao解析:q二3C+3O6C,二3A。注意这里强调〃电荷通过槽内某一横截面〃o例2：某电解槽内，在通电的2S内共有3C的正电荷到达负极板（阴极），同时有3C的负电荷到达正极板邙口极），则通过电解杷j的电流为Ao解析：，=1.5A由电流强度的定义可以想到，单纯止电荷定向移动可以形成电流，单纯负电荷定向移动也可以形成电流，

3、正负电荷同时移动，计算电流时，电荷量q是通过任意截面的电荷量绝对值之和，故例1屮电量为6C,电流为3Ao而例2中，正电荷和负电荷的电荷量分别是2s内到达阴极和阳极的,不是通过同一截面的电荷量，所以不能错误地这种情景等同于例1中的情景。那么例2中的电量为什么是呢？这又要冋到电流的定义中〃通过导体横截面的电量〃这一表述上来。例2可以简化为下面的模型（图中虚线为横截面人从图中可以看出，通电后，正电荷向左（负极板）移动，负电荷向右（正极板）移动，尽管相同时间内到达正（负）极板的电量为q,但是通过横截面（图中虚线）的正负电荷各为，故通过横截面的总电量为

4、q。当横截面不在正中间而是任意位置时（如右图），虽然向左通过横截面的正电荷少了，但向右通过横截面的负电荷却多了，两者的总数仍为q。所以例2中的电量为，电流为1.5Ao由此可见在审题时一定要理解题意，并能按照按定义正确计算所需的物理量。二、关于电路的负载的理解在电路中，把电能转换成英他形式的能的装置叫做负载。电动机能把电能转换成机械能，电阻能把电能转换成热能，电灯泡能把电能转换成热能和光能。电动机、电阻、电灯泡等都叫做负载。可见，负载是连接在电路中的电源两端的电子元件。电路中不应没有负载而直接把电源两极相连，此连接称为短路。上述的电动机、电阻、

5、电灯泡是可消耗功率的元件。不消耗功率的元件，如电容，也可接上去，但此情况为断路。在解题过程中，一是要弄清楚负载是什么，二是要理解负载在电路中如何连接。例如:关于电源的输出功率P,电源内阻消耗功率P0,以下说法正确的是（）A.电源的负载电阻越小，P越大；B.电源的负载电阻越人，P越大；C.增加负载，P0变大；D.减少负载，P0变大。対于A、B两选项题目说明负载是电阻，此种情况下，当负载电阻的阻值与电源内阻相等时，电源的输出功率最大。而C、D选项所说的增加（或减少）负载，切不可认为是电阻增大（或减少），而应理解为在电源两端增加（或减少）一个并联负

6、载的支路。增加负载就好比在教室里多开一盏灯（并联），干路电流增大，电源内阻消耗的功率P0增大。故选C。该题从学生做的情况来看，有把电源内阻忽略而选择A的，有把效率和功率混淆而选B的，更多的是把减少负载理解为减小电阻阻值而选D的。说明学生对负载的理解没有和实际生活中的用电情景结合，从而导致了错误的认识。三、关于U-I图象中斜率的意义利用物理图象解决物理问题，可以使问题更加直观、形象。在高中物理课程的恒定电流部分，教材常利用U-I图象来讨论问题。图象屮的斜率、截距等都表示一定的物理意义，我们可以利用这些参数解决物理问题。但在教学过程中发现学生对U

7、-I图象中斜率的物理意义存在一些误解。例如：小灯泡通电后，其电流I随所加电压U变化的图线如图所示，卩为图线上一点，PN为图线过P点的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线。则下列说法中正确的是（）A.随着所加电压的增大，小灯泡的电阻减小；B.对应P点，小灯泡的电阻为；C.对应P点，小灯泡的电阻为；D.对应P点，小灯泡的电阻为答案是C。然有学生提出：不是说I-U图象中，各点的切线斜率代表电阻的倒数么，那么，按斜率的倒数计算，结果不应该是D吗？当导体的电阻恒定时，通过导体的电流I与它两端的电压U成正比，此时元件的T-U图线为过坐标原点的直线，且

8、此直线的斜率在数值上就等于此导体元件的电阻的倒数。而当其I-U图象中的图线不是直线而是曲线时，这种元件叫做非线性元件，此时欧姆定律虽不适用，但仍定义其电阻为R二U/