从能量转化的观点理解闭合电路欧姆定律

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随着物理新教材在各地的使用,不同于旧教材的一些编排思路出现于新教材之上。这样使我们在一线教学的老师也应随着教材改变教学方法,使之更适用于教材和学生。以闭合电路欧姆定律为例,教材中去掉了原来的演示内电路电压和外电路电压的实验,使学生在理解闭合电路欧姆定律时有一定难度。为此我们在教学中尝试了一种新的教学思路。我们知道电源是把其它形式能量转化为电能的装置,电动势是表示电源把其它形式能量转化为电能的能力的物理量。设电动势为E,则电路中通过电量为q的电荷转化的电能:(1)而电源有内阻,设内阻r的内电压为,内阻消耗的电能为:(2)设外电路路端电压为,外电路消耗的电能为:(3)由能量转化和守恒定律应有:(4)联立以上四式则有:这样,的得来就顺理成章,即使没有实验演示,学生也容易接受。若电路是纯电阻电路,、均应满足欧姆定律,即:代入并整理则得到闭合电路欧姆定律:由前所述,电能一部分消耗在外电路,一部分消耗在内电路,由能量守恒得电源输出功率:(5)由二次函数知识可知:当时输出功率P存在极大值:若外电路为纯电阻电路,则此电路应同时满足闭合电路欧姆定律:结合上面结论:时输出功率P存在极大值。所以当时输出功率P有最大值。由于外电路消耗功率其中U为路端电压,代入(5)式中则有路端电压:这样理解闭合电路欧姆定律一节,一来可以对电路中的能量转化加深理解,更加深了对能量转化和守恒的理解。

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