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小議與電源有關的幾個問題教育論文

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在職業中專電子電工專業的學習中,有關電源知識的內容是比較重要的,也是學生學習中難以理解的。爲了在教學中使學生更好地學習與理解這部分知識,就這方面的內容談幾點看法。

小議與電源有關的幾個問題教育論文

一、正確認識電源電動勢的本質

電源電動勢是描述電源性質的重要物理量,因此掌握好電動勢這一重要概念是學好電源知識的關鍵。在電動勢產生的過程中,要牢固的掌握什麼是非電場力及非電場力所做的功。電荷移動時所需要的力可以是電場力、化學力和磁力。所謂非電場力,主要是指化學力和磁力。化學力對大家來說並不生疏,只要在電路中遇到乾電池、蓄電池,一定就會想到它是電源,且有化學力存在。可是,對磁力來說,儘管在電磁感應中見的較多,但學生往往忽略了它是電源,因此沒有把磁力和電源內的非電場力聯繫起來。

例如,當一根導線在磁場中做切割磁力線運動時,導線兩端要產生感應電動勢,如果和其他導線聯成閉合迴路,就要產生感應電流。切割磁力線的這一段導線就是一個電源,導線內的自由電子受磁力的作用而移動。就是這樣一個簡單的問題,因爲有的同學不能把它和電源聯繫起來,所以與電源有關的問題,像導線中的電流方向如何,導線兩端的電動勢哪一端高等就不能很好解決。如果把這段導線看成電源,在電源內部電流是從低電勢流向高電勢。這樣就可以得出電流的方向,電勢的高低。

電源的電動勢是和非電場力的做功密切聯繫,在電源的內部,非電場力把正電荷從負極板移到正極板時要對電荷做功,這個做功的過程是產生電源電動勢的本質。非電場力所做的功,反映了其它形式的能量有多少變成了電能,因此,在電源內部非電場力做功的過程是能量相互轉換的過程。電源的電動勢正是從這裏定義的,即非電場力把正電荷從負極移到正極所做的功與該電荷電量的比值,稱電源的電動勢。用公式表示爲:ε=W/q。根據公式可以知道電動勢的物理意義:在電源內部,非電場力把單位正電荷從負極移動到正極時所做的功。

二、嚴格區分電動勢與電壓

電動勢與電壓是最容易混淆的兩個概念,因此嚴格區分這兩個物理量是非常重要的。前面已經講過,電動勢是表示非電場力把單位正電荷從負極經電源內部移到正極所做的功。

而電壓則表示電場力把單位正電荷從電場中的某一點經任意路徑移到另一點所做的功,它們是完全不同的兩個概念。這一點弄清楚了,對於電源的端電壓、內電壓與電動勢的區別也就容易搞清了。

電源的路端電壓是指電源加在外電路兩端的.電壓,是指電場力把單位正電荷從正極經外電路移到負極所做的功。電源的電動勢對一個固定電源來說是不變的,而電源的端電壓卻是隨外電路的負載而變化的。它的變化規律服從全電路歐姆定律。它的數學表達式爲:U=ε-Ir。其中Ir項爲電源的內電壓,也叫內壓降,它的物理過程雖然也發生在電源內部,但與電動勢的意義不同,它是由電場力所引起的,在電源內部起着消耗非電場力所做功的作用。對一個固定的電源來說,它的內阻是不變的,但透過電源的電流是隨外電路而變化的,因此內電壓也是一個隨外電路而變化的量。 這裏需要注意的是,往往有的同學不理解把伏特計接在電源兩端時,爲什麼測的是電源的端電壓而不是內電壓。這裏只要把伏特計理解爲外電路就可以解決了,它相當於和外電路並聯的電路,所以其電壓應等於外電路兩端的電壓。有的同學認爲電源的電動勢一定大於電源的端電壓,這是一個不正確的結論,他忽略了電源被充電時的情況。當電源被充電時,電動勢在電路中是反電動勢,這時電源兩端的端電壓大於電源的電動勢,其數學表達式爲:U=ε+Ir。同樣的道理,當電源被充電時,電源內部的電流是從高電勢流向低電勢。因此,在電源內部電流總是由低電勢流向高電勢的說法也是不正確的。

三、正確理解電源的功率

電源的功率是指電源工作時的全部電功率,即電源的電動勢與透過電源的電流之乘積,P=εI。有些同學認爲這個功率對一個固定電源來說是恆量,這是不對的。因爲電流I是隨外電路而變化的,所以εI也是隨外電路而變化的。但是,對於一個固定電源來說,它所承擔的最大電流是有限度的,這個最大電流稱爲電源的額定電流。超過電源的額定電流,電源就可能燒壞。對應額定電流,電源有一個額定功率,它是額定電流與電動勢的乘積,這是一個不變的量。在應用中,電源的實際功率要小於其額定功率。如果把額定功率誤認爲實際功率,就會產生電源在使用時功率不變的錯誤認識。

也有好多同學搞不清電源的功率與電源的輸出功率、輸入功率的關係,後兩者是指電源的端電壓與電流的乘積,即P輸=UI。當電源向外放電時,電源的功率大於其輸出功率;當電源被充電時,電源的功率小於電源的輸入功率。

因此,要學好有關電源的知識,既要理解電源內部發生的物理過程,又要掌握各物理量的含義,才能在實踐中正確應用相關的知識。