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人教版普通高中课程标准实验教科书物理3-1推导电流做功的表达式

更新时间:2023-12-21 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

2019年2月经验交流关于电压做功表达式的推论◎刘建浩摘要:人教版普通中学课程标准实验教科书化学3-1推论电压做功的表达式做了简单化处理,而且这些处理方法,对班主任和部份优秀中学生引起了困扰,笔者做了严密推论电流做功的四个公式,供老师和朋友参考。关键词:电压做功表达式;微元法;等效法中图分类号:G632.0文献标示码:A文章编号:1992-7711(2019)02-0107一、教材叙述人教版普通中学课程标准实验教科书化学3-1,第二章《恒定电压》第五节〈焦耳定理〉推导电压做功的表达式W=IUt的基本思路如下:U图1图1表示很小一段电路。电荷在做从左往右的定向联通,它们从这段电路的下端移到右端所用的时间记为t。在这段时间内通过这段电路的电荷总数为q=It倘若这段电路左右两端的电势差是U,在电荷q从下端移到右端的过程中,静电力做的功是W=qU。把q=It代入,得W=IUt二、老师和朋友们的疑惑图1表示很小一段电路,自由电荷应当饱含这一小段导体而且在连续流动,而不是像上文所描述的只有一排电荷q在流动(图1用三个小圆圈表示一排电荷q)。其实,此推论方式过分粗糙,不够严密,使得不少朋友和班主任倍感苦恼。B2v物理好资源网(原物理ok网)

现用两种方式推论如下,供老师和朋友参考。三、我的推论方式我们所研究的问题:如图2所示,在某闭合电路中,取一段导体为研究对象,设此导体两端的电势差为U,流过此导体的电压为I,求稳恒电场在时间t内对这段导体所做的功W。研究对象电源图2方式一:把图2中的研究对象取下来放大,如图3所示。在图3导体中取一微小电压元,设微小电压元两端电流为ΔU,宽度为ΔL,由于厚度取的很小,我们可以把这段导体近似看做是圆锥体,放大后如图4所示,图中黑点表示电子。在时间t内有q的电量流过截面B,相同时间内有q的电量流过截面A。这段导体中的电场总共对2q的电荷做了功。其中q=It(1)首先考虑该段导体中的电场对流过截面B的电荷做的功。小圆锥体中的电场硬度E是一个定值,此处电场力做功与重力做功进行类比,可以觉得电荷等效集中在截面AB之间的中心截面上,于是电场力对电荷做功为W1=qE△L2(2)同理,该段导体中的电场对流过截面B的电荷做的功为W2=qE△L2(3)小圆锥体中的电场力总共对2q的电荷做了功,设小圆锥体中的电场力对电荷做功为,则△W=W1+W2(4)把(1)(2)(3)代入(4)得△W=It△U1(5)稳恒电场对图3这段导体所做的功为W=∑△W(6)由于是定值,所以由(5)(6)可得W=It∑△U=IUt方式二:把图2中的研究对象取下来放大电流做功的四个公式,如图5所示。B2v物理好资源网(原物理ok网)

设在特别短时间Δt内,有q的电量流过截面C,同时有q的电量流过截面D,其中q=IΔt(1)此过程中,此段导体中的电荷有进有出,电荷总数和分布没有发生变化,可以等效为有电量为q的电荷从c截面联通到d截面,导体中其余电荷没有联通。电场力做功ΔW=qU(2)把(1)代入(2)得ΔW=IUΔt(3)在较长时间t内,此段导体中的电场力对自由电荷所做的功为W=∑ΔW(4)由于是定值,所以由(3)(4)可得W=IU∑Δt=IUt教材中的推论方式,其实是考虑到中学生的接受能力,做了简单化处理。并且这些处理方法,对班主任和部份优秀中学生导致了困扰。笔者以上两种推论,技巧巧妙,思路严密,供朋友和老师们参考,不当之处,敬请见谅。参考文献:[1]张维善.普通中学课程标准实验教科书书化学必修3-1[M].上海:人民教育出版社,2010(53)(作者单位:山东省宁海学校)△UU图3△UI△L截面A截面B图4U图5I107万方数据B2v物理好资源网(原物理ok网)

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