电路元件功率的正负判断问题_参考网
电路元件功率的正负判断问题
胡修兵【摘要】对电路元件功率的正负判断，是“电路分析”的教学中容易被混淆的问题。本文从语言表述的准确性、符号定义的一致性，以及参考方向的关联性等三个方面入手，对电路元件功率的正负判断问题进行了详细辨析。通过问题辨析，旨在帮助学生准确把握电路模型的基本概念，熟悉电路分析的基本框架，逐步培养学生利用数学模型解决工程问题的基本能力。【关键词】电路分析 理想电路元件 电源 电功率【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】（9-01概述高等学校的理工类学生一般都开设了“电工技术”或“电路分析”等基础课程，以便为后续课程准备必要的电路知识，并逐步培养学生利用数学模型解决工程问题的基本能力。由于在中学和大学物理的课程中都有涉及，电能及电功率的计算本来并不算什么难题，但进入电路分析的课程以后，学生往往在对电功率的发出与吸收的判断问题上容易混淆，从而影响后续课程的学习效果。其主要原因是，在教材编写、教学设计及实施等环节中，存在着基本概念的语言表述和符号定义等方面不够严谨的问题。1.问题举例在各类教材[1-3]、试题，以及课堂讲授的过程中，常出现以下形式的表述：电路元件的功率；电路元件消耗或产生的功率；电路元件吸收或发出的功率；电源发出的功率；等等不胜枚举。对此，常见的混淆形式有以下两种：1）消耗功率与吸收功率是否为相反的量值？在电路分析中，电路元件消耗的功率和吸收的功率（例如电阻元件消耗和吸收的电功率），表示同一个量值。而在我们的日常生活中，吸收与消耗却可能是指相反的概念。例如汽车加油就是汽车“吸收”了汽油，而汽车行驶以后则“消耗”了汽油。类似的例子还有，我们吃饭就是“吸收”，而饭被消化掉则是“消耗”。可见，在我们的日常语言中，吸收与消耗常常可能表示相反的概念，因此学生很容易误将消耗功率与吸收功率当成相反的量值。2）电源发出的功率是否就是电源的电功率？在经典教材《电路》[1]中，一方面指出：电功率是代数量，用符号p表示，当p&0时，元件实际吸收功率；当p&0时，元件实际发出功率。另一方面又指出：当u、i为关联参考方向时，p=ui表示吸收功率，而u、i为非关联参考方向时，p=ui表示发出功率，此时p&0时，元件确实发出功率。对比下划线的两部分，符号式p&0可以表示两种相反的状态，学生很容易产生困惑。2.问题辨析对上述的混淆问题，可以从语言表述的准确性、符号定义的一致性，以及参考方向的关联性等三个方面，作出以下辨析：1）关于“消耗”与“吸收”为什么既可表示相同又可以表示相反的概念。这是因为人类的自然语言常采用省略句式，如果将省略的部分加以不同的补充，则可以使谓词有不同的问题指向。以我们吃饭为例，吸收和消耗之所以概念相反，是因为前者我们“盯”着自己的肚子在说话，如果改变一下视角，盯着饭碗说话，那么吸收碗里的饭和消耗碗里的饭就是相同的動作。所以，元件吸收或消耗功率，是指元件吸收了电路的功率或元件消耗了电路的功率，而不是元件把功率吸收进来，再把功率消耗出去。2）关于电源功率的问题。问题首先是符号定义的混乱。符号p已经定义为元件的吸收功率，就不宜再定义为元件的发出功率，这样不严谨的定义一方面容易引起混淆，另一方面也不便于代数运算。例如应用功率平衡时，如果各个元件功率的定义不同，则∑ p = 0就不能表述正确的含义。而如果采用∑ p吸收 = ∑ p发出的形式来表述，吸收功率和发出功率也有可能出现正负号判断问题，因此代入计算时更加容易出错。其次是参考方向关联性的问题。功率既然是代数量，其公式就可以参照电路元件VCR公式的表述方式，结合参考方向的关联性来配套使用。电压和电流的参考方向，本来就是可以任意指定的，不能因为指定的参考方向的关联性不同，符号p的定义就发生改变。3.解决问题对上述问题，建议从两个方面入手解决：1）在教材编写环节。建议作以下的调整和明确：首先，符号定义要一致，p定义为电功率，即元件的吸收功率，而发出功率则应表示为 -p，当p&0时，元件实际吸收功率；当p&0时，元件实际发出功率。其次，功率的公式应与参考方向配套使用：当u、i为关联参考方向时有p = ui，而当u、i为非关联参考方向时有p = -ui。而无论u、i的参考方向及其关联性如何，都有p&0时，元件实际吸收功率，而当p&0时，元件实际发出功率。2）在教学设计和实施环节。首先，要注重把握好语言表述的灵活性与符号表示的确定性之间的关系。以上述吸收功率和消耗功率的概念辨析为例，在符号p明确定义的前提下，可结合前述生活实例中语言表述的指向差异问题，讨论吸收功率和消耗功率在电路分析中的具体语义指向，以加深学生对基本概念的理解。其次要对知识点加以凝炼，并配合例题加以阐述。4.结论电功率或者电路元件的功率，实质是电场力在电路元件内部移动电荷做功的功率，吸收功率和发出功率则是指元件与电路的电功率的交换关系。电路分析的基本思想可以用8个字概括，即“两种电量，两种约束”，电流和电压这两种基本电量，共同描述了电路中物质和能量的分配和约束关系。将电流和电压表示成代数量，方便了对电路的分析和计算，而将电功率的计算公式与两种电量参考方向的关联性配套使用，可以使功率的分析和计算问题更加简捷，这有利于学生准确把握电路模型的基本概念，熟悉电路分析的基本框架，逐步培养学生利用数学模型解决工程问题的基本能力。参考文献：[1]邱关源.电路.第5版[M].高等教育出版社， 2006.[2]宋玉阶.电工与电子技术[M].华中科技大学出版社， 2012.[3]李翰荪.电路分析基础.第4版[M].高等教育出版社，2002年.
课程教育研究
2017年37期
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热力学第一定律导学案
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高二物理选修3-3导学案
课题课型：新授 备课日期： 13.5.16
【学习目标】
1．通过复习焦耳的实验，能够总结出做功和热传递在改变系统的内能上等价的，进而分析得出热力学第一定律的表达式，并能准确说出表达式中各物理量的含义。
2．通过例题1、例题2的分析解答与对比，会判断W、Q、△U的正负号，并能利用热力学第一定律准确解答具体问题。
通过自主学习和小组合作，能够简要说出人类对能量守恒的认识历程，能举例说明能量守恒定律的应用及其对人类认识世界的作用；能准确说出能量守恒定律的内容，并能利用能量守恒定律解释永动机不可能制成的原因。【】热力学第一定律的表达式及各物理量的含义、能量守恒定律的应用热力学第一定律、能量守恒定律的应用【】自主学习，小组合作探究、交流、展示通过复习焦耳的实验，分析得出热力学第一定律，能说出W、Q、△U的含义；通过实例会判断W、Q、△U的正负号；举例说明热力学第一定律是能量守恒定律的特例，能量守恒定律广泛存在自然界中，说出第一类永动机不可能制成的原因。（1）通过哪些途径可以改变系统的内能？
（2）绝热过程中，系统内能的变化量与什么有关？二者是什么关系？
（3）单纯热传递中，系统内能的变化量与什么有关？二者是什么关系？
（1）热力学第一定律的内容是什么？表达式是什么？各物理量的含义是什么？
（2）能量守恒定律的内容的内容是什么？你能简要说明它的发现过程吗？.秋千的机械能守恒
B.秋千的能量正在消失
C.只有动能和重力势能的相互转化
D.减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
（学习目标1）通过复习焦耳的实验，能够总结出做功和热传递在改变系统的内能上等价的，进而分析得出热力学第一定律的表达式，并能准确说出表达式中各物理量的含义。
【思考与讨论】
（1）做功和热传递对系统内能的改变是等效的吗？为什么
（2）热学系统同时存在热传递和做功的过程中，如何确定系统内能的改变量一个热力学系统的________等于________________与______________的_____。（
D．一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？
通过自主学习和小组合作，能够简要说出人类对能量守恒的认识历程，能举例说明能量守恒定律的应用及其对人类认识世界的作用；能准确说出能量守恒定律的内容，并能利用能量守恒定律解释永动机不可能制成的原因。（1）有哪些科学家对能量守恒定律定律做出了贡献？他们都是从哪些角度提出能量守恒的思想？
（2）能量守恒定律的内容是什么？请举例说明不同形式的能量在转化过程中是守恒的。
（3）热力学第一定律与能量守恒定律有什么关系？
（4）能量守恒定律的发现对人类认识世界有什么作用？它的意义是什么？
能量既不会________，也不会________，它只能从一种形式_____为________，或者从一个物体______到_________，在______或_______的过程中其总量________。
把原来人们认为_________的各种现象——力学的、热学的、电学的、磁学的、光学的、化学的、生物学的、地学的——联系________，把表面上完全不同的各类运动______在__________________。它使不同领域的科学工作者有了一系列的______________。永动机不可能制成
第一类永动机：____需要任何_____或_____，却能_______地________的机器。
第一类永动机不可能制成的原因：__________________________。
（目标1）做功和热传递在改变物体内能的效果上是等价的
（目标2）一定质量的理想气体，温度不变即内能不变，所以不可能从外界吸收热量
（目标2）一定质量的理想气体，压强不断增大，外界对气体一定做功
（目标2）一定质量的理想气体，在体积不断被压缩过程中，内能一定增加
（目标2）一定质量的理想气体，吸热的同时被压缩，内能一定增加……（
（目标3）能量守恒定律是自然界中普遍存在的规律，任何情况下都是成立的
（目标3）热力学第一定律实际上就是内能与其他能量发生转化时的能量守恒定律
（目标3）机械能守恒定律和热力学第一定律都是能量守恒定律的一种特例
（目标3）随着技术的发展，终有一天人类会实现第一类永动机的梦想
（目标3）（
） A．物体对外界
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热力学第一定律
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你可能喜欢改变物体内能的方法有两种：做功和热传递．这两种方法对改变物体的内能是等效的．你是怎样理解等效的呢？请你通过举例加以说明．
改变物体内能的方法有两种：做功和热传递．这两种方法对改变物体的内能是等效的．你是怎样理解等效的呢？请你通过举例加以说明．
答：改变物体内能的方法有两种：做功和热传递．这两种方法对改变物体的内能是等效的，即做的功与传递的热量相等时，物体内能的改变量是相等的；如：对物体做100J的功，物体内能增加100J，对物体传递100J的热量，物体内能的增加量也是100J．
试题解析：
做功与热传递是改变物体内能的两种方式，它们在改变物体内能的效果上是等效的．
名师点评：
本题考点： 做功改变物体内能；热传递改变物体内能． 考点点评： 做功与热传递在改变物体内能的效果上是等效的，但它们的本质不同，做功是能量的转化过程，热传递是能量的转移过程．
与《改变物体内能的方法有两种：做功和热传递．这两种方法对改变物体的内能是等效的．你是怎样理解等效的呢？请你通过举例加以说明．》相关的作业问题
（1）雪在阳光下融化，雪吸收热量而熔化，因此是通过热传递的方式改变了雪的内能；（2）火车驶过后，铁轨与火车间发生摩擦，克服摩擦做功，将机械能转化为了内能，温度升高，因此火车驶过后，铁轨温度升高是通过做功改变物体的内能的．故答案为：热传递；做功．
（1）雪在阳光下融化，雪吸收热量而熔化，因此是通过热传递的方式改变了雪的内能；（2）火车驶过后，铁轨与火车间发生摩擦，克服摩擦做功，将机械能转化为了内能，温度升高，因此火车驶过后，铁轨温度升高是通过做功改变物体的内能的；（3）双手搓一搓，克服摩擦做功，使手的内能增加，故双手搓一搓变得暖和是通过做功的方式改变内能的；（4
改变物体内能的两种方式是做功和热传递；故答案为：做功．
做功,热传递,等效的.
改变物体内能的方法是 做功和热传递； 这两种方法是 等效 的
改变物体内能的两种方式是做功和热传递．故答案为：做功；热传递．
当然可以了!把气缸放在火上,同时压缩活塞,你说行不行?
做功和热传递是改变物体内能的两种方式，它们都可以改变物体的内能，但热传递过程是能量的转移过程，而做功过程是能量的转化过程；故答案为：做功，热传递．
（1）两个表面光滑的铅块相互紧压后，它们会黏在一起，是分子间作用的结果，说明了分子间有引力；（2）气球喷气，对外做功，本身能量减小，温度降低；属于能量的转化；阳光照射，企鹅变暖属于热传递改变物体的内能，属于能量的转移．故答案为：间有引力；b；b．
用力打气时，活塞对瓶内气体做功，气体内能增加；当瓶塞跳起时，水蒸气对塞子做功，内能减少，温度降低；故答案为：增加；减少．
神舟六号返回舱与大气相互摩擦，消耗自身的机械能，是自己的温度升高，即得到了热能，这属于能量的转化，所以这是利用做功的方式改变内能；太阳晒热地面上的物体，这是太阳光把自身的热能传递给了物体，属于能量的转移，所以这是利用热传递的方式改变物体的内能．故答案为：做功；热传递．
神舟六号返回舱与大气相互摩擦，消耗自身的机械能，是自己的温度升高，即得到了热能，这属于能量的转化，所以这是利用做功的方式改变内能；太阳晒热地面上的物体，这是太阳光把自身的热能传递给了物体，属于能量的转移，所以这是利用热传递的方式改变物体的内能．故答案为：做功；热传递．
A、摩擦铁丝，使它变热，是通过做功的方式增加了铁丝的内能；B、把铁丝放在火上烤，使它变热，是通过热传递改变铁丝的内能；C、反复敲打铁丝，使它变热，是通过做功的方式改变内能；D、给铁丝通电，使它变热，是通过做功增加了内能，属于做功改变物体内能．故选B．
A、炉火上壶水升温是因为炉火的温度高于水的温度，从而发生了热传递；故A错误；B、柴油机气缸内的气体被压缩，故压缩机对气体做功，气体增加内能，故正确；C、物体在阳光下晒热是因为物体吸引了太阳的热量，故属于热传递，故C错误；D、铁块放入水中时，由于铁块的温度高于水的温度，发生了热传递现象，故D错误；故选B．
（1）用做功改变物体内能的实例有：钻木取火、“搓手”的方法取暖等；用热传递改变物体内能的实例有：烧水、晒被子、用热水袋取暖等．（2）水的比热容最大，与其它物质相比，在质量和升高的温度相同时，水吸收的热量最多；在这个过程中是通过热传递的方式使水的温度升高，内能增大．故答案为：钻木取火；用热水袋取暖；比热容；热传递．
打个比方,不知道恰不恰当.柱形容器里的水的体积与底面积和水的深度有关.改变体积的方法是：向容器里倒水或向外放水.仔细体会一下,看对你能不能有点帮助.
两种方法效果是一样的 再问： 为什么啊 再答： 热传递是 内能的转移 做功是其他形式的能转化为内能 效果都是得到了内能，一样的。
A、空气被压缩，外界对物体做功，属于做功改变物体的内能，故A符合题意；B、铁锅把热量通过热传递传给人8，是通过热传递改变物体的内能，故B不符合题意；三、太阳通过辐射把热量传递给棉被，是通过热传递改变物体的内能，故三不符合题意；o、呵气时通过对流把热量传递给8，是通过热传递的方式改变物体的内能，故o不符合题意；故选A．化学热力学体积功的计算公式前为什么会有负号？该怎么理解？是数值的正负还是有其他含义？不加负号的话p_百度知道
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化学热力学体积功的计算公式前为什么会有负号？该怎么理解？是数值的正负还是有其他含义？不加负号的话p
化学热力学体积功的计算公式前为什么会有负号？该怎么理解？是数值的正负还是有其他含义？不加负号的话p△v又表示什么?_?
我有更好的答案
说明外界对系统做工正值表示系统对外界做工，此功为体积变化功
采纳率：53%
负号表示负功的意思.
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