2018将基尔霍夫方程引入高中物理教学的可行性分析

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　　【摘 要】电路的分析联系着理论教学和实验两大物理主线，且其教学内容与实际有着密切的联系，在高中物理教学中有着举足轻重的地位。电路在实际中其复杂程度是高中教学内容无法比拟的，但在简化物理情景的情况下，学生对于较复杂的电路，往往也是无从下手，在学习过程中遭到打击，导致对电路分析造成畏难的情绪，失去了对电路的学习兴趣，导致高考及平常考试中同学们得分不高的现象。这引发了我们在物理教学的过程中如何进行教学方式和内容改变的思考，并希望借基尔霍夫方程的引入解决这一问题。
　　【关键词】高中物理教学;基尔霍夫方程;教学方式
　　一、基尔霍夫方程
　　(一)基尔霍夫第一方程
　　定义：在电路中，任何时刻，对任意结点，所有流入流出结点的支路电流的代数和恒等于零，即对任一结点有：i =0。(流出结点电流是相对于电流参考方向而言。代数和指电流参考方向，如果是流出结点，则该电流前面取+;相反，电流前面取-。)
　　(二)基尔霍夫第二方程
　　1.实质：收尾相接的一段含源电路的欧姆定律
　　2.公式：IR+=0
　　3.注意方程组中方程的独立性。
　　注：为符合高中的教学介绍已经简化。
　　二、将基尔霍夫方程引入高中物理教学的可行性分
　　在电路中一般会出现多个开关的闭合、断开的不同状态，阻值的变化，学生在求解时就显得比较困难，很容易造成误判和错解。在教学中运用基尔霍夫方程相比于等效电路法，能够很好降低学生分析的难度，达到较好的学习效果。
　　(一)依据学生的实际情况
　　在李新乡、张军朋、主编的第二版《物理教学论》中指出，教学方法的选择还要受到学生个性心理特征和所具有的基础知识的条件的制约。我们知道在等效电路图的画法的教学之前，学生已经了解了电路元器件及其基本的作用、基本的电路的作用和逻辑电路的基本原理。并且在数学中已经学习了求和符号的基本意义。在教基尔霍夫方程时并不存在知识基础上的漏洞。
　　在高中的课本中无论是电流路径优先走法、节点法、还是基尔霍夫方程都没有写入高中课本，但在实际的教学和电路的分析中却有着重要的作用，并且前两种方法在高中教学中已经有多年的教学实践，这说明在高中教学中引入新的知识并不会导致学生的不能接受。在实际的教学中，考虑到学生的心理变化，可以在教学之前，设置问题，让学生自己摸索寻找解决的途径，在学生感到困惑或者难以解决的时候以一种神秘的方法的提法，将基尔霍夫方程引入，更加提起学生学习的兴趣，提高课堂的教学效果。
　　(二)能有效的帮助教师完成《高中物理课程标准》中提出的要求
　　《高中物理课程标准》中提出，要是学生理解闭合电路的欧姆定律，观察电路的基本作用，初步了解逻辑电路的基本作用。在考核学生的实际理解程度和老师的教学状况时，往往会引入对电路分析，电阻的求值，电动势的测量和电功、电功率的计算。老师对于电路分析教学的成功与否，直接影响了学生对于后面内容的发挥，而将基尔霍夫方程引入高中物理的教学，能快速有效的帮助学生电路中各点间的电势和电流的大小及其方向的问题，极大便利的解决了学生在面对复杂电路时找不到突破口，理不清电路中串并联关系的状况。
　　例如：如图所示的电路，由于其具有两个电源，无论学生使用电流路径优先法还是节点法，都非常难以入手，难以弄清楚各电路中的电流状况，但是如果用基尔霍夫方程就较为容易的可以列出方程：
　　ACEDA：
　　I1r1+I1R3+I1R2+(I1+I2)R1-=0
　　I2r2+I2R4+(I1+I2)R1-=0
　　DFED：
　　在这种情况下使得各支路的电流情况非常的清楚，且在假设的过程中不需要完全分析出各电路电流的情况，在解方程的解时，解的正负指明了方向。所以这方法不仅有效的简洁的帮助了老师在教学过程中对于课程标准的落实，并且帮助学生在解答方面拓宽了思路。
　　(三)基尔霍夫方程与等效电路法在教学中的比较
　　在高中物理的教学中，就科学性而言这两种方法都能保证教学内容的科学性，学生对于这两种方法都有具有相应的接受的知识基础，所以对于两种方法的理论的理解并不存在较大的差异。但是在实际中运用两种方法解答题目时就会产生较明显的差别。例如分析如图所示的电路在运用等效电路法的时候，当分析到R1R3R5和R2R4R5的节点的时候由于R5 的存在使得我们难以确切的说明R1R2、R3R4与R5的串并联关系。使得我们再接下来的思路中找不到头绪，如果用基尔霍夫方程我们就略过了对于电路中个元件的关系的分析，直接转向了学生的强项即方程的求解，而电流的方向也有接的正负进行了标定。等效电路的画法，解题的过程步骤过多往往需要学生进行另外的作图，再加上较为复杂的思维过程，使得学生在考核时不免出现紧张的现象影响发挥，采用步骤少，思维简易的基尔霍夫方程，提高了学生运用物理知识时的自信心，有利于学生科学素养的提高。
　　三、结语
　　从分析中看出来将基尔霍夫方程引入高中的物理教学是完全可行的，并就学生在理论的运用方面基尔霍夫方程具有简易、思维时间短等优点，我相信这种方法能在高中物理教学中的到实践，并希望能给广大师生带来新的思维启示。
　　参考文献
　　[1] 李新乡.物理教学论[M].科学教育出版社，2005：91-95.
　　[2] 赵凯华，陈熙谋.电磁学(第二版)[M].高等教育出版社， 2003：317-319.
　　[3] 物理课程教材研究开发中心.高中物理选修(3-1)[M].人民教育出版社，2010：45-81.