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DSE 物理|電路與內電阻 備課指引(導師用)|歐姆定律、串並聯與功率

DSE 物理|電路與內電阻 備課指引(導師用)|歐姆定律、串並聯與功率

  • 2026-11-01

學生識 V = IR,但一見電池有內電阻就當它不存在。這一堂要把「電池不是理想」變成每次計數的第一步。

本堂目標 學生能夠:① 用 E = I(R + r) 算電流與端電壓;② 分辨串聯與並聯的等效電阻並算出分支電流;③ 用 P = I²R 算功率與能量,並解釋為何傳輸要用高壓。

01 先備知識(開課前 3 分鐘快檢)

以下任何一項未過關,本堂就會卡住,先補該項:

技能 快檢題 過關標準
分數運算 1/6 + 1/3 等於多少 1/2
單位 1 mA 等於幾 A 0.001 A
功率公式 P 與 V、I 的關係 P = VI

02 課堂流程(60 分鐘)

時間 環節 導師做什麼 學生做什麼
0–10 分 歐姆定律 V = IR,適用於金屬導體 寫出三條公式
10–24 分 內電阻 E = I(R + r),端電壓 V = E − Ir 算出 I = 1.2 A
24–38 分 串聯 R 相加、電流相同 得 9.5 Ω
38–50 分 並聯 倒數相加、電壓相同 得 2.0 Ω
50–56 分 功率與能量 P = I²R、E = Pt 算出 820.8 J
56–60 分 離場檢查 三題收回即批 獨立完成

03 講解腳本(照著說就可以)

第一幕:電池不是理想:先把 r 寫出來

電動勢 E = 12 V、內電阻 r = 0.5 Ω。外電路 R = 9.5 Ω 時,總電阻 10.0 Ω,I = E ÷ (R + r) = 12 ÷ 10.0 = 1.2 A。
端電壓 V = E − Ir = 12 − 1.2 × 0.5 = 11.4 V。效率 = 11.4 ÷ 12 = 95%。

要學生計:若 r 增至 1.5 Ω,電流變成多少(12 ÷ 11.0 ≈ 1.09 A)。

第二幕:串聯與並聯:兩句口訣

串聯:電流處處相同,電阻相加,R = 4 + 5.5 = 9.5 Ω,電壓按電阻比例分。並聯:電壓處處相同,倒數相加,1/R = 1/6 + 1/3 → R = 2.0 Ω。
並聯後總電阻 2.0 Ω,加 r 得 2.5 Ω,I = 4.8 A,端電壓 9.6 V;分支電流 1.6 A 與 3.2 A,相加剛好 4.8 A。

要學生講:為何並聯的總電阻一定小於任何一條分支(多了通路)。

第三幕:功率:同一個答案三條路

P = VI = I²R = V²/R,三條公式在任何一個電阻上都要得出同一個數。以 9.5 Ω 為例:P = 1.2² × 9.5 = 13.68 W。
60 秒內消耗能量 E = Pt = 13.68 × 60 = 820.8 J。若改成 1000 W 電器用 5 小時,能量就是 5 kWh,即電費單上的「度」。

提醒:計功率前先問「係邊個電阻」,電池內部都消耗 I²r。

04 必教題型與步驟

題型 例子 步驟 答案
計算 含內電阻的電流 E = I(R + r) 1.2 A
計算 端電壓 V = E − Ir 11.4 V
計算 並聯等效電阻 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ 2.0 Ω
計算 功率與能量 P = I²R、E = Pt 13.68 W、820.8 J
合理性檢查(一定要教):端電壓一定小於電動勢(除非 r = 0);總電流一定大於任何一條分支電流;等效電阻並聯後一定比最小的分支更小(2.0 < 3.0)。若算出分支電流相加不等於總電流,多數是忘了用端電壓而用了電動勢。

05 獨立練習三題

題目 答案 想觀察什麼
E=12 V、r=0.5 Ω、R=9.5 Ω 的電流 1.2 A 分母要加 r
同上電路的端電壓 11.4 V E − Ir
6 Ω 與 3 Ω 並聯的等效電阻 2.0 Ω 倒數相加

06 學生常見錯誤與糾正句

錯誤 學生通常這樣寫 導師這樣說
忘記內電阻 答 I = 1.26 A 「電池自己都食電,分母要加 r。」
並聯當串聯 答 9 Ω 「並聯係多條路,電阻只會更細。」
分支電流用電動勢 答 2.0 A 「分支見到嘅係端電壓,唔係 E。」
功率用錯電阻 把全電路功率當成外電路功率 「問邊個元件,就用嗰個元件嘅 R。」

07 家課建議(直接指到練習卷題號)

08 離場檢查(最後 5 分鐘)

題目 答案 判定
E=12 V、r=0.5 Ω、R=9.5 Ω 的端電壓 11.4 V 三題全對=可進電磁學
6 Ω 與 3 Ω 並聯的等效電阻 2.0 Ω 錯一題=下堂前重講並聯
9.5 Ω 上 1.2 A 的功率 13.68 W 錯兩題以上=回到第一幕

09 導師常問

何時可以忽略內電阻?

題目講「理想電池」或 r 遠小於外電阻時,但 DSE 多數要你計,所以先寫 r。

並聯為何電阻變小?

多了並行通路,同一電壓下總電流變大,按 R = V/I 等效電阻就變小。

P = VI 何時不適用?

非純電阻元件(例如馬達)輸入功率不等於發熱功率,要分開算。

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