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。
立即免費搵導師導師登記 →
本頁為 TutorZone 導師備課指引,內容由 TutorZone 團隊編寫;題目與流程為原創,並非任何學校或出版社的教材。