學生識 V = IR,但一見到並聯就亂。這一堂只教兩個動作:先畫等效電路,再逐段放數字。
本堂目標 學生能夠:① 把串並聯電路化簡成一個等效電阻(6 Ω 並 3 Ω 得 2 Ω,再串 4 Ω 得 6 Ω);② 由電源電壓求主電流,再逐段求電壓與功率(12 V 出 2 A,4 Ω 得 16 W);③ 用 P = VI 與 kWh 計算電費,並講出內電阻如何令端電壓低於電動勢。
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 |
| 歐姆定律 |
V = IR 三個符號的單位 |
V、A、Ω |
| 倒數 |
1/6 + 1/3 等於多少 |
1/2 |
| 功率 |
P = VI 與 P = I²R 幾時用 |
已知 I 與 R 時用後者 |
02 課堂流程(45 分鐘)
| 時間 |
環節 |
導師做什麼 |
學生做什麼 |
| 0–8 分 |
畫等效電路 |
6 Ω 並 3 Ω 先化簡成 2 Ω |
學生自己畫出兩段 |
| 8–20 分 |
逐段放數字 |
串 4 Ω 後總電阻 6 Ω,12 V 出 2 A |
教師只講順序,數字由學生填 |
| 20–32 分 |
功率與電能 |
4 Ω 得 16 W;1.5 kW 用 2.5 小時 = 3.75 kWh |
兩個單位都寫對 |
| 32–40 分 |
內電阻 |
加 r = 0.5 Ω,端電壓 11 V,不是 12 V |
講出「電動勢不變、端電壓下降」 |
| 40–45 分 |
離場三問 |
即場批,錯即場改 |
三題全對 |
03 講解腳本(照著說就可以)
第一幕:先化簡,後放數字
6 Ω 與 3 Ω 並聯:1/R = 1/6 + 1/3 = 1/2,所以等效電阻 2 Ω,比任何一個分支都小。再與 4 Ω 串聯,總電阻 6 Ω。電源 12 V,主電流 I = V/R = 12/6 = 2 A。
並聯那段的電壓是 I × 2 = 4 V,4 Ω 那段是 8 V,兩者相加剛好 12 V,這就是檢查。4 Ω 的功率 P = I²R = 2² × 4 = 16 W,或者 P = VI = 8 × 2,答案一樣。
順序永遠是三句:邊兩件是並聯、邊兩件是串聯、等效之後再放數字。學生一見數字就想套公式,是因為沒有人要求他先畫圖。
要學生講:並聯之後的等效電阻,為甚麼一定小於 3 Ω?
第二幕:功率講「每秒用幾多能量」,電能講「總共買了幾多」
功率是能量轉換率,單位 W 即 J/s。同一段電阻可以用三個版本:P = VI、P = I²R、P = V²/R。已知電流與電阻就用 I²R,已知電壓與電阻就用 V²/R,已知兩個都用 VI。選錯版本不會錯答案,但會多做一步。
電能是功率乘時間,家居計費單位是 kWh:1.5 kW 的暖爐用 2.5 小時,用電 3.75 kWh;每度 1.2 元就是 4.50 元。要學生記住 kW 乘小時,不是 W 乘秒,因為賬單用 kWh。
這一節的分數通常在單位,不在公式:W 與 kW 混用、分鐘沒換小時,是最常見的失分位。
要學生講:1.5 kW 用 2.5 小時,為甚麼不是 3.75 W?
第三幕:內電阻:電動勢不變,端電壓下降
真實電池有內電阻 r。以 12 V 電動勢、r = 0.5 Ω 接上 6 Ω 外阻為例,總電阻 6.5 Ω,電流 I = 12/6.5 ≈ 1.8 A,端電壓 V = ε − Ir = 12 − 2 × 0.5 = 11 V。
兩句話要講清:電動勢是每單位電荷由電池內部得到的能量,端電壓是外電路實際得到的電壓;電流越大,內電阻吃掉的電壓越多,端電壓越低。這解釋了為甚麼開動馬達時車頭燈會變暗。
計算上,先用總電阻(外阻加內阻)求電流,再回頭算端電壓;不要用 12 V 直接除以外阻,這是最常見的錯。
要學生講:為甚麼接上更多電器(總電阻下降)時,端電壓會下降?
04 必教題型與步驟
| 題型 |
例子 |
步驟 |
答案 |
| 等效電阻 |
6 Ω 與 3 Ω 並聯,等效電阻是多少? |
用倒數相加,再取倒數 |
2 Ω |
| 電流與電壓分配 |
12 V 接 2 Ω 串 4 Ω,各段電壓是多少? |
先求總電阻與主電流,再逐段乘 |
4 V 與 8 V |
| 功率 |
4 Ω 段通過 2 A,功率是多少? |
選 P = I²R,代入後寫單位 |
16 W |
| 電費 |
1.5 kW 用 2.5 小時,每度 1.2 元,電費多少? |
先算 kWh,再乘電價 |
3.75 kWh,4.50 元 |
合理性檢查(一定要教):檢查數字:1/6 + 1/3 = 1/2 得 2 Ω;加 4 Ω 得 6 Ω;12 V ÷ 6 Ω = 2 A;2 A × 2 Ω = 4 V,2 A × 4 Ω = 8 V,合共 12 V;I²R = 16 W;內阻 0.5 Ω 時電流 1.8 A、端電壓 11 V;1.5 kW × 2.5 h = 3.75 kWh,電費 4.50 元。每個結果都可以由另一個方向驗算。
05 獨立練習三題
| 題目 |
答案 |
想觀察什麼 |
| 12 Ω 與 4 Ω 並聯,等效電阻是多少? |
3 Ω。 |
是否用倒數相加而不是直接相加 |
| 上題接上 6 V 電源,主電流是多少? |
2 A(總電阻 3 Ω)。 |
是否先化簡再除電壓 |
| 2 kW 冷氣用 4 小時,每度 1.2 元,電費多少? |
8 kWh,9.60 元。 |
是否把 kW 與小時相乘,再乘電價 |
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 |
| 並聯電阻直接相加 |
「6 Ω 並 3 Ω 等於 9 Ω」 |
「並聯的等效電阻一定小於最小的分支,用倒數加。」 |
| 用電動勢除以外阻 |
「12 V ÷ 6 Ω = 2 A」但題目有內電阻 |
「有內電阻就要用總電阻,即外阻加內阻。」 |
| 功率版本選錯 |
已知 I 與 R 卻用 P = V²/R |
「手上沒有 V 就不要用 V²/R,先用 I²R。」 |
| kW 與 W 混用 |
「1.5 kW 用 2.5 小時是 3.75 W」 |
「kW 乘小時得 kWh,單位是度,不是 W。」 |
07 家課建議(直接指到練習卷題號)
- DSE 物理電學練習卷 電路部分第 1 至 4 題:每題先畫等效電路圖,再寫總電阻與主電流,限 20 分鐘。
- 同一份卷電能部分 第 5 至 7 題:包括一題電費與一題內電阻,答案要寫單位與驗算(各段電壓相加等於電源電壓)。
08 離場檢查(最後 5 分鐘)
| 題目 |
答案 |
判定 |
| 6 Ω 並 3 Ω 的等效電阻 |
2 Ω |
答 9 Ω 表示仍把並聯當串聯 |
| 12 V 接 6 Ω 的主電流 |
2 A |
答 1 A 表示用了 12 Ω 或算錯倒數 |
| 1.5 kW 用 2.5 小時的電能 |
3.75 kWh |
答 3.75 W 表示未分清功率與電能 |
09 導師常問
並聯電阻公式一定要用倒數嗎?
兩支電阻可以用乘除積(R1R2/(R1+R2)),三支以上用倒數相加較穩。
內電阻會在 DSE 考嗎?
會,多數以端電壓與電動勢的分別出現,計法就是先用總電阻求電流。
電費題一定要用 kWh 嗎?
是,香港電費以度(kWh)計,用 W 乘秒只會得到 J,還要再換算。
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