基于大中衔接教学分析电池混用问题

庞彩莹

(柳州高级中学，广西 柳州 545006)

1 引言

日常生活里，在使用多个电池的小电器说明书中，经常可以看到这样的提示，新、旧电池不能混用。为什么不能随便混用？大多人都不能用专业的思想分析问题。基于此，本文主要用高中生的知识水平讨论新、旧电池混用后可能出现的问题，通过讨论分析，知道在特定条件下，旧电池不仅不能供电，反而会消耗新电池的能量，通过常见的现象问题分析让学生更好理解运用所学知识。同时在并联混用这种较复杂的情况时，用大学的基尔霍夫定律，更加清晰明确的分析电池混用出现的可能情况。

2 具体分析

2.1 若两电池串联向负载供电

（1）.空载时，电路中电流I=0 。

（2）.有负载时（图1），根据高中物理闭合电路的欧姆定律

图1

由④可知，当R减小时，U2减小。即U2可能为零甚至为负值。

令U2=0，由④可得。讨论：在E1＞E2,r1＜r2假定下，

2.2 若两电池并联向负载供电

1）.空载时，在两电池组成的回路中，因E1E2，有电流I0通过（图2），

图2

电池1 放电，向电池2 充电，这是电池两端的电压较负载时高，因而I0也就是电池1 向电池2 充电的最大充电电流。

2）.有负载时（图3），

图3

联立解得：

令I2=0，由⑧式可得：，讨论：

2.3 大学基尔霍夫定律分析两电池并联向负载供电情况

在电池混用并联时，用大学知识可以更加准确清晰的定量讨论[2]。由基尔霍夫定律可求出多支路电流：

解方程得：

I2＞0 时，电池2 输出电流，输出能量，有同理I1＞0 时，电池1 输出能量，得：。这里可以看到和用高中的多个电路的闭合电路欧姆定律的分析表达是一致的。

（1）空载时，在两电池组成的回路中，将会形成新电池向旧电池充电的电流，将导致新电池无谓的消耗电能，直至新电池电动势减小到等于旧电池的电动势为止。

（2）接负载后，如果旧电池的电动势相对较小而负载电阻较大时，可能会出现新电池向旧电池充电的现象，新电池将有一部分电能消耗在旧电池上。此时，仅用一个新电池供电，将比用新、旧电池并联供电，可使负载获得更大的电流和电压。大学的基尔霍夫定律也给出了同样的分析结果。

3 结论

使用串并联电路电压电流特点讨论新旧电池问题，对于高中生而言能够理解并能更好应用所学，可作为拓展性研究内容，引导学生分析掌握。对于能力较强的学生，可以提后续的大学课程内容——基尔霍夫方程快速解决[1][2]。采用基尔霍夫方程组的方法，讨论结果与本文一致，也可以用简单的电路串并知识，结合叠加原理快速解决一些典型的中学复杂电路问题[3]。在优秀高中能力较强的学生群体中，对于更复杂电路还是要引基尔霍夫方程组和等效电源思想，为大学后续学习奠定基础。对于大学生而言，如果能在学习基尔霍夫定律时用高中的闭合电路欧姆定律结合串并联的知识，且采用特殊情况的分析方法得到结果也是强化提升我们理解高中知识的手段。大学教学不仅在内容上，在方法上更要引导学生注重学习方式的转变和衔接。特别对于大学师范生，高中大学的知识方法都应当熟练掌握运用才能站在高一层的大学视角教授高中的物理内容。