欧姆定律的实质例1

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）12-0039-2

人教版《普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1》《欧姆定律》一节内容围绕电阻的定义式、欧姆定律和伏安特性曲线三部分展开，图1为教材的两段文字，意思是当金属导体的电阻不变时，伏安特性曲线是一条直线，叫做线性元件，满足欧姆定律；“这些情况”的电流与电压不成正比，是非线性元件，欧姆定律不适用[1]。随后，教材举例小灯泡和二极管的伏安特性曲线，指出两个元件都是非线性元件。在遇到欧姆定律时，不论是年轻教师还是学生常常感到疑惑：欧姆定律适用范围究竟是金属和电解质溶液还是线性元件？小灯泡是金属，又是非线性元件，究竟是否满足欧姆定律？

[导体的伏安特性曲线 在实际应用中，常用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U，这样画出的I-U图象叫做导体的伏安特性曲线。对于金属导体，在温度没有显著变化时，电阻几乎是不变的（不随电流、电压改变），它的伏安特性曲线是一条直线，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件。图2.3-2中导体A、B的伏安特性曲线如图2.3-3所示。

欧姆定律是个实验定律，实验中用的都是金属导体。这个结论对其他导体是否适用，仍然需要实验的检验。实验表明，除金属外，欧姆定律对电解质溶液也适用，但对气态导体（如日光灯管、霓虹灯管中的气体）和半导体元件并不适用。也就是说，在这些情况下电流与电压不成正比，这类电学元件叫做非线性元件。]

1 欧姆定律的由来

1826年4月，德国物理学家欧姆《由伽伐尼电力产生的电现象的理论》，提出欧姆定律：在同一电路中，通过某段导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比。欧姆实验中用八根粗细相同、长度不同的板状铜丝分别接入电路，推导出 ，其中s为金属导线的横截面积，k为电导率，l为导线的长度，x为通过导线l的电流强度，a为导线两端的电势差[2]。当时只有电导率的概念，后来欧姆又提出 为导体的电阻，并将欧姆定律表述为“导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。”

关于欧姆定律的m用范围，一直存在争议，笔者认为可以从不同角度进行陈述。

2 欧姆定律的适用范围

2.1 从导电材料看适用范围

欧姆当年通过对金属导体研究得出欧姆定律，后来实验得出欧姆定律也适用于电解质溶液，但不适用于气体导电和半导体元件。

从微观角度分析金属导体中的电流问题，金属导体中的自由电子无规则热运动的速度矢量平均为零，不能形成电流。有外电场时，自由电子在电场力的作用下定向移动，定向漂移形成电流，定向漂移速度的平均值称为漂移速度。电子在电场力作用下加速运动，与金属晶格碰撞后向各个方向运动的可能性都有，因此失去定向运动的特征，又回归无规则运动，在电场力的作用下再做定向漂移。如果在一段长为L、横截面积为S的长直导线，两端加上电压U，自由电子相继两次碰撞的间隔有长有短，设平均时间为τ，则自由电子在下次碰撞前的定向移动为匀加速运动，

2.2 从能量转化看适用范围

在纯电阻电路中，导体消耗的电能全部转化为电热，由UIt=I2Rt，得出 在非纯电阻电路中，导体消耗的电能只有一部分转化为内能，其余部分转化为其他形式的能（机械能、化学能等）， 因此，欧姆定律适用于纯电阻电路，不适用于非纯电阻电路。

金属导体通电，电能转化为内能，是纯电阻元件，满足欧姆定律。小灯泡通电后，电能转化为内能，灯丝温度升高导致发光，部分内能再转化为光能，因此小灯泡也是纯电阻，满足欧姆定律。电解质溶液，在不发生化学反应时，电能转化为内能，也遵守欧姆定律。气体导电是因为气体分子在其他因素（宇宙射线或高电压等条件）作用下，产生电离，能量转化情况复杂，不满足欧姆定律。半导体通电时内部发生化学反应，电能少量转化为内能，不满足欧姆定律。电动机通电但转子不转动时电能全部转化为内能，遵从欧姆定律；转动时，电能主要转化为机械能，少量转化为内能，为非纯电阻元件，也不满足欧姆定律。

2.3 从I-U图线看适用范围

线性元件指一个量与另一个量按比例、成直线关系，非线性元件指两个量不按比例、不成直线的关系。在电流与电压关系问题上，线性元件阻值保持不变，非线性元件的阻值随外界情况的变化而改变，在求解含有非线性元件的电路问题时通常借助其I-U图像。

从 知导体的电阻与自由电子连续两次碰撞的平均时间有关，自由电子和晶格碰撞将动能传递给金属离子，导致金属离子的热运动加剧，产生电热。由 知导体的温度升高，τ减小，电阻增大。因此，导体的电阻不可能稳定不变。当金属导体的温度没有显著变化时，伏安特性曲线是直线，满足“电阻不变时，导体中的电流跟导体两端的电压成正比”。理想的线性元件是不存在的，温度降低时，金属导体的电阻减小，当温度接近绝对零度时，电阻几乎为零。小灯泡的伏安特性曲线是曲线，是非线性元件，当灯泡电阻变化时，仍有I、U、R瞬时对应，满足欧姆定律 如同滑动变阻器电阻变化时也满足欧姆定律[3]。

2.4 结论

综上所述，从导电材料的角度看，欧姆定律适用于金属和电解质溶液（无化学反应）；从能量转化的角度看，欧姆定律适用于纯电阻元件。对于线性元件，电阻保持不变，导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，欧姆定律适用。从物理学史推想，欧姆当年用八根不同铜丝进行实验，应该是研究了电压保持不变时，电流与电阻的关系，以及电阻保持不变时，电流与电压的关系。虽然都是非线性元件，小灯泡是金属材料，是纯电阻元件，满足欧姆定律，二极管是半导体材料，却不满足欧姆定律。因此，线性非线性不能作为欧姆定律是否适用的标准。

3 教材编写建议

“有了电阻的概念，我们可以把电压、电流、电阻的关系写成 上式可以表述为：导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。这就是我们在初中学过的欧姆定律。”[1]笔者以为，欧姆定律的内容是 这个表达式最重要的意义是明确了电流、电压、电阻三个量的关系，而不是其中的正比关系和反比关系，教材没必要对欧姆定律进行正比反比的表述。

“实验表明，除金属外，欧姆定律对电解质溶液也适用，但对气态导体（如日光灯管、霓虹灯管中的气体）和半导体元件并不适用。”教材已明确欧姆定律的适用范围，建议教材将线性元件和非线性元件的概念与欧姆定律的适用范围分开，同时明确线性、非线性不能作为欧姆定律是否适用的标准。

参考文献：

欧姆定律的实质例2

2.相同之处

欧姆定律适用于线性元件，如金属等，不适用于非线性元件，如气态导体等。

三、三点质疑

1.线性元件存在吗

材料的电阻率ρ会随其他因素的变化而变化（如温度），从而导致导体的电阻实际上不可能是稳定不变的，也就是说理想的线性元件并不存在。在实际问题中，当通电导体的电阻随工作条件变化很小时，可以近似看作线性元件，但这也是在电压变化范围较小的情况下才成立，例如常用的炭膜定值电阻，其额定电流一般较小，功率变化范围较小。

2.对所有非线性元件欧姆定律都不适合吗

在上述所有表述中都有欧姆定律适用于金属导体之说，又有欧姆定律适用的元件是线性元件之说，也就是说金属是线性材料，而我们知道，白炽灯泡的灯丝是金属材料钨制成的，也就是说线性材料钨制成的灯丝应是线性元件，但实践告诉我们灯丝显然不是线性元件，因此这里的表述就不正确，为了避免这种自相矛盾，许多资料上又说欧姆定律的应用有“同时性”，或者说“欧姆定律不适用于非线性元件，但对于各状态下是适合的”，笔者总觉得这样的解释难以让学生接受，有牵强之意，给教师的教造成难度，既然各个状态下都是适合的，那就是整个过程适合呀。

3.对欧姆定律适合的元件I与R一定成反比吗

I与R成反比必须有“导体两端的电压U相同”这一前提，在这一前提条件下改变导体的电阻R，那么通过导体的电流就会发生变化，因而导体的工作点就发生了变化，其制作材料的电阻率 ρ就随之变化，因此导致电阻又会发生进一步的变化，这样又会导致电流产生进一步的变化，所以实践中多数情况下I与R就不会成严格的反比关系，甚至相差很大。

四、两条教学对策

1.欧姆定律的表述需要改进

其实早就有一些老师对欧姆定律的表述进行过深入的分析，并结合他们自身长期的教学经验，已经提出了欧姆定律的表述的后半部分“I与R成反比”是多余的，应该删除，笔者也赞成这种做法，因为这种说法本身就是不准确的，这也是在上述三种大学普通物理教材中都没有出现这个说法的原因。

通过对欧姆定律发现历程的溯源，可知欧姆当时发现这一电路定律时也没有提出“反比”这一函数关系，只是定量地给出了一个等式，因此，笔者认为欧姆定律的现代表述有必要改进，既要传承欧姆当时的公式，也要符合实际情况，所以笔者认为欧姆定律应该表述为：通过导体的电流强度等于导体两端的电压与导体此时的电阻之比。

那么，为什么连“I与U成正比”也省去呢？当R一定时，I与U成正比是显然的，但如果在欧姆定律的表述中一旦出现“I与U成正比”的说法，学生就会很自然地想到“I与R成反比”，而这种说法是不对的，所以表述中最好不要出现“I与U成正比”和“I与R成反比”这两种说法。

2.线性还是非线性元件的区分不能以材料种类为判断标准

欧姆定律的实质例3

1.《闭合电路欧姆定律》教学目标分析

《闭合电路欧姆定律》教学目标主要有以下几个方面：一是，经进闭合电路欧姆定律的理论推导过程，体验能量转化和守恒定律在电路中的具体应用，培养学生推理能力;二是，了解路端电压与电流的U-I图像，培养学生利用图像方法分析电学问题的能力;三是，通过路端电压与负载的关系实验，培养学生利用实验探究物理规律的科学思路和方法;四是，利用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题，培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。高中物理《闭合电路欧姆定律》教学主要是围绕定律的推导和定律的应用这两个问题展开的，其中涉及到了“电动势和内阻”、“用电势推导电压关系”、“焦耳定律”以及“欧姆定律”等诸多内容，这些内容之间具有一定的联系， 只要能够为其构建一个完善的体系，将这些知识有机的结合起来，就能够得出闭合电路的欧姆定律。以建构主义教学思想为基础，采用创设“问题情境”的教学设计，对于提高课堂教学有效性具有积极意义。

2.创设“问题情境”的教学设计具体实践

首先，通过问题的提出激发学生的求知欲。例如：将一个小灯泡接在已充电的电容器两极，另一个小灯泡在干电池两端，会观察到什么现象？并展示生活中的一些电源，演示手摇发电机使小灯泡发光和利用纽扣电池发声的音乐卡片实验，使学生进行思考这些现象出现的原因。通过观察学生会发现手摇发电机是将机械能转化成电能的过程，停止摇动就没有电能，灯泡就不会亮，而干电池、蓄电池是将化学能转化成电能，其化学能能够为干电池提供持续供电的功能，因此小灯泡能够持续发光。然后教师再在这个基础上提出问题：什么是电源的电动势？之后指出电源电动势的概念，帮助学生认识电源的正负极，并画出等效的电路图，利用学生已知的知识，如电势相当于高度，电势差则相当于高度差，这样学生就能够很好的对电势差以及电源电动势的内电压和外电压等概念进行理解了。

其次，在教学中可采用类比、启发、多媒体等多种方法进行教学。教师在课堂教学汇总可借助于多媒体播放flash课件， 借助于升降机举起的高度差或者儿童滑梯两端的高度差，帮助学生更好的理解电源电动势。另外还可以从能量的角度引导学生对其进行理解，例如小花去买衣服，共有100元，其中10元用于打车，90元用于买衣服，在这里，100元就相当于电源的电动势，车费相当于内电压（必要的无用功），买衣服的费用就相当于外电压（有用功），从而使学生掌握内外电压的本质属性。

最后，要通过实验来引导学生进行探究。物理学是一门以实验为基础的科学，观察和实验是提出问题的基础，在实验教学中应鼓励学生观察要细致人微，要善于从实验中发现问题，直观、形象的实验现象能激发学生思考。可以让学生通过实验来探究路端电压与外电阻（电流）的关系，得出路端电压与外电阻（电流）的关系，再从理论上进行分析。然后演示电动势分别为3V和9V（旧）的电源向一个灯泡供电实验，引发学生学习的兴趣，让学习进行讨论，解释现象原因。通过这种方式能够让学生很容易就明白流过灯泡的实际电流不仅与电源的电动势有关，还与电路中的总电阻有关，从而顺理成章的得出闭合电路欧姆定律，完成课堂教学任务。

欧姆定律的实质例4

关键词：物理选修3-1；焦耳定律；欧姆定律；纯电阻电路

人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1课本对焦耳定律的引入过程如下：

电流通过白炽灯、电炉等电热元件做功时，电能全部转化为导体的内能，电流在这段电路中做的功W等于这段电路发出的热量Q，即

Q=W=UIt

由欧姆定律

U=IR

代入上式后可得热量Q的表达式

Q=I2Rt

即电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比，这个关系最初是焦耳用实验直接得到的，我们把它叫做焦耳定律。

这里用公式推导的方式得出了焦耳定律的公式和内容，笔者认为不太恰当，理由如下：

第一，焦耳定律是焦耳通过大量实验总结出来的规律，科学实验是自然规律最直接的反映，科学理论正确与否必须接受实验的检验，正如课本上所说焦耳定律是焦耳用实验直接得到的，焦耳定律本身就是一个实验规律，这是焦耳通过大量实验总结得到并经过无数次实验验证了的实验结论，我们不应该淡化科学实验在焦耳定律建立过程中所起的巨大作用，公式推导的方式掩盖了焦耳定律的真实面目。

第二，这里Q=W应用了能量转化与守恒定律来推导焦耳定律，而实际情况是焦耳本人是在得出焦耳定律后，又进行了长期的、大量的、精确的科学实验，在大量实验事实面前焦耳提出了能量转化和守恒定律.并且电流通过导体时所做的电功和导体发出的电热相等是焦耳得出能量转化与守恒定律的重要实验基础.由此看来，用能量转化和守恒定律来推导焦耳定律是不符合科学发展的实际历程的。

第三，上述推导过程用到了欧姆定律，欧姆定律的表达式应该为[I=UR]，不应该用U=IR，另外，欧姆定律是只能在纯电阻电路中才适用的规律，用欧姆定律来推导焦耳定律会使学生认为焦耳定律也只适用于纯电阻电路，对电动机等非纯电阻元件求电热不适用的错误认识.学生一旦建立这样的错误认识再来纠正是比较困难的.

基于以上考虑，笔者认为引入焦耳定律的过程可以做一些调整.建议设计“电流通过电学元件时产生的电热与谁有关？”的探究实验（或者介绍焦耳所做的实验）.通过探究实验得出Q=I2Rt，即焦耳定律.然后结合能量转化与守恒定律在纯电阻电路中电流做功全部转化为电热W=Q，即UIt=I2Rt，可以得到[I=UR]。由此可见欧姆定律是能量转化与守恒定律在纯电阻电路中的具体反映和内在要求.

这样设计的好处是还原了人们认识自然规律的实际历程，体现出了科学实验在科学理论建立过程中的巨大作用，使人们认识到焦耳定律是一条实验规律，物理学科是一门实验科学，能真实反映自然规律.通过探究实验的设计我们可以引导学生像科W家那样设计实验方案，探究、总结得出规律，使学生在实验中体会科学实验对自然科学的重要意义，也能使学生获得科学研究的方法.

欧姆定律的实质例5

苏科版物理教材中欧姆定律处在一章的第三节，在探究欧姆定律之前，学生已经学习的电学内容有：初始家用电器和电路，电路连接的基本方式（串并联电路的认识），电流和与电流表的使用，电压和电压表的使用，电阻，变阻器。通过这些内容的学习，学生已经知道改变电流大小的两种方法：1. 改变电路中的电源电压；2. 改变电路中的电阻。带着这样的知识基础，进行欧姆定律的探究学习。

教学过程中，按照教科书上实验电路图，采用控制变量的方法，根据实验探究的一般过程进行两次实验。因此在利用教材中的实验设计进行教学的过程中遇到了一些有待商榷的问题。

问题1：“移动变阻器的滑片，改变滑动变阻器连入电路的电阻，可以改变电路中的电流，但为什么就可以改变加在电阻两端电压呢？”

问题2：“调节变阻器，使电阻R两端电压改变，为什么同样是调节变阻器，却又是使加在R两端的电压不变呢？”

分析：学生对电流的认知是通过教材中用水流做类比，从而知道电压是形成电流的原因。从认知的过程来看，正是因为有了电压，才会有电流的产生。

而在本书欧姆定律的探究实验中，二次实验都是通过移动滑动变阻器来改变电流的大小，利用欧姆定律的原理，从而改变了电阻两端的电压或使不同电阻两端的电压不变。这样就会给学生有一个错误的印象：“电阻改变电流，电流改变电压”。使学生认知电流、电压的因果关系上容易出现倒置，认为电压的改变是由于电流的变化而引起的。因此在未探究出欧姆定律之前，根本不可能向学生解释他们提出的这两个问题。更严重的是在课后的作业反馈中，有学生对于这个的实验做出了错误的总结：在电阻一定时，电压和电流成正比。所以这个实验设计在学生探究学习欧姆定律的思维逻辑上存在着错误的引导，必须加以改进。

本人认为问题产生的根本原因就出在滑动变阻器在实验中的引入。

虽然滑动变阻器的联入使实验操作更为方便更为简单，但产生的负面影响是巨大的，导致了学生知识认知逻辑上的混乱，迷惑，弊大于利。本人提出的改进建议是舍去滑动变阻器：

电阻不变时，探究电流与电压的关系的实验中，完全可以舍去滑动变阻器，直接把电阻接入电路，通过直接改变电源电压的方法来进行实验。

电压不变时，探究电流与电阻的关系。而舍去滑动变阻器后，通过固定的电池数目的方法很难实现电阻两端的电压不变。其原因在于电池组存在一定的内阻，就会导致路端电压随外电路电阻的变化而变化（外电路电阻变大路端电压也变大），而不能达到控制电压不变的目的。同时电压表示数的变化也会引起学生的质疑。初中阶段，由于电池的内阻不作要求，因此最合适的方法就是采用输出电压恒定的学生电源进行实验。

综上分析，本人设计这样的探究实验：

实验器材：学生电源，电阻箱（或若干已知阻值电阻），电压表，电流表，导线，开关

实验步骤：按实物图连接好电路：

实验一，先保持电阻R不变，通过调节学生电源的输出电压（电压取值要小），研究电流跟电压的关系。将所测数值填入表格，分析数据，得出结论。

实验二，保持学生电源输出电压不变，调节电阻箱的阻值，研究电流和电阻的关系。将所测数值填入表格，分析数据，得出结论。

欧姆定律的实质例6

关键词：是对物理规律的一种表达形式。通过大量的观察、实验归纳而成的结论。反映物理现象在一定条件下发生变化过程的必然关系。物理定律的教学应注意：首先要明确、掌握有关物理概念，再通过实验归纳出结论，或在实验的基础上进行逻辑推理（如牛顿第一定律）。有些物理量的定义式与定律的表式相同，就必须加以区别（如电阻的定义式与欧姆定律的表式可具有同一形式R＝U/I），且要弄清相关的物理定律之间的关系，还要明确定律的适用条件和范围。

（1）牛顿第一定律采用边讲、边讨论、边实验的教法，回顾“运动和力”的历史。消除学生对力的作用效果的错误认识；培养学生科学研究的一种方法——理想实验加外推法。教学时应明确：牛顿第一定律所描述的是一种理想化的状态，不能简单地按字面意义用实验直接加以验证。但大量客观事实证实了它的正确性。第一定律确定了力的涵义，引入了惯性的概念，是研究整个力学的出发点，不能把它当作第二定律的特例；惯性质量不是状态量，也不是过程量，更不是一种力。惯性是物体的属性，不因物体的运动状态和运动过程而改变。在应用牛顿第一定律解决实际问题时，应使学生理解和使用常用的措词：“物体因惯性要保持原来的运动状态，所以……”。教师还应该明确，牛顿第一定律相对于惯性系才成立。地球不是精确的惯性系，但当我们在一段较短的时间内研究力学问题时，常常可以把地球看成近似程度相当好的惯性系。

（2）牛顿第二定律在第一定律的基础上，从物体在外力作用下，它的加速度跟外力与本身的质量存在什么关系引入课题。然后用控制变量的实验方法归纳出物体在单个力作用下的牛顿第二定律。再用推理分析法把结论推广为一般的表达：物体的加速度跟所受外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。教学时还应请注意：公式F＝Kma中，比例系数K不是在任何情况下都等于1；a随F改变存在着瞬时关系；牛顿第二定律与第一定律、第三定律的关系，以及与运动学、动量、功和能等知识的联系。教师应明确牛顿定律的适用范围。

（3）万有引力定律教学时应注意：①要充分利用牛顿总结万有引力定律的过程，卡文迪许测定万有引力恒量的实验，海王星、冥王星的发现等物理学史料，对学生进行科学方法的教育。②要强调万有引力跟质点间的距离的平方成反比（平方反比定律），减少学生在解题中漏平方的错误。③明确是万有引力基本的、简单的表式，只适用于计算质点的万有引力。万有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上，也发现了它的局限性。

欧姆定律的实质例7

（2）牛顿第二定律。在第一定律的基础上，从物体在外力作用下，它的加速度跟外力与本身的质量存在什么关系引入课题。然后用控制变量的实验方法归纳出物体在单个力作用下的牛顿第二定律。再用推理分析法把结论推广为一般的表达：物体的加速度跟所受外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。教学时还应请注意：公式F＝Kma中，比例系数K不是在任何情况下都等于1；a随F改变存在着瞬时关系；牛顿第二定律与第一定律、第三定律的关系，以及与运动学、动量、功和能等知识的联系。教师应明确牛顿定律的适用范围。

（3）万有引力定律。教学时应注意：①要充分利用牛顿总结万有引力定律的过程，卡文迪许测定万有引力恒量的实验，海王星、冥王星的发现等物理学史料，对学生进行科学方法的教育。②要强调万有引力跟质点间的距离的平方成反比（平方反比定律），减少学生在解题中漏平方的错误。③明确是万有引力基本的、简单的表式，只适用于计算质点的万有引力。万有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上，也发现了它的局限性。

（4）机械能守恒定律。这个定律一般不用实验总结出来，因为实验误差太大。实验可作为验证。一般是根据功能原理，在外力和非保守内力都不做功或所做的总功为零的条件下推导出来。高中教材是用实例总结出来再加以推广。若不同形式的机械能之间不发生相互转化，就没有守恒问题。机械能守恒定律表式中各项都是状态量，用它来解决问题时，就可以不涉及状态变化的复杂过程（过程量被消去），使问题大大地简化。要特别注意定律的适用条件（只有系统内部的重力和弹力做功）。这个定律不适用的问题，可以利用动能定理或功能原理解决。

（5）动量守恒定律。历史上，牛顿第二定律是以F＝dP/dt的形式提出来的。所以有人认为动量守恒定律不能从牛顿运动定律推导出来，主张从实验直接总结。但是实验要用到气垫导轨和闪光照相，就目前中学的实验条件来说，多数难以做到。即使做得到，要在课堂里准确完成实验并总结出规律也非易事。故一般教材还是从牛顿运动定律导出，再安排一节“动量和牛顿运动定律”。这样既符合教学规律，也不违反科学规律。

欧姆定律的实质例8

2.进行新课

(1)欧姆定律

由实验我们已知道了在电阻一定时，导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比，在电压不变的情况下，导体中的电流跟导体的电阻成反比。把以上实验结果综合起来得出结论，即欧姆定律。

板书：〈第二节欧姆定律

1.内容：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。〉

欧姆定律是德国物理学家欧姆在19世纪初期(1827年)经过大量实验得出的一条关于电路的重要定律。

欧姆定律的公式：如果用U表示加在导体两端的电压，R表示这段导体的电阻，I表示这段导体中的电流，那么，欧姆定律可以写成如下公式：

I=U/R。

公式中I、U、R的单位分别是安、伏和欧。

公式的物理意义：当导体的电阻R一定时，导体两端的电压增加几倍，通过这段导体的电流就增加几倍。这反映导体的电阻一定时，导体中的电流跟导体两端的电压成正比例关系(I∝U)。当电压一定时，导体的电阻增加到原来的几倍，则导体中的电流就减小为原来的几分之一。反映了电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成反比例的关系(I∝U/R)。公式I=U/R完整地表达了欧姆定律的内容。

板书：<2.公式：I=U/R

I-电流(安)U-电压(伏)R-电阻(欧)>

有关欧姆定律的几点说明：

①欧姆定律中的电流、电压和电阻这三个量是对同一段导体而言的。

②对于一段电路，只要知道I、U和R三个物理量中的两个，就可以应用欧姆定律求出另一个。

③使用公式进行计算时，各物理量要用所要求的单位。

(2)应用欧姆定律计算有关电流、电压和电阻的简单问题。

例题1：课本中的例题1。(使用投影片)

学生读题，根据题意教师板演，画好电路图(如课本中的图8-2)。说明某导体两端所加电压的图示法。在图上标明已知量的符号、数值和未知量的符号。

解题过程要求写好已知、求、解和答。解题过程写出根据公式，然后代入数值，要有单位，最后得出结果。

板书：〈例题1：

已知：R=807欧，U=220伏。

求：I。

解：根据欧姆定律

I=U/R=220伏/807欧=0.27安。

答：通过这盏电灯的电流约为0.27安。〉

例题2：课本中例题2。(使用投影片)

板书：〈例题2〉

要求学生在笔记本上按例题1的要求解答。由一位同学到黑板上进行板演。

学生板演完毕，组织全体学生讨论、分析正误。教师小结。

①电路图及解题过程是否符合规范要求。

②答题叙述要完整。本题答：要使小灯泡正常发光，在它两端应加2.8伏的电压。

③解释U=IR的意义：导体两端的电压在数值上等于通过导体的电流跟导体电阻的乘积。不能认为"电压跟电流成正比，跟电阻成反比。"因为这样表述颠倒了因果关系也不符合物理事实。

例题3：课本中的例题3。(使用投影片)

板书：〈例题3〉

解题方法同例题2。学生板演完毕，组织学生讨论、分析正误。教师小结。

①解释R=U/I的物理意义：对同一段导体来说，由于导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，所以i的比值是一定的。对于不同的导体，其比值一般不同。U和I的比值反映了导体电阻的大小。导体的电阻是导体本身的一种性质，它的大小决定于材料、长度和横截面积，还跟温度有关。不能认为R=U/I表示导体的电阻跟导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比。由于电阻是导体本身的一种性质，所以某导体两端的电压是零时，导体中的电流也等于零，而这个导体的电阻值是不变的。

②通过例题3的解答，介绍用伏安法测电阻的原理和方法。

板书：(书写于例题3解后)

〈用电压表和电流表测电阻的方法叫做伏安法。〉

3.小结

(1)简述欧姆定律的内容、公式及公式中各物理量的单位。

什么叫伏安法测电阻？原理是什么？

(2)讨论：通过课本中本节的"想想议议"，使学生知道：

①电流表的电阻很小(有的只有零点几欧)，因此实验中绝对不允许直接把电流表按到电源的两极上。否则，通过电流表的电流过大，有烧毁电流表的危险。

②电压表的电阻很大(约几千欧)，把电压表直接连在电源的两极上测电压时，由于通过电压表的电流很小，一般不会烧毁电压表。

4.布置作业

课本本节后的练习1、4。

(四)说明：通过例题，要领会培养学生在审题基础上画好电路图，按规范化要求解题。

第四节电阻的串联

(一)教学目的

1.通过实验和推导使学生理解串联电路的等效电阻和计算公式。

2.复习巩固串联电路电流和电压的特点。

3.会利用串联电路特点的知识，解答和计算简单的电路问题。

(二)教具

学生实验：每组配备干电池三节，电流表、电压表、滑动变阻器和开关各一只，定值电阻(2欧、4欧、5欧各一只)三个，导线若干。

(三)教学过程

1.引入新课

(1)阅读本节课文前的问号中提出的问题，由此引出本节学习的内容。

板书：〈第四节电阻的串联〉

(2)问：什么叫串联电路？画出两个定值电阻串联的电路图。(同学回答略，板演电路图参见课本图8-7)

(3)问：串联电路电流的特点是什么？举例说明。

学生回答，教师小结，在板演电路图上标出I1、I2和I。

板书：〈1．串联电路中各处的电流相等。I1=I2=I。〉

(4)问：串联电路的总电压(U)与分电压(U1、U2)的关系是什么？举例说明。

学生回答，教师小结，在板演电路图上标出U1、U2和U。

板书：〈2.串联电路两端的电压等于各部分电路两端电压之和。U=U1+U2。〉

(5)几个已知阻值的电阻串联后，总电阻和各电阻之间有什么关系？这是本节课学习的主要内容。

2.进行新课

(1)实验：测R1和R2(R3)串联的总电阻。

问：实验的方法和原理是什么？

答：用伏安法测电阻。只要用电压表测出R1和R2串联电阻两端的总电压放用电流表测出通过串联电阻的电流，就可以根据欧姆定律逄出R1和R2串联后的总电阻。

要求学生设计一个测两个定值电阻(R1=2欧、R2=4欧)串联总电阻的实验电路。如课本图8-5所示。

进行实验：

①按伏安法测电阻的要求进行实验。

②测出R1(2欧)和R2(4欧)串联后的总电阻R。

③将R1和R3串联，测出串联后的总电阻R′。将实验结果填在课文中的结论处。

讨论实验数据，得出：R=R1+R2,R′=R1+R3。实验表明：串联电路的总电阻，等于各串联电阻之和。

(2)理论推导串联电路总电阻计算公式。

上述实验结论也可以利用欧姆定律和串联电路的特点，从理论上推导得出。

结合R1、R2的串联电路图(课本图8-6)讲解。

板书：〈设：串联电阻的阻值为R1、R2，串联后的总电阻为R。

由于U=U1+U2,

因此IR=I1R1+I2R2,

因为串联电路中各处电流相等，I=I1=I2

所以R=R1+R2。〉

请学生叙述R=R1+R2的物理意义。

解答本节课文前问号中提出的问题。

指出：把几个导体串联起来，相当于增加了导体的长度，所以总电阻比任何一个导体的电阻都大，总电阻也叫串联电路的等效电阻。

板书：〈3.串联电路的总电阻，等于各串联电阻之和。R=R1+R2。〉

口头练习：

①把20欧的电阻R1和15欧的电阻R2串联起来，串联后的总电阻R是多大？(答：35欧)

②两只电阻串联后的总电阻是1千欧，已知其中一只电阻阻值是700欧，另一只电阻是多少欧？(答：300欧。)

(3)练习

例题1：

出示课本中的例题1投影幻灯片(或小黑板)。学生读题并根据题意画出电路图(如课本图8-7)。标出已知量的符号和数值以及未知量的符号。请一名学生板演，教师讲评。

讨论解题思路，鼓励学生积极回答。

小结：注意审题，弄清已知和所求。明确电路特点，利用欧姆定律和串联电路的特点求解。本题R1、R2串联，所以I=I1=I2。因U1、U2不知，故不能求出I1或I2。但串联电路的总电压知道，总电阻R可由R1+R2求出，根据欧姆定律I=U/R可求出电流I。

板书：〈例题1：

已知：U=6伏，R1=5欧，R2=15欧。

求：I。

解：R1和R2串联，

R=R1+R2=5欧+15欧=20欧。

电路中电流：I=U/R=6伏/20欧≈0.3安。

答：这个串联电路中的电流是0.3安。〉

例题2：

出示课本中例题2的投影片，学生读题，画电路图(要求同例题1)。

讨论解题思路，鼓励学生积极参与。

①问：此题中要使小灯泡正常发光，串联一个适当电阻的意义是什么？

答：小灯泡正常发光的电压是2.5伏，如果将其直接连到6伏的电源上，小灯泡中电流过大，灯丝将被烧毁。给小灯泡串联一个适当电阻R2，由于串联电路的总电压等于各部分电路电压之和，即U=U1+U2。串联的电阻R2可分去一部分电压。R2阻值只要选取合适，就可使小灯泡两端的电压为2.5伏，正常发光。

②串联的电阻R2，其阻值如何计算？

教师引导，学生叙述，分步板书(参见课本例题2的解)。

本题另解：

板书：〈R1和R2串联，由于：I1=I2，

所以根据欧姆定律得：U1/R1=U2/R2，

整理为U1/U2=R1/R2。〉

3.小结

串联电路中电流、电压和电阻的特点。

4.布置作业

本节后的练习：1、2、3。

(四)说明

1.本节测串联电路总电阻的实验，由于学生已学习了伏安法测电阻的知识，一般掌握较好，故实验前有关要求的叙述可从简。但在实验中教师要加强巡回指导。

2.从实验测出串联电阻的总电阻和运用欧姆定律推导出的结果一致。在此应强调实践和理论的统一。在推导串联电阻总电阻公式时，应注意培养学生的分析、推理能力。

3.解答简单的串联电路计算问题时要着重在解题思路及良好的解题习惯的培养上下功夫。

第五节电阻的并联

(一)教学目的

1.使学生知道几个电阻并联后的总电阻比其中任何一个电阻的阻值都小。

2.复习巩固并联电路电流、电压的特点。

3.会利用并联电路的特点，解答和计算简单的电路问题。

(二)教具

每组配备干电池二节，电压表、电流表、滑动变阻器和开关各一只，定值电阻2只(5欧和10欧各一只)，导线若干条。

(三)教学过程

1.复习

问：请你说出串联电路电流、电压和电阻的特点。(答略)

问：请解答课本本章习题中的第1题。

答：从课本第七章第一节末所列的数据表可以知道，在长短、粗细相等条件下，镍铬合金线的电阻比铜导线的电阻大；根据串联电路的特点可知，通过铜导线和镍铬合金中的电流一样大；根据欧姆定律得U=IR，可得出镍铬合金导线两端的电压大于铜导线两端的电压。

问：请解本章习题中的第6题。(请一名学生板演，其他学生自做，然后教师讲评。在讲评中要引导学生在审题的基础上画好电路图，按规范化要求求解。)

2.引入新课

(1)请学生阅读本节课文前问号中所提出的问题，由此提出本节学习的内容。

板书：〈第五节电阻的并联〉

(2)问：并联电路中电流的特点是什么？举例说明。

学生回答，教师小结。

板书：〈1.并联电路的总电流等于各支路中电流之和。即：I=I1+I2。〉

(4)问：并联电路电压的特点是什么？举例说明。

学生回答，教师小结。

板书：〈2.并联电路中各支路两端的电压相等。〉

(5)几个已知阻值的电阻并联后的总电阻跟各个电阻之间有什么关系呢？这就是本节将学习的知识。

3.进行新课

(1)实验：

明确如何测R1=5欧和R2=10欧并联后的总电阻，然后用伏安法测出R1、R2并联后的总电阻R，并将这个阻值与R1、R2进行比较。

学生实验，教师指导。实验完毕，整理好仪器。

报告实验结果，讨论实验结论：实验表明，几个电阻并联后的总电阻比其中任何一个电阻都小。

板书：〈3.几个电阻并联后的总电阻比其中任何一个电阻都小。〉

问：10欧和1欧的两个电阻并联的电阻小于多少欧？(答：小于1欧。)

(2)推导并联电路总电阻跟各并联电阻的定量关系。(以下内容教师边讲边板书)

板书：〈设：支路电阻分别是R1、R2；R1、R2并联的总电阻是R。

根据欧姆定律：I1=U1/R1,I2=U2/R2,I=U/R,

由于：I=I1+I2,

因此：U/R=U1/R1+U2/R2。

又因为并联电路各支路两端的电压相等，即：U=U1=U2,

可得：1/R=1/R1+1/R2。

表明：并联电路的总电阻的倒数，等于各并联电阻的倒数之和。〉

练习：计算本节实验中的两个电阻(R1=5欧，R2=10欧)并联后的总电阻。

学生演练，一名学生板演，教师讲评，指出理论计算与实验结果一致。

几个电阻并联起来，总电阻比任何一个电阻都小，这是因为把导体并联起来，相当于增加了导体横截面积。

(3)练习

例题1：请学生回答本节课文前问号中提出的问题。(回答略)

简介：当n个相同阻值的电阻并联时总电阻的计算式：R=R''''/n。例题1中：R′=10千欧，n=2，所以：R=10千欧/2=5千欧。

例题2.在图8-1所示电路中，电源的电压是36伏，灯泡L1的电阻是20欧，L2的电阻是60欧，求两个灯泡同时工作时，电路的总电阻和干路里的电流。(出示投影幻灯片或小黑板)

学生读题，讨论此题解法，教师板书：

认请此题中灯泡L1和L2是并联的。(解答电路问题，首先要认清电路的连接情况)。在电路图中标明已知量的符号和数值以及未知量的符号。解题要写出已知、求、解和答。

（过程略）

问：串联电路有分压作用，且U1/U2=R1/R2。在并联电路，全国公务员共同天地中，干路中电流在分流点分成两部分，电流的分配跟电阻的关系是什么？此题中，L1、L2中电流之比是多少？

答：（略）

板书：〈在并联电路中，电流的分配跟电阻成反比，即：I1/I2=R2/R1。〉

4.小结

并联电跟中电流、电压、电阻的特点。

几个电阻并联起来，总电阻比任何一个电阻都小。

5.布置作业

课本本节末练习1、2；本章末习题9、10。

参看课本本章的"学到了什么？，根据知识结构图写出方框内的知识内容。

欧姆定律的实质例9

A.U=14BLv

B. U=34BLv

C. U=BLv

D. U=12BLv

易错解法

同学在刚开始学习时，经常这样解题：

解根据导体平动切割磁感线产生感应电动势

E=BLv①

设每边的电阻为R，根据闭合电路欧姆定律

I=E4R②

根据部分电路欧姆定律，MN边的电阻为R，

两端电压为U=IR③

由以上三式解得 U=14BLv

最后选A.

正确的解法：

解根据导体平动切割磁感线产生感应电动势

E=BLv①

设每边的电阻为R，根据闭合电路欧姆定律：

I=E4R ②

根据部分电路欧姆定律.MN两端电压为路端电压，U=3IR③

由以上三式解得： U=34BLv

最后选B

分析过程

第一、从两种解法对比分析，可以很明显地看出，同学对路端电压的理解不到位，路端电压应该是外电路的总电压，而不是内电阻的电压，在本题中，MN边切割磁感线产生感应电动势，则MN边就是电路中的电源，它本身的电阻就是内电阻，所以要想做对本题，需要理解好电路中电源和内阻由什么充当，内电压和外电压怎么求.这样才能做对.

第二、从含源电路欧姆定律角度进一步分析.从上边的分析来看，学生能够理解上边的基本概念和计算方法，但是学生还是不理解直接从MN求为什么不对，问题出在了哪里.

补充知识

一段含源电路欧姆定律：电路中任意两点间的电势差等于连接这两点的支路上各电路元件上电势降落的代数和，其中电势降落的正、负符号规定如下：

a.当从电路中的一点到另一点的走向确定后，如果支路上的电流流向和走向一致，该支路电阻元件上的电势降取正号，反之取负号.

b.支路上电源电动势的方向和走向一致时，电源的电势降为电源电动势的负值（电源内阻视为支路电阻）.反之，取正值.

如图2所示，对某电路的一部分，由一段含源电路欧姆定律可求得

UA-UB=I1R1-ε1+I1r1+ε2-I2r2-I2R2-ε3-I2R3

根据以上知识能很好地解决同学的疑问，可以解释为什么直接计算MN边的电压U=IR不对.正确的计算，应该是一段含源的欧姆定律，MN本身就是一个电源，它两端的电压应该除了内阻电压降之外，还要加上产生的感应电动势，所以直接从MN边计算的方程应该是U=-IR+E，就可以得出正确答案.

巩固练习

例（选自2007年，山东理综卷）用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导体线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图所示.在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud.下列判断正确的是（ ）.

A. Ua

B.Ua

C.Ua=Ub

D.Ub

答案B

本文就一道路端电压问题，分析了学生易出现的错误，并从一段含源电路欧姆定律进一步分析了产生错误的原因.从正反两面的分析过程、补充知识点的讲解再加上巩固练习，因此夯实了学生的相关知识，分析与解决问题的能力都得到相应的提高.

如图1所示，取小车和砝码（包括砝码盘）组成的系统为研究对象，由牛顿第二定律得 a=mgM+m=mg1M+m=

欧姆定律的实质例10

《初中物理新课程标准》将科学探究纳入了物理教学的内容，旨在将学生学习的重心从过去的过于强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化。

所谓“实验探究教学模式”，是指学生在教师的引导下，运用已有的知识和技能，充当新知识的探索者和发现者的角色的学习模式。

笔者多年从事初三物理教学，结合新课改要求，在《欧姆定律》探究教学中进行了尝试，现谈谈自己的实践和体会。

一、在探究过程中，着重应用控制变量法

控制变量法是指决定某一物理量的因素有很多。为了弄清这个量与这些因素之间的关系，往往先控制住其他几个因素不变，集中研究其中一个因素变化所产生的影响，然后通过比较归纳出与这些量之间的关系。

欧姆定律揭示了电流、电压、电阻三个物理量之间的关系，由于电流大小与电压、电阻都有关系，因此探究步骤中的设计实验应尽量引导学生分为两步设计。

1.保持电阻不变，研究电流跟电压的关系。

要让学生明确“研究电流跟电压的关系时，应保持电阻不变”，设计实验电路时应考虑：①怎样测量定值电阻两端的电压U和定值电阻中的电流I呢？②怎样保持导体的电阻R不变呢？③通过什么方法改变定值电阻两端的电压U呢？

设计并连接电路利用滑动变阻器改变定值电阻两端的电压，使它成整数倍地增加，并记录所对应的电流值，

2.保持电压不变，研究电流跟电阻的关系。

要让学生明确“研究电流跟电阻的关系时，应保持电压不变”，实验探究时应考虑：①怎样改变导体电阻R的大小？②怎样保持导体两端的电压U不变呢？让学生讨论交流，使学生认识到：当定值电阻的大小发生变化时，可通过滑动变阻器控制其两端的电压U保持不变。

更换定值电阻，利用滑动变阻器保持定值电阻两端的电压不变，记录对应的电流值，在具体的探究教学中可能会遇到这样的问题：在电阻R阻值改变时，电阻R两端的电压也发生变化，如何移动滑动变阻器的滑片，使电阻R两端的电压恢复到原来的电压值。这也是把控制变量法从理论升华到实际的一个方面。

二、在探究过程中，让学生亲身体验，增强课堂教学效果

学生是教学活动的主体，教师对思维活动过程的展开，不能代替学生自己的思维活动。因此，在设计本节探究活动时笔者以学生为中心，进行分组实验。激发学生的求知欲和参与意识，使不同层次学生的认知结构、个性品质在参与中都得到发展。设计学生活动程序如下：

（1）提出问题：电流与电压，电流与电阻的关系？

（2）作出假设：①不成比例。②成正比。③成反比。

（3）设计并进行实验：①设计电路图。②设计步骤。③进行实验。

（4）分析数据得出结论。

这样做有以下好处：第一，可以充分调动学生的积极性。对于初中学生来说，他们已不再局限于看老师演示实验，都喜欢自己动手操作，通过自己的实践解决问题。第二，可以清楚地发现并指出学生的操作中的错误，物理实验中一些仪器的使用，要求学生掌握，培养学生正确而良好的操作技能。但是，在实践过程中，笔者认为学生的练习机会实在太少，有些仪器的使用方法尽管学生课上听懂了，但真正操作起来并不如想象的那样简单顺手。就像本节中的电流表、电压表的使用，学生往往会把电表的串并连搞错，把正负接线柱接错等，滑动变阻器的使用也不够到位。第三，可以巩固学生对相应知识的掌握情况。对于人的记忆方式来说，自己动手操作过的情景记忆起来要比单纯的聆听接受记忆要牢固得多。

三、在探究过程中，引导学生反思应用迁移

这一方法要求把已知迁移到未知、把此一类知识迁移到另一类知识中，使学生受到相互渗透、影响和转化的观点的教育。例如，启发学生把已有的知识迁移到欧姆定律的探究中，把欧姆定律的知识迁移到其他知识的学习中。这样就使学生不仅提高了知识学习的效率，而且逐渐树立普遍联系、转化的观点。

例如：在总结欧姆定律的公式（I=U/R）时，可以压强的公式为母本，压强的公式是P=F/S，它的理解可以是：当受力面积一定时，压强与压力成正比；当压力一定时，压强与受力面积成反比。而欧姆定律是：通过导体的电流，与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。两者是可以相互迁移的，所以很顺利地得出欧姆定律的公式I=U/R。这对于知识和思维不是很完善的初中学生来说，可以很容易地掌握知识，得出结论。

当然在欧姆定律的探究教学中还有很多地方可以运用知识迁移，例如：在运用探究的基本过程解决电流、电压、电阻三者关系时，可以反思以往用探究的方法解决过的问题，如液体压强、深度、液体密度三者的关系，用以往的经验为本次探究的顺利完成做铺垫。

四、在探究过程中，利用教材对学生进行德育教育

德育是五育之首，新课程标准关注人的发展，把德育放在十分重要的地位。作为基础学科的物理理所当然承担着重要的德育任务。

在《欧姆定律》探究教学中，笔者首先做了大量的准备工作，这样学生不仅学得很愉快，而且在心里会产生一种对教师的敬佩之情，并从老师身上体会到一种责任感，这对以后的学习工作都有巨大的帮助作用。其次，在教学过程中，利用分组实验的合作性学习潜移默化地对学生进行德育教育，培养他们团结协作的精神。最后，利用欧姆的事迹和成果激发学生的学习热情，树立崇高理想，榜样的力量是无穷的，它对学生具有强大的感染力和说服力。

教育部颁布的《物理课程标准》首先提出科学探究，其次才是科学内容，它把科学探究作为很重要很有价值的学习方法和教学方法提出来，说明越来越多的教育者注意到探究教学在教改中的重要地位。《欧姆定律》一课的探究教学不仅要求教师有较高自身的修养素质，还要做好在探究教学中与学生一起双向地、互动地建构学科知识、促进能力发展。因此，在初中物理新课标下如何更好地开展探究教学，值得我们探讨。