對(duì)探究歐姆定律實(shí)驗(yàn)的再思考

高澤超

摘 要：本文對(duì)歐姆定律實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的說明，然后對(duì)在實(shí)驗(yàn)中的一些地方進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：歐姆定律；電流；電壓；電阻

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）4-0026-2

在初中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，探究歐姆定律是一個(gè)非常重要的實(shí)驗(yàn)，如圖1所示的電路圖。

1.器材：

學(xué)生電源（6 V），電流表，電壓表，滑動(dòng)變阻器（1 A、20 Ω），開關(guān)，定值電阻（5 Ω、10 Ω、20 Ω），導(dǎo)線若干。

2.實(shí)驗(yàn)方法：

控制變量法。

3.實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）按照電路圖，連接好實(shí)物圖，電流表選擇“-和3”和電壓表選擇“-和15”。

（2）在探究電流與電壓的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持電阻不變，通過緩慢移動(dòng)滑動(dòng)變阻器改變R兩端的電壓，分別記下電壓表和電流表的示數(shù)。

（3）在探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持電壓表示數(shù)不變，通過緩慢移動(dòng)滑動(dòng)變阻器保持R兩端的電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值，記錄下電流表的示數(shù)，然后更換不同的定值電阻，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電壓表的示數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值，記錄下電流表相對(duì)應(yīng)的示數(shù)。

4.分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論：

當(dāng)導(dǎo)體電阻一定時(shí)，通過該導(dǎo)體的電流與兩端的電壓成正比；當(dāng)導(dǎo)體兩端電壓一定時(shí)，通過該導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體電阻成反比。

然而，在具體的實(shí)驗(yàn)操作過程中，以下問題很容易讓我們忽略，下面我們進(jìn)行一些探討。

（1） 在探究電流與電壓、電阻的關(guān)系時(shí)，我們?cè)谟涗洈?shù)據(jù)時(shí)應(yīng)注意些什么？

對(duì)于初中生而言，從較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)中分析并找到規(guī)律，這是一件很困難的事情。為了數(shù)據(jù)方便處理，在探究電流與電壓的關(guān)系時(shí)，電壓的值盡量成倍數(shù)地增加，如l V，2 V，3 V（0.3 V，0.6 V，0.9 V）；在探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，電阻值也成倍數(shù)增加，如5 Ω，10 Ω，15 Ω。這樣更容易找出實(shí)驗(yàn)規(guī)律，節(jié)省處理數(shù)據(jù)的時(shí)間。

（2）在探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，每次更換定值電阻時(shí)，都要將原來的定值電阻和電壓表拆下，把新的定值電阻和電壓表重新接上，這樣操作比較麻煩，頻繁的操作不僅容易造成電路接觸不良，而且也影響學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的效果，換用旋鈕式電阻箱代替需要更換的電阻， 原先每次更換電阻需要拆接就只需一次旋鈕，大大地簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作，提高了實(shí)驗(yàn)效率。

（3） 在探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，一般都是老師給定一個(gè)預(yù)設(shè)值，往往發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了一兩次實(shí)驗(yàn)后，后面的實(shí)驗(yàn)沒有辦法再進(jìn)行。為了完成實(shí)驗(yàn)，若只給定滑動(dòng)變阻器規(guī)格（1 A、20 Ω），電壓表示數(shù)的預(yù)設(shè)值為2 V，如何選定值電阻？

例如，在上述實(shí)驗(yàn)中，電壓表示數(shù)為U定=2 V不變，根據(jù)串聯(lián)；

根據(jù)串聯(lián)分壓：

則定值電阻的選擇范圍是2～10當(dāng)我們選擇的電阻小于2 Ω，在實(shí)驗(yàn)中能夠得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但是電路中的電流大于1 A，有損壞儀器的危險(xiǎn)；若我們選擇的電阻大于10 Ω，則滑動(dòng)變阻器接入的阻值大于20 Ω>R，即無論怎么滑動(dòng)，都沒有辦法使電壓表的示數(shù)為2 V。

若給定定值電阻，如何選定值電阻（5 Ω、10 Ω、20 Ω），電壓表示數(shù)的預(yù)設(shè)值仍為2 V，如何去選擇滑動(dòng)變阻器或算出滑動(dòng)變阻器接入的電阻范圍？

例如，在上述實(shí)驗(yàn)中，電壓表示數(shù)仍為2 V不變，

即選擇滑動(dòng)變阻器的規(guī)格最大值不能超過40 Ω或滑動(dòng)變阻器接入的阻值最大值為40 Ω，而接入的最小值要根據(jù)滑動(dòng)變阻器的規(guī)格和電流表選擇的量程來決定。

（4） 在探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，要保持電壓表示數(shù)不變，這個(gè)預(yù)設(shè)值是如何得到的呢？是不是隨意給定這個(gè)預(yù)設(shè)值都可以呢？

例如，在上面的實(shí)驗(yàn)中，定值電阻（5 Ω、10 Ω、20 Ω）和滑動(dòng)變阻器（1 A、20 Ω），如何去找這個(gè)預(yù)設(shè)值的范圍？

則U定max=5 V。

當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入的阻值最大（R=20 Ω），則定值電阻兩端的電壓最小，

所以，為了完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，則U=3 V。即預(yù)設(shè)值的范圍是3～5 V。當(dāng)預(yù)設(shè)值大于5 V，在實(shí)驗(yàn)中，能夠得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但是電路中的電流大于1 A，有損壞儀器的危險(xiǎn)；若預(yù)設(shè)值小于3 V，當(dāng)定值電阻阻值大于20 Ω> R，即無論怎么滑動(dòng)，都沒有辦法使電壓表的示數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸軍.歐姆定律實(shí)驗(yàn)的缺憾及補(bǔ)正策略[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2010，39（3）：57—58.

[2]李鳳東，王召輝，梁蘭英，蘇福河.淺談科學(xué)探究“歐姆定律”[J].物理通報(bào)，2009（1）：39—41.

（欄目編輯 劉 榮）