關于“歐姆定律”教學的探討

車國華

筆者在經(jīng)歷了初中物理和高中物理“歐姆定律”的教學實踐之后，發(fā)現(xiàn)歐姆定律及相關內容的表述存在一些問題，對教師的“教”會造成一定影響，對學生的“學”會引起一些疑點，因此查證了歐姆定律的發(fā)現(xiàn)過程，并且對比了三種大學普通物理學教材、三種高中物理教材、兩種人教版初中物理教材、兩種粵教版初中物理教材的不同表述，對歐姆定律及相關內容的教學進行以下探討。

一、歐姆定律發(fā)現(xiàn)歷程溯源

2.相同之處

歐姆定律適用于線性元件，如金屬等，不適用于非線性元件，如氣態(tài)導體等。

三、三點質疑

1.線性元件存在嗎

材料的電阻率ρ會隨其他因素的變化而變化（如溫度），從而導致導體的電阻實際上不可能是穩(wěn)定不變的，也就是說理想的線性元件并不存在。在實際問題中，當通電導體的電阻隨工作條件變化很小時，可以近似看作線性元件，但這也是在電壓變化范圍較小的情況下才成立，例如常用的炭膜定值電阻，其額定電流一般較小，功率變化范圍較小。

2.對所有非線性元件歐姆定律都不適合嗎

在上述所有表述中都有歐姆定律適用于金屬導體之說，又有歐姆定律適用的元件是線性元件之說，也就是說金屬是線性材料，而我們知道，白熾燈泡的燈絲是金屬材料鎢制成的，也就是說線性材料鎢制成的燈絲應是線性元件，但實踐告訴我們燈絲顯然不是線性元件，因此這里的表述就不正確，為了避免這種自相矛盾，許多資料上又說歐姆定律的應用有“同時性”，或者說“歐姆定律不適用于非線性元件，但對于各狀態(tài)下是適合的”，筆者總覺得這樣的解釋難以讓學生接受，有牽強之意，給教師的教造成難度，既然各個狀態(tài)下都是適合的，那就是整個過程適合呀。

3.對歐姆定律適合的元件I與R一定成反比嗎

I與R成反比必須有“導體兩端的電壓U相同”這一前提，在這一前提條件下改變導體的電阻R，那么通過導體的電流就會發(fā)生變化，因而導體的工作點就發(fā)生了變化，其制作材料的電阻率 ρ就隨之變化，因此導致電阻又會發(fā)生進一步的變化，這樣又會導致電流產(chǎn)生進一步的變化，所以實踐中多數(shù)情況下I與R就不會成嚴格的反比關系，甚至相差很大。

四、兩條教學對策

1.歐姆定律的表述需要改進

其實早就有一些老師對歐姆定律的表述進行過深入的分析，并結合他們自身長期的教學經(jīng)驗，已經(jīng)提出了歐姆定律的表述的后半部分“I與R成反比”是多余的，應該刪除，筆者也贊成這種做法，因為這種說法本身就是不準確的，這也是在上述三種大學普通物理教材中都沒有出現(xiàn)這個說法的原因。

通過對歐姆定律發(fā)現(xiàn)歷程的溯源，可知歐姆當時發(fā)現(xiàn)這一電路定律時也沒有提出“反比”這一函數(shù)關系，只是定量地給出了一個等式，因此，筆者認為歐姆定律的現(xiàn)代表述有必要改進，既要傳承歐姆當時的公式，也要符合實際情況，所以筆者認為歐姆定律應該表述為：通過導體的電流強度等于導體兩端的電壓與導體此時的電阻之比。

那么，為什么連“I與U成正比”也省去呢？當R一定時，I與U成正比是顯然的，但如果在歐姆定律的表述中一旦出現(xiàn)“I與U成正比”的說法，學生就會很自然地想到“I與R成反比”，而這種說法是不對的，所以表述中最好不要出現(xiàn)“I與U成正比”和“I與R成反比”這兩種說法。

2.線性還是非線性元件的區(qū)分不能以材料種類為判斷標準

同樣是金屬材料，鎢絲的伏安特性是非線性的，而一些合金材料導體的伏安特性卻是非常接近理論線性，如標準電阻。所以我們在區(qū)分線性元件還是非線性元件時，不能以導體的材料種類作為判斷的標準，而只能通過實驗測定，得到I-U圖象，以此來作為判斷依據(jù)。

參考文獻：

劉維寧.“歐姆定律”的教學設計和教學反思[J].中學物理教學參考，2014（08）.

編輯 李建軍