課程中關(guān)于影響電流因素的探討

摘 要：本文概述電流的產(chǎn)生及其定義，引導(dǎo)學(xué)生對電流的變化過程產(chǎn)生興趣，并結(jié)合生活中顯而易見的現(xiàn)象，探究影響電流的因素。學(xué)會(huì)探究影響因素的方法這將幫助學(xué)生深刻理解歐姆定律，有利于今后靈活運(yùn)用該定律進(jìn)行計(jì)算。

關(guān)鍵詞：電流影響;因素的探討

一、課程導(dǎo)入：電流的發(fā)現(xiàn)及定義

現(xiàn)在，在我們的生活中電的使用已經(jīng)非常普遍，然而在人們學(xué)會(huì)利用電之前，人們只能過著日出而作，日落而息的日子。正是電的發(fā)現(xiàn)，才點(diǎn)亮了漆黑的夜晚，推動(dòng)了人類社會(huì)的極大進(jìn)步。既然電如此重要，電是如何發(fā)現(xiàn)的呢？

1820年，奧斯特通過偶然發(fā)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng)。隨后，安培對奧斯特的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入探討，他發(fā)現(xiàn)將鐵針放到入通電的線圈里，鐵針就帶上了磁性，從而證實(shí)了電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生了磁[1]。而后安培通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出磁針轉(zhuǎn)動(dòng)方向與電流的關(guān)系，先后發(fā)表了《電磁學(xué)論》和《元電流說》。由于安培的巨大貢獻(xiàn)，后人把以他的名字命名了電流單位——安培[2]。在1825年，在德國科學(xué)家施威格檢流計(jì)的啟發(fā)下，歐姆研究了電流產(chǎn)生的電磁力的衰減與導(dǎo)線長度的關(guān)系，并就此發(fā)表了自己的看法，但此時(shí)他公布了一個(gè)錯(cuò)誤的公式，通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，1826年4月歐姆公開修正了這個(gè)錯(cuò)誤，這才得出著名的歐姆定律（I=U/R）。這一定律的發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了電路學(xué)的發(fā)展，為了紀(jì)念歐姆的功績，物理學(xué)界將電阻的單位命名為“歐姆”，并以符號(hào)“Ω”表示。

現(xiàn)在我們知道，電流即流動(dòng)的電荷。電流的定義是：單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電量（I）。

二、電流影響因素的探討

那么什么因素會(huì)影響電流呢？從歐姆定律（I=U/R）中，可以大致知道電流（I）、電壓（U）、電阻（R），這三者之間的關(guān)系，推斷出直接影響電流的因素，即電壓和電阻。電壓是形成電流的內(nèi)因。但是，如果籠統(tǒng)的說，電壓與電流成正比，電壓升高，電流會(huì)變大;而電阻與電流成反比，增大電阻，導(dǎo)體中的電流會(huì)變小。這卻不一定正確。因?yàn)?，為了探究某種因素對電流大小的影響，應(yīng)使用控制變量法，這樣才能排除其他因素的干擾，單一研究某一因素對電流大小的影響。所以，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋硎鰹?，對于線性元件，電阻不變時(shí)，電流與電壓成正比;電壓不變時(shí)，電流與電阻成反比[3]。

另外，除了這些直接因素以外，還有以下幾點(diǎn)間接因素，通過影響電阻，從而間接的影響電流的大小。在同一電路中，相同材質(zhì)導(dǎo)體的前提下①導(dǎo)體的橫截面積。導(dǎo)體的橫截面積越大，電阻越小;反之導(dǎo)體的橫截面積越小，電阻越大。②導(dǎo)體的長度，一般情況下，導(dǎo)體的長度越長，導(dǎo)體的電阻越大，反之導(dǎo)體的電阻越小;③溫度。當(dāng)環(huán)境溫度升高的時(shí)候，導(dǎo)體的電阻將會(huì)變大。環(huán)境溫度降低時(shí)，導(dǎo)體的電阻將會(huì)變小[4]。而對于不同的導(dǎo)體，會(huì)影響通過導(dǎo)體電流的大小。

三、影響電流大小的因素在實(shí)際生活中的運(yùn)用

深刻理解了電壓與電阻對電流大小的影響之后，人類在實(shí)際生活中也靈活的應(yīng)用到了這些影響因素。比如：維修電路的工人進(jìn)行帶電操作時(shí)，會(huì)站在木板凳上，或者帶著絕緣手套和鞋套，就是利用了電阻與電流成反比的關(guān)系。人能承受的電流很小，10毫安左右就會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，由于人體電阻比較小，只有幾千到1歐姆左右，而絕緣手套電阻較高。根據(jù)歐姆定律，電壓一定，電阻越大電流越小，高阻值的絕緣手套將會(huì)保護(hù)人體不受到高強(qiáng)度電流的傷害[5]。另外，現(xiàn)在超導(dǎo)體的研究也成為了一個(gè)熱點(diǎn)，超導(dǎo)體是指理論上，在某特定溫度（T）下，電阻為0的導(dǎo)體。而在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，若導(dǎo)體的電阻值小于10-25歐姆，就可以認(rèn)為該導(dǎo)體的電阻為零。超導(dǎo)磁體可用于軍事、民用半導(dǎo)體制造、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、和超導(dǎo)輸電線路中。在生活中，由于遠(yuǎn)途供電過程中，各種元件的電阻耗損疊加，電能損失較大。所以電場才會(huì)不斷提高電壓，以高壓送電的方式，盡量減少遠(yuǎn)距離傳輸電能的耗損。而對于這種超導(dǎo)體，在理論上，其內(nèi)部的電流將永遠(yuǎn)不停的循環(huán)下去，不會(huì)有任何形式（如熱能）的損耗。并且，超導(dǎo)體具有完全抗磁性，又稱為“邁斯納效應(yīng)”，即在磁場強(qiáng)度低于臨界值的情況下，周圍的磁力線都無法穿過這種抗磁性超導(dǎo)體，超導(dǎo)體內(nèi)部磁場幾乎為零。這種超導(dǎo)體之所以內(nèi)部沒有磁場，是因?yàn)槌瑢?dǎo)體的表面產(chǎn)生了一個(gè)無損耗的抗磁超導(dǎo)電流，而這一電流產(chǎn)生的磁場，幾乎完全抵消了超導(dǎo)體的內(nèi)部磁場。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，確實(shí)已經(jīng)找到了常規(guī)環(huán)境下的超導(dǎo)，但是這種超導(dǎo)的狀態(tài)僅僅保留在高壓環(huán)境下，一旦高壓壓力消失，它又將變回普通半導(dǎo)體。但相信人類會(huì)不斷刷新超導(dǎo)體溫度，保證常溫超導(dǎo)體超導(dǎo)狀態(tài)的的壓力環(huán)境會(huì)不斷降低，或許真的有一天，在到常壓、常溫條件下超導(dǎo)體仍能保持其超導(dǎo)狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1]宋德生.奧斯特和電磁相互作用[J].自然雜志，1981（06）：45-48.

[2]何克明.為什么安培未能發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)[J].物理教學(xué)，1992，20（6）：22-23.

[3]胡揚(yáng)洋，劉銳，鄭珊，etal.初中歐姆定律教學(xué)中的控制變量法與比值定義法——兼論用復(fù)比定理證明多變量乘積組合關(guān)系[J].物理教師，2015，36（4）：41-44.

[4]齊麗麗，彭延兵.《探究電阻上的電流跟兩端電壓的關(guān)系》教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中學(xué)物理（初中版），2011，29（4）：39-41.

[5]左欣.淺談初中物理合作探究能力的培養(yǎng)--以教科版初中物理“電流電壓電阻”為例[J].新課程（上旬），2014（12）.

作者簡介：李翚，女，甘肅甘谷人，1967.5.27，本科，中小學(xué)一級教師，研究方向：影響電流的因素