談全電路歐姆定律的實驗感性教學

王鐵靜

（廣東省南方技師學院 廣東 韶關 512023）

談全電路歐姆定律的實驗感性教學

王鐵靜

（廣東省南方技師學院 廣東 韶關 512023）

通過對全電路歐姆定律公式中涉及的物理量進行逐一闡述，以及實驗對各物理量的變化規(guī)律進行驗證，本文明確提出了物理教學的關鍵、基礎、重點以及應用規(guī)律，并以案例說明增加學生的感性認識是提高教學效果的有效手段。

全電路；歐姆定律；實驗教學；感性教學

歐姆定律是《電工基礎》中最常用的基本定律之一，技工院?，F(xiàn)在使用的《電工基礎》教材（中國勞動社會保障出版社出版，第四版）中把歐姆定律分為部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律兩部分。對于部分電路歐姆定律，由于中學物理課本已作詳細介紹，學生容易接受，但對于全電路歐姆定律，由于其涉及的概念較多且各物理量之間的關系復雜，再加上教材未附相應的實驗，學生缺乏感性認識。因此，學生很難理解和接受，也是其成為教師教學中重點和難點的原因。筆者針對學生在學習過程中容易產(chǎn)生的困惑和疑問，借助實驗來幫助學生理解，收到了較好的效果。

明確教學目標是教師組織全電路歐姆定律教學的關鍵

掌握全電路歐姆定律對于學好 《電工基礎》這門課程來說至關重要。因為后續(xù)章節(jié)中多處電路的分析和計算要應用到這一定律。教學是一個教師與學生雙向互動的過程，作為教師，要組織好全電路歐姆定律教學，必須先明確教學目標，做到心中有數(shù)，才能更好地開展教學。

知識目標：（1）理解電動勢、內(nèi)電阻、外電阻、內(nèi)電壓、外電壓、端電壓、內(nèi)壓降等物理量的物理意義；（2）掌握全電路歐姆定律的表達形式，明確在閉合電路中電動勢等于內(nèi)、外電壓之和；（3）掌握端電壓與外電阻、端電壓與內(nèi)電阻之間的變化規(guī)律；（4）掌握全電路歐姆定律的應用。

能力目標：（1）通過實驗教學，培養(yǎng)學生的觀察和分析能力，使學生學會運用實驗探索科學規(guī)律的方法；（2）通過對端電壓與外電阻、端電壓與內(nèi)電阻之間的變化規(guī)律的討論，培養(yǎng)學生的思維能力和推理能力。

圖1 全電路圖

理解各物理量的物理意義是學生掌握全電路歐姆定律的基礎

全電路歐姆定律的難點在于概念較多，且各物理量之間的關系復雜。因此，首先，應讓學生準確理解各物理量的含義。

全電路是指含有電源的閉合電路，如圖1所示。其中，R代表負載（即用電器，為簡化電路，只畫一個），r代表電源的內(nèi)電阻 （存在于電源內(nèi)部），E代表電源的電動勢。整個閉合電路可分為內(nèi)、外兩部分，電源外部的叫外電路（圖1中方框以外的部分），電源內(nèi)部的叫內(nèi)電路。外電路上的電阻叫外電阻，內(nèi)電路上的電阻叫內(nèi)電阻。當開關S閉合時，電路中就會有電流產(chǎn)生該式表明：在一個閉合電路中，電流強度與電源的電動勢成正比，與電路中內(nèi)電阻和外電阻之和成反比，這個規(guī)律稱為全電路歐姆定律。

要理解這個定律，要先理解以下幾個物理量的物理意義：第一個是電動勢，它是指在電源內(nèi)部，電源力將單位正電荷從電源負極移到正極所做的功。這個概念比較抽象，涉及知識面較廣，要使學生全面、深刻地理解它是有困難的?？紤]到學生的接受能力和滿足后續(xù)知識的需要，需向?qū)W生講清兩個問題：一是電動勢的值可用電壓表測出——電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓；二是電動勢的物理意義是描述電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領，是由電源本身的性質(zhì)決定的。第二個是電源的端電壓（簡稱端電壓），它是指電源兩端的電位差（在圖1中指A、B兩點之間的電壓，也等于負載R兩端的電壓）。需要注意的是，端電壓與電動勢是兩個不同的概念，它們在數(shù)值上不一定相等。第三個是內(nèi)壓降，它是指當電流流過電源內(nèi)部時，在內(nèi)電阻上產(chǎn)生的電壓降。全電路歐姆定律也可表示為：“在閉合電路中，電動勢等于內(nèi)、外電壓之和?！?/p>

掌握各物理量的變化規(guī)律是掌握全電路歐姆定律的重點

全電路歐姆定律的難點在于各物理量之間的變化規(guī)律，也是學生容易產(chǎn)生疑惑的地方。可以利用演示實驗來驗證各物理量之間的變化規(guī)律，以增加學生的感性認識，提高學生的邏輯推理能力。

圖2 內(nèi)電阻測量實驗圖

第一，驗證電源內(nèi)電阻的存在并計算其大小。對于電源的內(nèi)電阻，由于存在于電源的內(nèi)部，既看不見，也摸不著，學生對此存在質(zhì)疑。為此，可用圖2進行實驗，不但可以證明內(nèi)電阻的存在，還可測出內(nèi)電阻的大小。在圖2中，用1節(jié)1號干電池作電源，電阻R為已知值（可根據(jù)實際情況選定）。開關閉合前，記下電壓表的讀數(shù)U1（此值即為干電池的電動勢），開關閉合后，記下電壓表的讀數(shù)U2，發(fā)現(xiàn) U2比U1?。ㄒ姳?），就是因為電源內(nèi)部存在內(nèi)電阻的緣故。

表1 電壓表實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

第二，端電壓U跟外電阻R的關系。

圖3 實驗電路圖

實驗電路如圖3所示，用1節(jié)1號干電池作為電源，移動滑動變阻器的滑動片，觀察電流表和電壓表的讀數(shù)變化，并將它們的讀數(shù)記錄到表2中。通過觀察發(fā)現(xiàn)：當滑動片從左向右移動時（為保證實驗設備安全，滑動片不要移到最右端），電流表的讀數(shù)慢慢變大，電壓表的讀數(shù)慢慢變小；當滑動片從右向左移動時，電流表的讀數(shù)慢慢變小，電壓表的讀數(shù)慢慢變大。由此得出結論：端電壓隨外電阻上升而上升，隨外電阻下降而下降。根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)可繪成曲線 （如圖4所示），即電源的端電壓特性曲線。從曲線上可以看出：電源端電壓隨著電流的大小而變化，當電路接小電阻時，電流增大，端電壓就下降；當電路接大電阻時電流減少，端電壓就上升。

思考：如果滑動片移到最右端，電壓表、電流表的讀數(shù)將為多少？

圖4 數(shù)據(jù)曲線圖

表2 實驗讀數(shù)記錄表

第三，端電壓與內(nèi)電阻r的關系。

根據(jù)公式U=E-Ir分析可知：當電流I不變時，內(nèi)阻下降，端電壓就上升；內(nèi)阻上升，端電壓就下降。實驗電路同圖3，只需將電路中的電源用前面已測過內(nèi)阻值的不同型號的電池代替即可，觀察電流表、電壓表的讀數(shù)，上述結論即可得到驗證。

應用規(guī)律，解決實際問題

首先向?qū)W生提出問題：你是否注意到，電燈在深夜要比晚上七八點鐘亮一些？這個現(xiàn)象的原因何在？在回答這個問題之前，可先通過實驗驗證這一現(xiàn)象的存在，如圖5所示。圖中5個燈泡完全相同，先將開關全合上，使燈泡發(fā)光，再逐個斷開開關，發(fā)現(xiàn)燈泡逐漸變亮，原因分析：隨著開關的斷開，外電阻增大，導致干路電流減小，使得內(nèi)壓降下降，從而端電壓增大，即燈泡兩端的實際電壓增大，故燈泡變亮了。上述問題也得到了解決。

圖5 燈泡實驗圖

在教學過程中，如果盡可能地增加一些實驗，通過生活中的實驗記錄其數(shù)據(jù)并指導學生得出規(guī)律，提高感性認識，不但可以提高學生的學習興趣，也會提高教學效果。

[1]李書堂.電工基礎（第 4 版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2001.

[2]畢淑娥.電工與電子技術基礎（第2版）[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2004.

[3]王兆良.關于“全電路歐姆定律”的教學[J].福建輕紡，2007（2）.

G712

A

1672-5727（2012）08-0098-02

王鐵靜（1975—），男，湖南衡陽人，廣東省南方技師學院講師，研究方向為機電一體化。