符合U=IR就是符合歐姆定律嗎？

摘 要：分別對線性元件、歐姆定律、純電阻元件及電阻這幾個物理概念進行分析、比較和闡述，進而指出遵守表達式U=IR及遵守歐姆定律的概念性區別。

關鍵詞：歐姆定律；線性元件；純電阻元件

在教學活動中我們常常能從學生的只言片語中發現在學生的腦海中對一些物理概念存在著錯誤的理解，有的理解甚至可能會被粗心的教師不假思索地認同。對此，作為教師的我們必須要具備足夠的細心和認真面對的態度，理清概念的關系，首先要使自己心如明鏡，才能從各個角度有力地破除存留在學生心中的困惑。以下，就是筆者在陪同學生對歐姆定律等相關知識進行學習的過程中，面對幾個概念問題，經筆者仔細查閱資料并整理后得出的幾點認識。

一、關于歐姆定律的認識

關于歐姆定律，在高中物理教材上是這樣表述的：“我們可以把電壓、電流、電阻的關系寫成I=U/R，上式可以表述為：導體中的電流跟導體兩端的電壓U成正比，跟導體的電阻R成反比，這就是歐姆定律?！?/p>

關于歐姆定律，大學教材“電磁學”中的表述是這樣的：“精確的實驗表明，在穩恒條件下，通過一段導體的電流強度和導體的兩端的電壓成正比，即：I∝U。這個結論叫做歐姆定律。如果寫成等式，則有I=U/R，或U=IR?！庇纱丝梢钥闯觯褐挥性谠淖柚挡蛔兊那闆r下，才有I∝U，也就是說只有阻值不變的元件才適用于歐姆定律！

二、關于電阻的定義

同樣，在“電磁學”中對電阻的表述是這樣的：“式中的比例系數由導體的性質決定，叫做導體的電阻?！瓕τ诜蔷€性元件，歐姆定律雖不適用，但我們仍定義其電阻為R=U/I，只不過它不再是常量，……”由此，我們不難看出：由于非線性元件的阻值可能會隨環境發生變化，I與U不能成正比，故其不適用于歐姆定律，但其在各種環境下的阻值卻仍是由定義式R=U/I確定的。

三、“純電阻”元件與線性元件的區別

關于“純電阻”電路或“純電阻”元件的說法從筆者從教以來一直就存在著，這些年來的施教中，我也常在課堂上提起。而在寫本文時才發現：無論是現行的初中教材（人教版）還是高中教材（人教版），亦或是大學教材“電磁學”，均沒有對“純電阻”有明確定義或表述。于是，筆者不禁發笑，這十多年來我們一直口口相傳的“純電阻”元件的概念原來是“業內”的一個習慣稱法，從未在文獻上明確下來。

不過，關于所謂“純電阻”無件的認識，大家還是一致的（至少在筆者從教的圈子里是這樣的）。那就是：在通電后，只能將電能完全轉化為內能的元件！

而關于線性元件的定義，現行的高中教材（人教版）物理選修3-1中的表述是這樣的：“……某一個金屬導體，在溫度沒有顯著變化時，電阻是不變的，它的伏安特性曲線是通過坐標原點的直線，具有這種伏安特性的電學元件叫做線性元件?！倍诖髮W教材“電磁學”中，也有與之相似的表述。由此可見，符合歐姆定律的元件，因其伏安特性曲線呈線性，則必定是線性元件！

那么現在，我們整理一下這兩個概念后，就有必要提出兩點認識。

首先，“純電阻”元件可能因其隨著環境或條件的變化而發生阻值的變化，進而不能保證它的伏安特性呈線性，也就可能不是線性元件；而線性元件本身僅對電流與電壓間的關系做出了要求，其本身并未對電能轉化的方向定義，線性元件當然也就不一定是“純電阻”元件了（如，霍爾元件就是一種線性元件）。也就是說：“純電阻”元件不一定是線性元件，線性元件也不一定是“純電阻”元件！

其次，“純電阻”元件由于只將電能（以焦耳熱的形式）轉化為內能，故有電功即為電熱，即有等式：UIt=I2Rt，因而就有U=IR的結論。但是，一定要注意的是，“純電阻”元件不一定是線性元件，不能保證I∝U，也自然不能保證其遵守歐姆定律。事實上，遵守歐姆定律不能等同于符合表達式U=IR，導體的阻值不變（或可近似視為不變）是其遵守歐姆定律的必要條件！

至此，筆者不由得感到一種釋然，終于弄清了幾個一直存在腦海中的疑惑，多年來，每當教學進度到此章節時，總是感到自己有一種說不清道不明的苦楚。看來，只要認真對待，一切都會清楚明白的！

參考文獻：

趙凱華，陳熙謀.電磁學.高等教育出版社，1985-06.

編輯 楊兆東