歐姆定律不適用于非純電阻電路淺析

汪瑾

【摘要】歐姆定律不適用于電動機這個非純電阻電路，中學生不能理解。因些，在有關(guān)電動機的試題的計算總是出錯。究其原因，就是我們的同學根本沒有搞清楚物理這門學科的牲特征。物理學是一門實驗科學，一定要遵從實驗事實，從實驗中記錄數(shù)據(jù)，從實險數(shù)據(jù)中總結(jié)結(jié)論，不要盲從地用邏輯推理的方法來總結(jié)規(guī)律。我國的物理教學很少做實驗，學生的邏輯推理能力很強。一旦看到電路中有電流、電壓、電阻，就從邏輯思維的角度出發(fā)，覺得這三者應(yīng)符合歐姆定律。其實，這是不符合“事實”的。

【關(guān)鍵詞】物理學的學科特征；純電阻電路；非純電阻電路；歐姆定律；電熱；效率

有這樣一道物理題：一臺小型直流電動機，工作時電動機兩端的電壓是 ，線圈的電阻是 ，正常工作時通過線圈的電流是 ，電動機工作1小時，試求

（1）電動機消耗的電能

（2）電流通過線圈產(chǎn)生的熱量

（3）電動機的效率

我的評判是第一種解答是對的。

第二種解答的同學提出了異議，它應(yīng)該沒有錯呀，如果錯了，那錯在何處呢？

我說，你們在求解時，結(jié)合了歐姆定律 ，使電能公式由 變成了 和電熱公式由 變成了 ，電功率的公式也由 變成了 。學生說，歐姆定律是正確的定理，怎么在這里就不能與電功公式和焦耳定理的公式相接合而推導(dǎo)呢？我們原先學習白熾燈的有關(guān)計算時，不都是這么結(jié)合而推導(dǎo)的么？再說，我對題目有點不理解，上面已經(jīng)說電動機線圈的電阻是 ，在它兩端加 電壓，它工作時，根據(jù)歐姆定律，流經(jīng)線圈的電流怎么會是 呢？

我說，要搞清這個問題，必須先正確理解物理學的學科特征和純電阻電路的概念。

純電阻電路，就是電路中只含有電阻元件的電路。從能量轉(zhuǎn)換的角度看，所有消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，以熱的形式散發(fā)，不轉(zhuǎn)化為其它形式的能的電路。例如，電路中只有電烙鐵、電熨斗、電烤爐等的電路。白熾燈發(fā)光時 的電能都轉(zhuǎn)化成了熱能，也可近視地認為含有白熾燈的電路是純電阻電路。電動機工作時，大部分電能轉(zhuǎn)化成了動能，含有電動機的電路不是純電阻電路。

歐姆定律只適合純電阻電路。以前在以白熾燈為例講解電功的計算時， 結(jié)合 ，用 、 和 哪一個公式計算都是正確的。計算電熱時，同樣用 、 和 哪一個公式計算都是正確的。電動機不行，它不是純電阻電路。計算它工作時的電功和電熱，只能用 和 。它工作時兩端的電壓、線圈的電阻和線圈中通過的電流只能用儀器測量，這三者此時不符合歐姆定律，不能用測量出的其中的兩個量求出第三個量。

物理學是一門實驗科學，一定要遵從實驗事實，從實驗中記錄數(shù)據(jù)，一定要從實險數(shù)據(jù)中總結(jié)結(jié)論，不要盲從地用邏輯推理的方法來總結(jié)規(guī)律。這就是物理學的學科特征。

歐姆通過多年的實驗，于1823年總結(jié)得出歐姆定律。它的實驗都是在純電阻電路中進行的。他總結(jié)出歐姆定律之前，還沒有出現(xiàn)電動機。電動機工作時是否符合歐姆定律他也不知道。電動機是1834年德國科學家雅可比發(fā)明的。

西方國家開設(shè)中學物理課程比我們國家要早將近100年，我們國家在1902年才開始在中學開設(shè)物理課程。這是一門從西方引進的學科。基于物理學的學科特征，西方國家在中學講授物理學時，基本都是在實驗室里通過學生動手實驗完成。他們在授課時，首先通過演示實驗或者直接讓學生親自動手去做，觀察并記錄實驗數(shù)據(jù)，然后推導(dǎo)出結(jié)論。這個推導(dǎo)不是流于形式的，而是每名學生都能自己動手推導(dǎo)，清晰地了解公式的來龍去脈。習題只是鞏固性練習，十分簡單。歐姆定律只適合純電阻電路不適合非純電阻電路，這是實驗事實，沒有什么不好理解的。

早些年由于我國教育經(jīng)費投入的不足，中學物理實驗儀器配備不到位，沒有多少學校有合格的實驗室。雖然這幾年實驗設(shè)備配備充足，但我國學生面對的測試體系是只憑最終的試卷考試分數(shù)，教育工作的更多的精力放在升學率上。國外的測試體系，就物理學科而言，要考核平時成績、實驗?zāi)芰Τ煽兒妥?/p>

后考試成績，因而國外的學生很看重過程而不太重視結(jié)果，不太善于推理。所以以分數(shù)為導(dǎo)向的我國的教學需要更注重結(jié)果。例如在講授電動機時，我們中國式的教法僅花一節(jié)課演示一下實驗，甚至老師只在黑板上“畫實驗”，學生在座位上“聽實驗”而不動手實驗，卻用三節(jié)課甚至更長的時間去講解習題，反復(fù)練習，目標是為了讓更多的學生能夠熟練解題，以便在中考、高考中獨占鰲頭。解題多了，基本計算能力得到提高，同學們的計算能力和推導(dǎo)能力是全世界領(lǐng)先的，也十分習慣邏輯推導(dǎo)。因此，在計算電動機工作時的電功和電熱時，習慣于把 和 結(jié)合就不足為奇了。也不難理解學生會問“題目中告訴了線圈兩端的電壓和電阻，為什么還要告訴線圈中通過的電流呢？”這個問題了，因為學生根本就沒有測過電動機工作時它兩端的電壓、它當中通過的電流和線圈的電阻。我們國家的中學物理教學是違背物理學的學科特征的。國外的學生在這一點上是沒有疑惑的。

講到這里，學生們豁然開朗，都明白了其中的道理。這道題以及類似的題計算起來非常簡單，但同學們認為它很難的原因就是由于沒有了解物理學這門學科的特征而導(dǎo)致的。