課程中關于影響電流因素的探討

摘 要：本文概述電流的產生及其定義，引導學生對電流的變化過程產生興趣，并結合生活中顯而易見的現象，探究影響電流的因素。學會探究影響因素的方法這將幫助學生深刻理解歐姆定律，有利于今后靈活運用該定律進行計算。

關鍵詞：電流影響;因素的探討

一、課程導入：電流的發現及定義

現在，在我們的生活中電的使用已經非常普遍，然而在人們學會利用電之前，人們只能過著日出而作，日落而息的日子。正是電的發現，才點亮了漆黑的夜晚，推動了人類社會的極大進步。既然電如此重要，電是如何發現的呢？

1820年，奧斯特通過偶然發生的實驗現象，發現了電流磁效應。隨后，安培對奧斯特的實驗進行了深入探討，他發現將鐵針放到入通電的線圈里，鐵針就帶上了磁性，從而證實了電流通過導體時產生了磁[1]。而后安培通過反復實驗，總結出磁針轉動方向與電流的關系，先后發表了《電磁學論》和《元電流說》。由于安培的巨大貢獻，后人把以他的名字命名了電流單位——安培[2]。在1825年，在德國科學家施威格檢流計的啟發下，歐姆研究了電流產生的電磁力的衰減與導線長度的關系，并就此發表了自己的看法，但此時他公布了一個錯誤的公式，通過反復的實驗，1826年4月歐姆公開修正了這個錯誤，這才得出著名的歐姆定律（I=U/R）。這一定律的發現推動了電路學的發展，為了紀念歐姆的功績，物理學界將電阻的單位命名為“歐姆”，并以符號“Ω”表示。

現在我們知道，電流即流動的電荷。電流的定義是：單位時間內通過導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因。但是，如果籠統的說，電壓與電流成正比，電壓升高，電流會變大;而電阻與電流成反比，增大電阻，導體中的電流會變小。這卻不一定正確。因為，為了探究某種因素對電流大小的影響，應使用控制變量法，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，嚴謹的表述為，對于線性元件，電阻不變時，電流與電壓成正比;電壓不變時，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，相同材質導體的前提下①導體的橫截面積。導體的橫截面積越大，電阻越小;反之導體的橫截面積越小，電阻越大。②導體的長度，一般情況下，導體的長度越長，導體的電阻越大，反之導體的電阻越小;③溫度。當環境溫度升高的時候，導體的電阻將會變大。環境溫度降低時，導體的電阻將會變小[4]。而對于不同的導體，會影響通過導體電流的大小。

三、影響電流大小的因素在實際生活中的運用

深刻理解了電壓與電阻對電流大小的影響之后，人類在實際生活中也靈活的應用到了這些影響因素。比如：維修電路的工人進行帶電操作時，會站在木板凳上，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系。人能承受的電流很小，10毫安左右就會發生危險，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保護人體不受到高強度電流的傷害[5]。另外，現在超導體的研究也成為了一個熱點，超導體是指理論上，在某特定溫度（T）下，電阻為0的導體。而在實際生產實踐中，若導體的電阻值小于10-25歐姆，就可以認為該導體的電阻為零。超導磁體可用于軍事、民用半導體制造、超導發電機、和超導輸電線路中。在生活中，由于遠途供電過程中，各種元件的電阻耗損疊加，電能損失較大。所以電場才會不斷提高電壓，以高壓送電的方式，盡量減少遠距離傳輸電能的耗損。而對于這種超導體，在理論上，其內部的電流將永遠不停的循環下去，不會有任何形式（如熱能）的損耗。并且，超導體具有完全抗磁性，又稱為“邁斯納效應”，即在磁場強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體，超導體內部磁場幾乎為零。這種超導體之所以內部沒有磁場，是因為超導體的表面產生了一個無損耗的抗磁超導電流，而這一電流產生的磁場，幾乎完全抵消了超導體的內部磁場。隨著科學技術的發展，確實已經找到了常規環境下的超導，但是這種超導的狀態僅僅保留在高壓環境下，一旦高壓壓力消失，它又將變回普通半導體。但相信人類會不斷刷新超導體溫度，保證常溫超導體超導狀態的的壓力環境會不斷降低，或許真的有一天，在到常壓、常溫條件下超導體仍能保持其超導狀態。

參考文獻

[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.為什么安培未能發現電磁感應[J].物理教學，1992，20（6）：22-23.

[3]胡揚洋，劉銳，鄭珊，etal.初中歐姆定律教學中的控制變量法與比值定義法——兼論用復比定理證明多變量乘積組合關系[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系》教學設計[J].中學物理（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--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，中小學一級教師，研究方向：影響電流的因素