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。考慮到學生的接受能力和滿足后續(xù)知識的需要，需向學生講清兩個問題：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??；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

首先向學生提出問題：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。