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(dòng)機(jī)這個(gè)非純電阻電路，中學(xué)生不能理解。因些，在有關(guān)電動(dòng)機(jī)的試題的計(jì)算總是出錯(cuò)。究其原因，就是我們的同學(xué)根本沒(méi)有搞清楚物理這門(mén)學(xué)科的牲特征。物理學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，一定要遵從實(shí)驗(yàn)事實(shí)，從實(shí)驗(yàn)中記錄數(shù)據(jù)，從實(shí)險(xiǎn)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(lái)總結(jié)規(guī)律。我國(guó)的物理教學(xué)很少做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的邏輯推理能力很強(qiáng)。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(jué)得這三者應(yīng)符合歐姆定律。其實(shí)，這是不符合“事實(shí)”的。

【關(guān)鍵詞】物理學(xué)的學(xué)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(tái)小型直流電動(dòng)機(jī)，工作時(shí)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓是 ，線(xiàn)圈的電阻是 ，正常工作時(shí)通過(guò)線(xiàn)圈的電流是 ，電動(dòng)機(jī)工作1小時(shí)，試求

（1）電動(dòng)機(jī)消耗的電能

（2）電流通過(guò)線(xiàn)圈產(chǎn)生的熱量

（3）電動(dòng)機(jī)的效率

我的評(píng)判是第一種解答是對(duì)的。

第二種解答的同學(xué)提出了異議，它應(yīng)該沒(méi)有錯(cuò)呀，如果錯(cuò)了，那錯(cuò)在何處呢？

我說(shuō)，你們?cè)谇蠼鈺r(shí)，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(xué)生說(shuō)，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?cè)葘W(xué)習(xí)白熾燈的有關(guān)計(jì)算時(shí)，不都是這么結(jié)合而推導(dǎo)的么？再說(shuō)，我對(duì)題目有點(diǎn)不理解，上面已經(jīng)說(shuō)電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈的電阻是 ，在它兩端加 電壓，它工作時(shí)，根據(jù)歐姆定律，流經(jīng)線(xiàn)圈的電流怎么會(huì)是 呢？

我說(shuō)，要搞清這個(gè)問(wèn)題，必須先正確理解物理學(xué)的學(xué)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(shí) 的電能都轉(zhuǎn)化成了熱能，也可近視地認(rèn)為含有白熾燈的電路是純電阻電路。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，大部分電能轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能，含有電動(dòng)機(jī)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(jì)算時(shí)， 結(jié)合 ，用 、 和 哪一個(gè)公式計(jì)算都是正確的。計(jì)算電熱時(shí)，同樣用 、 和 哪一個(gè)公式計(jì)算都是正確的。電動(dòng)機(jī)不行，它不是純電阻電路。計(jì)算它工作時(shí)的電功和電熱，只能用 和 。它工作時(shí)兩端的電壓、線(xiàn)圈的電阻和線(xiàn)圈中通過(guò)的電流只能用儀器測(cè)量，這三者此時(shí)不符合歐姆定律，不能用測(cè)量出的其中的兩個(gè)量求出第三個(gè)量。

物理學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，一定要遵從實(shí)驗(yàn)事實(shí)，從實(shí)驗(yàn)中記錄數(shù)據(jù)，一定要從實(shí)險(xiǎn)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(lái)總結(jié)規(guī)律。這就是物理學(xué)的學(xué)科特征。

歐姆通過(guò)多年的實(shí)驗(yàn)，于1823年總結(jié)得出歐姆定律。它的實(shí)驗(yàn)都是在純電阻電路中進(jìn)行的。他總結(jié)出歐姆定律之前，還沒(méi)有出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)是否符合歐姆定律他也不知道。電動(dòng)機(jī)是1834年德國(guó)科學(xué)家雅可比發(fā)明的。

西方國(guó)家開(kāi)設(shè)中學(xué)物理課程比我們國(guó)家要早將近100年，我們國(guó)家在1902年才開(kāi)始在中學(xué)開(kāi)設(shè)物理課程。這是一門(mén)從西方引進(jìn)的學(xué)科?；谖锢韺W(xué)的學(xué)科特征，西方國(guó)家在中學(xué)講授物理學(xué)時(shí)，基本都是在實(shí)驗(yàn)室里通過(guò)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)完成。他們?cè)谑谡n時(shí)，首先通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)或者直接讓學(xué)生親自動(dòng)手去做，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后推導(dǎo)出結(jié)論。這個(gè)推導(dǎo)不是流于形式的，而是每名學(xué)生都能自己動(dòng)手推導(dǎo)，清晰地了解公式的來(lái)龍去脈。習(xí)題只是鞏固性練習(xí)，十分簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)事實(shí)，沒(méi)有什么不好理解的。

早些年由于我國(guó)教育經(jīng)費(fèi)投入的不足，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)儀器配備不到位，沒(méi)有多少學(xué)校有合格的實(shí)驗(yàn)室。雖然這幾年實(shí)驗(yàn)設(shè)備配備充足，但我國(guó)學(xué)生面對(duì)的測(cè)試體系是只憑最終的試卷考試分?jǐn)?shù)，教育工作的更多的精力放在升學(xué)率上。國(guó)外的測(cè)試體系，就物理學(xué)科而言，要考核平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Τ煽?jī)和最

后考試成績(jī)，因而國(guó)外的學(xué)生很看重過(guò)程而不太重視結(jié)果，不太善于推理。所以以分?jǐn)?shù)為導(dǎo)向的我國(guó)的教學(xué)需要更注重結(jié)果。例如在講授電動(dòng)機(jī)時(shí)，我們中國(guó)式的教法僅花一節(jié)課演示一下實(shí)驗(yàn)，甚至老師只在黑板上“畫(huà)實(shí)驗(yàn)”，學(xué)生在座位上“聽(tīng)實(shí)驗(yàn)”而不動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，卻用三節(jié)課甚至更長(zhǎng)的時(shí)間去講解習(xí)題，反復(fù)練習(xí)，目標(biāo)是為了讓更多的學(xué)生能夠熟練解題，以便在中考、高考中獨(dú)占鰲頭。解題多了，基本計(jì)算能力得到提高，同學(xué)們的計(jì)算能力和推導(dǎo)能力是全世界領(lǐng)先的，也十分習(xí)慣邏輯推導(dǎo)。因此，在計(jì)算電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的電功和電熱時(shí)，習(xí)慣于把 和 結(jié)合就不足為奇了。也不難理解學(xué)生會(huì)問(wèn)“題目中告訴了線(xiàn)圈兩端的電壓和電阻，為什么還要告訴線(xiàn)圈中通過(guò)的電流呢？”這個(gè)問(wèn)題了，因?yàn)閷W(xué)生根本就沒(méi)有測(cè)過(guò)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)它兩端的電壓、它當(dāng)中通過(guò)的電流和線(xiàn)圈的電阻。我們國(guó)家的中學(xué)物理教學(xué)是違背物理學(xué)的學(xué)科特征的。國(guó)外的學(xué)生在這一點(diǎn)上是沒(méi)有疑惑的。

講到這里，學(xué)生們豁然開(kāi)朗，都明白了其中的道理。這道題以及類(lèi)似的題計(jì)算起來(lái)非常簡(jiǎn)單，但同學(xué)們認(rèn)為它很難的原因就是由于沒(méi)有了解物理學(xué)這門(mén)學(xué)科的特征而導(dǎo)致的。