閉合電路歐姆定律演示實(shí)驗(yàn)的探究

賈學(xué)成

在高中物理學(xué)中，當(dāng)學(xué)到閉合電路歐姆定律時(shí)，對學(xué)生來說會有各種各樣的困難。例如對電動勢的概念往往處于模糊的狀態(tài)，分不清內(nèi)壓和路端電壓分別是指哪兩點(diǎn)間的電壓。如果這些問題弄不清楚，雖能通過記憶公式來計(jì)算各種題目，實(shí)質(zhì)上卻沒有真正掌握閉合電路歐姆定律。現(xiàn)特地設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)裝置，想通過對閉合電路歐姆定律演示實(shí)驗(yàn)的探究，把上述問題講清楚。通過可調(diào)內(nèi)阻電池可研究閉合電路歐姆定律。用配套電表測定電池的電動勢和內(nèi)阻，還可研究電源的輸出功率等。該實(shí)驗(yàn)器的創(chuàng)新在于將可調(diào)內(nèi)阻電池與其他的配套原件一體化，電壓表采用數(shù)字電壓表讀數(shù)快捷準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)操作方便。

【演示一】路端電壓的測量：閉合K1，將雙刀雙擲開關(guān)放在1處，數(shù)字電壓表的讀數(shù)即為路端電壓，改變變阻器R的阻值以增大干路中的電流，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)路端電壓隨電流的變大而減小。

【演示二】內(nèi)電壓的測量：閉合K1，將雙刀雙擲開關(guān)放在2處，數(shù)字電壓表的讀數(shù)即為內(nèi)電壓。

【演示三】電動勢的測量，斷開K1，將雙刀雙擲開關(guān)放在1處，數(shù)字電壓表的讀數(shù)即為電動勢。

【演示四】接通K1，調(diào)節(jié)外電路的電阻R，改變干路中的電流強(qiáng)度I，記錄內(nèi)壓和路端電壓U。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)外電路的電阻R增大，干路中的電流I減少時(shí)，內(nèi)壓U′減小，路斷電壓U增大，但兩者之和U′+U為一恒量，且在數(shù)值上等于電源電動勢E。

【演示五】接通外電路，保持外電路電阻R不變，把通道中的閘板上下移動（即改變內(nèi)阻r），記錄內(nèi)壓和路端電壓U。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：內(nèi)阻r增大，干路中電流I減小時(shí)，路端電壓U減小，內(nèi)壓U′增加，且兩者之和U′+U亦為一恒量，在數(shù)值上等于電源電動勢E。

通過實(shí)驗(yàn)得到電源電動勢與內(nèi)、外電路上的電壓U、U′的關(guān)系：

E=U′+U

=IR+Ir

∴I=E/（R+r）

即得到閉合電路的歐姆定律。在閉合電路中的電流強(qiáng)度與電源的電動勢成正比，與內(nèi)、外電路中的電阻之和成反比。

？誗編輯 楊兆東