淺談歐姆定律的內(nèi)涵與應(yīng)用

◆鄭 凱

(石家莊二中)

歐姆定律是歐姆于1826年類比法將電流現(xiàn)象和導(dǎo)熱現(xiàn)象進(jìn)行類比分析，最后通過設(shè)計(jì)電流扭秤對(duì)大量的電流試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、總結(jié)而來(lái)的物理電磁學(xué)基礎(chǔ)定律。歐姆定律的發(fā)現(xiàn)在物理電磁學(xué)上具有里程碑的意義，它促進(jìn)了現(xiàn)代物理電學(xué)的發(fā)展。然而，由于歐姆定律物理學(xué)關(guān)系式表達(dá)的是電流、電阻、電壓三者之間的物理學(xué)關(guān)系，涉及到物質(zhì)的物理電學(xué)特性，無(wú)法直觀地觀測(cè)到相關(guān)物理學(xué)現(xiàn)象，所以如何理解歐姆定律的內(nèi)涵并靈活應(yīng)用該定律解決實(shí)際問題成為困擾學(xué)習(xí)者的難題。

一、歐姆定律的內(nèi)涵與試驗(yàn)方法

歐姆定律是指在某一固定的電路中，經(jīng)過導(dǎo)體的電流與該導(dǎo)體電壓成比例關(guān)系，該比例關(guān)系與導(dǎo)體的電阻相關(guān)。歐姆定律從根本上反應(yīng)了導(dǎo)體電氣特性之間的比例關(guān)系，同時(shí)歐姆定律適用于金屬導(dǎo)體等電阻元件而不適用于氣態(tài)導(dǎo)體以及半導(dǎo)體新材料。

歐姆定律可通過試驗(yàn)的方式驗(yàn)證，首先組建一個(gè)固定的電壓、電阻的電路，通過控制電阻值測(cè)量導(dǎo)體中兩端電壓與導(dǎo)體電流之間的關(guān)系。其次，控制電路中的電壓并測(cè)量導(dǎo)體電流與導(dǎo)體電阻。最后，根據(jù)電路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析電流、電壓、電阻三者之間的關(guān)系符合歐姆定律。歐姆定律的電路原理圖如圖1所示：

二、歐姆定律的公式推導(dǎo)與思想

歐姆定律可以通過伏安法、串聯(lián)電阻法、并聯(lián)電阻法進(jìn)行公式推導(dǎo)和驗(yàn)證。伏安法即通過固定電動(dòng)勢(shì)的電源、滑動(dòng)變阻器以及電流表、電壓表組成的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過改變滑動(dòng)變阻器測(cè)量不同電阻值時(shí)的電流，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出U=RI。串聯(lián)電阻法則是通過多個(gè)電阻進(jìn)行串聯(lián)分析不同電阻阻值下的電壓，推導(dǎo)出串聯(lián)電路各電阻上的電流相等，串聯(lián)電路中各電阻起到分壓作用，而電壓等于該電阻電流乘以該電阻。并聯(lián)電阻法則是通過多個(gè)電阻進(jìn)行并聯(lián)分析不同電阻阻值下的電流，推導(dǎo)出并聯(lián)電路各支路的電壓相等而電路總電流等于各支路電流的和，各支路電阻在電路中起到分流的作用。

通過上述分析可以明確歐姆定律的總思想是通過分析導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體兩端電壓以及導(dǎo)體電流三者之間的關(guān)系，深層次表達(dá)電路中導(dǎo)體的電學(xué)特性，通過該定律研究導(dǎo)體相應(yīng)的微觀電學(xué)特性，針對(duì)實(shí)際應(yīng)用研究開發(fā)合適的電學(xué)元件。

三、歐姆定律的具體應(yīng)用

通過分析歐姆定律我們可知，將電路中的兩點(diǎn)直接相連造成電路短路，在此過程中形成極大的瞬間電流造成設(shè)備燒毀。因此應(yīng)當(dāng)注意工業(yè)用電安全，根據(jù)歐姆定律進(jìn)行相關(guān)電力特性分析，研究相應(yīng)的預(yù)防對(duì)策和應(yīng)急方案，從而避免短路現(xiàn)象的發(fā)生。

在生活中我們同樣能夠應(yīng)用歐姆定律解釋常見物理電學(xué)現(xiàn)象，提高安全用電意識(shí)。例如，在生活中從小我們都知道不能用濕得手觸碰帶點(diǎn)設(shè)備卻無(wú)法理解深層原理，而歐姆定律告訴水作為導(dǎo)體將電流導(dǎo)向人體造成短路觸電。同時(shí)，在高壓設(shè)備周圍經(jīng)常設(shè)置有警示牌，提示人們不要接近高壓設(shè)備，因?yàn)橥ㄟ^分析歐姆定律我們能知道電壓越高、電阻固定、電流越大，直接危害人身安全。

四、結(jié)語(yǔ)

歐姆定律不僅在物理學(xué)上具有里程碑意義，在生活中也能應(yīng)用到歐姆定律的物理學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。本文通過研究歐姆定律的物理內(nèi)涵與相關(guān)試驗(yàn)方法，深入探究該定律的核心思想。最后，根據(jù)歐姆定律的物理內(nèi)涵結(jié)合實(shí)際具體事例分析歐姆定律在工業(yè)生產(chǎn)中和實(shí)際生活中的應(yīng)用。

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