淺談高中物理中閉合電路歐姆定律的應(yīng)用

（內(nèi)蒙古鄂爾多斯準格爾旗世紀中學 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017100）

一、相關(guān)概念及理解

1.閉合電路歐姆定律的公式及定義

①閉合電路歐姆定律的相關(guān)概念：在閉合電路中電流值的大小與電動勢與電路中總電阻的商保持同等變化趨勢。[1]

②閉合電路歐姆定律公式：I=E/（R+r），其電流由I表示，電動勢由E表示，電池內(nèi)阻與外阻分別由r與R表示。

③常見幾種變形公式，如下所示：

E=I（R+r）；E=U外+U內(nèi)；U外=E-Ir。

2.閉合電路歐姆定律的理解

①定律中所描述的電動勢需要排除電源內(nèi)阻而計算得到，因此不能直接測量電源的輸出電壓，而應(yīng)該通過變負載測試得出電源的真正電動勢。

②當電路沒有閉合，內(nèi)電路沒有電流通過，所以U內(nèi)=0，此時E=U外。此時外阻為無窮大，因而斷點兩端分得的電壓即為電源電動勢。

③公式E=I（R+r）在應(yīng)用中限于純電阻電路，在應(yīng)用于復(fù)雜情境下需考慮阻抗的影響。U外=E-Ir和E= U外+U內(nèi)的限制條件則為閉合回路，對于含電容的交流電路也需要考慮阻抗。[2]

二、閉合電路歐姆定律的解題思路

1.閉合電路的歐姆定律

例一：

如圖，R為可變電阻。R=R1＝2Ω時，U=U1＝4V；R=R2＝5Ω時，U=U2＝5V.求：電源的電動勢E和內(nèi)阻r。

解析：由閉合電路歐姆定律得

聯(lián)立①②并代入數(shù)據(jù)解得E＝6V，r＝1Ω

總結(jié)：閉合電路常由內(nèi)外電路組成，連接各負載的導線與負載構(gòu)成外電路，電源內(nèi)部導體結(jié)構(gòu)構(gòu)成內(nèi)電路。在討論電學性能參數(shù)的過程中為區(qū)分內(nèi)外電路阻值，常用r和R來分別表示二者。當研究的對象是外電路整體或外電路的局部時，通常使用部分電路歐姆定律進行研究。對于電路中的某一部分來說，其電流同樣遵循類似的規(guī)律，即電流與端電壓成正比，與電阻成反比。為熟練解決題目中的電路問題，應(yīng)對歐姆定律加以掌握并勤加思考，合理使用。

2.閉合電路的動態(tài)分析

動態(tài)分析思路：

①外電壓U，電路中總電流I與外部電阻R規(guī)則可以按以下歸納：

當R增大時，I減少，又據(jù)U=E-Ir知，U增加.當R增大到∞時，I=0，U=E（斷路）

當R減小時，I增加，又據(jù)U=E-Ir知，U減少.當R減小到零時，I=Er ，U=0（短路）

②動態(tài)電路問題常表現(xiàn)為電路內(nèi)調(diào)節(jié)元件，例如滑動變阻器阻值的調(diào)整會導致全電路內(nèi)局部電學數(shù)值的改變，針對這種問題進行解題時不僅需要使用歐姆定律，更要考慮到串聯(lián)并聯(lián)電路相關(guān)的性質(zhì)。[3]

③將電阻作為解題突破口，根據(jù)電路網(wǎng)絡(luò)特性和歐姆定律對全電路進行分析，進而確定電路中的干路電流、總電阻以及路端電壓，確定上述數(shù)值的變化規(guī)律，并確定部分電路內(nèi)的電學數(shù)值變化。

例二：某一電路如圖所示，電動勢為E，內(nèi)阻為r，A處電流I，V處電壓為U，當R5觸點向a端移動時，則有（ ）

A.I變大，U變小 B.I變大，U變大

B.I變小，U變大 D.I變小，U變小

解析：當R5向a端移動時，R5呈現(xiàn)減少趨勢，導致外電路阻值變小，根據(jù)公式可知，回路的外電阻減小，同時電動勢沒有變化，因而總電流增大。此時內(nèi)阻分壓也會增加，從而使得外電路分壓減小。這樣就使得與R5并聯(lián)的支路電流同時減小，從而使電壓表和電流表讀數(shù)同時減小。因此應(yīng)該選擇的選項為D。

總結(jié)：選某一閉合電路研究時若其中電阻變化為單一變量，此電阻會引發(fā)其他電路中相關(guān)參數(shù)的改變，這種改變遵循下述原則：

（1）當可變電阻與待測電阻呈并聯(lián)關(guān)系時，可變電阻的阻值越大，則通過待測的電流也就越大。

（2）當可變電阻與待測電阻呈并聯(lián)關(guān)系時，可變電阻的阻值越小，則通過待測的電流也就越小。

這種現(xiàn)象是并聯(lián)部分分壓增大所造成的，當分壓增大時待測電阻阻值不變，因而測得的電流就會增大。

三、閉合電路歐姆定律的實際應(yīng)用

1.電路變化情況分析

對電路的動態(tài)進行分析時使用歐姆定律可有效確保電路動態(tài)穩(wěn)定、科學，一定程度上提升電力使用效率。在電路當中主要通過分析電路變化的要點結(jié)合原有狀態(tài)，借助于歐姆定律進行動態(tài)分析，找出電路中各個電學性能參數(shù)的變化趨勢。另一方面也可以以電路串聯(lián)與并聯(lián)的區(qū)別作為切入點。在通常情況下，如果可變電阻以并聯(lián)的形式與主電路進行連接，當電氣設(shè)備與可變電阻并聯(lián)，其I、U、P的變化情況與可變電阻增減一致，而在串聯(lián)電路中，這三項數(shù)值的變化則同可變電阻數(shù)值變化呈反比。

2.應(yīng)用閉合電路歐姆定律分析電路故障

將閉合電路歐姆定律熟練應(yīng)用于解題中需要對閉合電路歐姆定律的相關(guān)定義和公式進行全面了解，嘗試從多角度來分析題中隱含條件：如對閉合電路中的故障點進行人為假設(shè)再使用歐姆定律對直流電路問題進行推導，順向推理的同時采用直流電路解題思想，最后確定故障狀況和推理結(jié)果是否一致，在透徹了解閉合電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上明確電路各個部分改變以及造成全電路局部改變的關(guān)系與規(guī)律，才能熟練地解決電路故障相關(guān)問題。

結(jié)語

歐姆定律的學習與運用在高中物理教學中是需要加以關(guān)注的重點之一，這一重要性在理論層面上與實際生活中都有體現(xiàn)。在學習過程中首先要針對歐姆定律的基本原理進行了解，并通過生活實際觀察獲取與歐姆定律相關(guān)的知識。歐姆定律的相關(guān)內(nèi)容在高考中也屬于一個高頻考點，熟練使用歐姆定律思想能使一部分閉合電路中的常見問題迎刃而解。歐姆定律在電力學科中也多有應(yīng)用，有效地應(yīng)對了大量有關(guān)生產(chǎn)和生活的現(xiàn)實用電情況。