欧姆定律(4)

2019-02-26 10:47

(一)为什么不能说电阻与电压成正比,与电流成反比?

例题:有一段导体给它两端加上 6V 的电压时,通过该导体的电流是 0.5A ,问导体的电阻是多少欧?导体两端的电压是 12V 时,导体的电阻又是多少欧?不加电压时,导体的电阻是多少欧?

这是学生常常做错的一道题,究其原因是学生对欧姆定律的理解没有到位。对公式的理解不准确,忽视物理意义,纯数学化。

学习欧姆定律不但要理解电流、电压、电阻之间的数量关系,更重要的是理解三者之间的因果关系:即电流的大小是由电压、电阻共同决定的,电流的变化一定是电压或电阻的变化引起的,绝对不可以说电流的变化使电压或电阻发生了变化。电阻与电压之间没有因果关系,也就是说电阻的变化只会引起电流的变化,不能直接引起电压的变化,反之,电压的变化也只会引起电流的变化,而不能直接引起电阻的变化。

教学中要在物理概念规律的建立和理解上多花的时间,避免将大量时间花在习题训练上而大大压缩概念形成过程的倾向,这种“短、平、快”的战术缩短了学生的认知过程,虽然加快了教学进度但与培养学生思维能力的要求相去甚远。致使一部分学生只是死记物理概念的内涵和外延而没有真正理解物理概念的实质,物理概念在他们的头脑中成为空中楼阁,学生对物理概念规律的理解没有在感悟中“升华”。

(二)为什么不能用欧姆定律计算电动机的电阻?

例题 1 :手电筒的小灯泡上标有“ 2.5V , 0.3A” 字样。当小灯泡正常发光时,电阻是多少?功率是多少? 10min 消耗的电能是多少 ? 学生很容易由欧姆定律计算出正确答案。

例题 2 :某一电动机铭牌上标有“ 36V , 0.5A” 字样。求:( 1 )电动机正常工作时的电阻;( 2 )电动机正常工作时的功率;( 3 )电动机正常工作 10min 消耗的电能。

因为上题我们用欧姆定律求出灯泡正常发光时的电阻 , 大部分学生都很熟练地用 R = U / I 计算出电动机的电阻。根据功率的公式得: P=UI=18W 。由 W=UIt=1.08 × 104 J 。 师:能否求出电动机正常工作 10min 产生的热量?学生根据焦耳定律得出 1.08×104 J 。比较电机消耗的电能和产生的热量,学生会发现: W=Q 。这是不

符合实际情况的。

教师可以引导学生从能量转化的角度考虑此问题。电动机消耗的电能是否全部转化为内能呢?学生回答:不是。因为电动机消耗的电能主要转化为机械能和一部分内能。例如,电风扇消耗的电能主要转化为机械能(风扇转动)。学生出现上述错误的原因在于没有搞清欧姆定律的适用范围是纯电阻电路,而电动机是非纯电阻电路。

(三)没有形成电流时自由电荷是否不运动?

当导体内没有电场时,导体中大量的自由电荷就像气体中的分子一样,不停地做无规则的热运动。自由电荷向各个方向运动的机会相等,因而对导体的任一横截面,在一段时间内从两侧穿过这个截面的自由电荷大致相等。从宏观上看,导体中的自由电荷没有定向移动,所以没有电流。

常温下金属中自由电子热运动的平均速率约为 105 m/s . 有了电场后自由电子发生定向移动,定向移动速率约为 7.4×10-5 m/s 。可见,在金属导体中自由电子只不过在速率巨大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动。 既然自由电子的定向移动的速率很小,为什么合上开关,电流会立即传到远处,使那里的用电器开始工作呢?有人认为,电路接通后,自由电子从电源出发,以定向移动的速率在金属导线中传播,等到它们传到用电器,那里才有电流.这种看法是不正确的。因为“电流的传播速率”不是自由电子的定向移动速率,而是电场的传播速率,等于光速( 3.0×108 m/s )。金属导线中各处都有自由电子,电路一旦接通,导线中便以 3.0×108 m/s 的速率在各处迅速地建立起电场,在这个电场的作用下,导线各处的自由电子几乎同时开始做定向移动,整个电路中几乎同时形成了电流。


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