马绍武论文：浅析“欧姆定律”

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1、浅析“欧姆定律”驿前中学吴刚【摘要】欧姆定律是电学中的基本定律，多角度的认识和理解欧姆定律对于教师教学与学生的学习非常必要，笔者结合平时学习的一些知识和教学中的一些体会从静电场理论、电路特点、功能关系三个角度谈一谈对欧姆定律的一些粗浅认识和理解。【关键词】欧姆定律静电场电路功与能在电磁学中欧姆定律是反映电路中电流变化规律的基本定律，深刻理解这个定律对于我们教师的教学有重要意义，下面就从静电场理论、电路特点、功能关系三个方面谈一谈笔者对欧姆定律的认识和理解。一．以静电场理论为基础去认识欧姆定律由于静电场是由静止电荷产生的，所以

2、静电场与电荷是密不可分的。电荷是产生电场的源头，而电场又是传递电荷间相互作用的媒介。电场的基本性质就是对置于其中的电荷有电场力的作用，正是由于电场的这一性质，使得导体在处于电场中时，其中的自由电荷在电场力的作用下作定向移动而形成电流。因此建立电场形成电势差是产生电流的必要条件。而在闭合电路中存在着由电源、导线、用电器等电路元件所积累的电荷共同形成的电场，由于这些电荷处于一种动态而又稳定的分布状态，所以它们产生了稳定的电场，这个电场称为恒定电场（注意：恒定电场中各点的电场强度不随时间变化，但不是各点的电场强度相等，要把它和匀强

3、电场区别开来）。恒定电流就是导体中的自由电荷在恒定电场的作用下，经过导体的“自动调节”以后，电路中达到的一种相对稳定的动态平衡状态。这一动态平衡过程可以从电路的电动势、电压、电流强度、电阻等物理量的对立统一的关系中得到反映。而欧姆定律正是这一关系的最好、最简洁的反应。下面我们用一个简单的结构图为例，作一简要分析：欧姆定律部分电路产生电流的原因（电场提供外部条件）阻碍电流的作用（导体本身内部因素）体现材料对导体导电性能的影响闭合电路维持恒定电场，产生恒定电流的条件（电源的作用）电路本身对电流的障碍作用第6页共6页从上图可以发现

4、，事物发展的过程都是外因和内因共同作用的结果。在一段材料分布均匀的导体中，导体两端的电势差是产生电流的外因，在部分电路的欧姆定律中电势差U正体现了电场所提供的这种外部条件。同时电流的大小还跟导体本身对电流的障碍作用有关，电阻的大小则是导体本身对电流这种障碍作用的反映。这里我们不妨利用我们前面学过的一些基本知识与电磁学里有关知识，在一个匀强电场中做如下推导：如图所示，有部分电路处于匀强电场中，数据如图：LESI图１则由，又因为。所以即可得：，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

5、根据普通物理电磁学知识为电流密度，电阻率的倒数表示电导率即：（同样体现导体对电流的障碍作用大小，与材料有关）；又因为：，由上面几个表达式可得：。从这个表达式我们可以更清楚地看到电流完全依赖于物质本身的导电性与外部的电场。在电路中静电力的作用，只能将正电荷（或负电荷）从高（或低）电势处移动到低（或高）电势处，这将使电路中的电荷的分布发生改变，因此只在静电力作用下不能维持恒定电场和产生恒定电流。要维持恒定电流，必须有非静电力，这种非静电力能够“像电梯一样”把正电荷从低电势处移到高电势处，以补偿由于静电力作用时高电势处的正电荷的损

6、耗。而电路中的电源就是提供非静电力的装置。在闭合电路欧姆定律表达式中，电动势E就是表示非静电力做功本领大小的物理量，它体现了电源在电路中所起的维持恒定电场的作用。综上所说，电流是静电力与非静电力在电路中共同作用的结果。二．从串并联电路的特点出发去分析欧姆定律受恒定电场控制的电路有如下特点（如下表）串联电路并联电路电流特点电路中各处电流相等，即：第6页共6页（I=I1=I2=I3=……）电路中总电流等于各支路电流之和，即：（I=I1+I2+I3+……）电压特点总电压等于各部分电路两端电压之和，即：U=U1+U2+U3+……电路

7、中各支路两端电压相等，即：U=U1=U2=U3=……总电阻R与各电路中各导体电阻关系总电阻等于各导体电阻之和，即：R=Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋……总电阻的倒数等于各导体电阻倒数之和，即：导体电压（或电流）与其电阻关系电阻两端电压与其阻值成正比串联分压原理：Ｕ１／Ｕ２＝Ｒ１／Ｒ２通过各电阻的电流与阻值成反比（并联分流原理：Ｉ１Ｒ１＝Ｉ２Ｒ２）各电阻的消耗功率与阻值的关系各电阻消耗功率与其阻值成正比Ｐ１／Ｐ２＝Ｒ１／Ｒ２各电阻消耗功率与其阻值成反比Ｐ１／Ｐ２＝Ｒ２／Ｒ１电路模型Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ１Ｒ２Ｒ３在闭合电路中，如图２所示，电源内阻

8、ｒ和外电阻Ｒ成串联关系，因此通过内外电路的电流Ｉ相同，都是，而Ｅ＝Ｕ外＋Ｕ内也就是电源电动势等于电路中总的电势差，Ｒ＋ｒ为内外电路的总电阻。由串联电路中各电阻两端电压与其阻值成正比的关系（串联分压原理）可得：闭合电路的路端电压Ｕ外与电动势Ｅ的关系为：，电源内阻所分得的电压（内电压Ｕ内）与Ｅ