欧姆定律在初中电学中的应用

欧姆定律在初中电学中的应用

隆和平

剑阁县白龙镇小学校

“欧姆定律”是初中物理电学课程系统中的一个重要规律，反映了电流、电压、电阻这三个重要电学物理量之间的关系，是电学中最基本的定律，是初中物理电学教学的重点内容之一，更是初中电学计算的基础。掌握和灵活应用“欧姆定律”对初中学生学好物理“电学”部分知识十分重要，对解答电学问题具有不容忽视的作用。

一、“欧姆定律”在初中物理中的适用

（一）“欧姆定律”主要用于解决单一电路或单个电学元件电压、电流、电阻之间的关系。在电学计算中，可以利用欧姆定律公式I=U/R及变形公式U=IR或R=U/I进行电压、电流或电阻值得计算。例如：

试验中测得一个未知电阻两端电压为4.8V，流过的电流是0.3A，这个电阻的阻值是多少？

分析题目，弄清楚已知的物理量和须求解的物理量，明确选择适用的物理公式。解答过程可以为：

已知：U=4.8V I=0.3A

求解：R=？

解：由欧姆定律变形公式R=U/I得R=4.8V÷0.3A=16Ω。

（二）“欧姆定律”可用于计算串、并联电路中的总电压、总电流或总电阻。此类问题一般已知串、并联电路的总电压、总电流和总电阻三个物理量中的两个，求解另一个物理量的问题。例如：

如图所示，设电源电压保持不变，R₀=10Ω，当开关闭合，滑动变阻器的滑片P在中点c时，电流表的示数为0.3A;移动滑片P到b端时，电流表示数为0.2A，则滑动变阻器的最大阻值R是

A.R=5Ω B.R=10Ω

C.R=20Ω D.R=15Ω

分析题目，电阻R₀与滑动变阻器R属串联关系，则有电路总电压为两电阻两端电压之和、总电阻为两电阻之和、电路电流处处相等。解决问题中要充分利用电源电压不变的条件，设当滑动变阻器滑片P位于中点c处时电路电流值为I，滑片P位于中点b处时电路电流值为I^，。那么（R₀+1/2R）I=（R₀+R）I^，。代入数值得（10Ω+1/2R）×0.3A=（10Ω+R）×0.2A。解得R=20Ω。

（三）运用欧姆定律测量用电器的电阻值。将欧姆定律公式I=U/R变形为R=U/I，即是导体的电阻数值上等于导体两端电压值除以流经导体的电流值，这是“伏安法”测电阻的理论依据。但这一公式的适用是有局限性的：1.仅适用纯电阻电路；2.计算结果是导体瞬时阻值，忽略了温度对导体电阻的影响；（当电流通过导体时部分电能转化为热能，温度变化会改变电阻阻值。）3.要充分避免一个认识误区：公式R=U/I是计算导体阻值的一种方法，而不是电压或电流的大小决定导体阻值大小。电阻是导体的固有属性，阻值的大小由导体材料、长度、横截面积、温度等因素共同作用。

（四）应用欧姆定律可以推导串、并联电路电压、电流和电阻之间的比例关系。

在串联电路中,因为电流处处相等，所以有U₁/R₁=U₂/R₂，可以变形为U₁/ U₂= R₁/R₂，即是导体电阻值与导体两端电压成正比例关系。这个比值关系可直接用以解决计算问题。例如：

在探究串联电路电压的试验中，某同学连接完电路，在开关断开时，发现电压表示数为9V，合上开关后，发现电压表示数为3V，如图所示，对这一电路分析正确的是（）

A. R₁两端电压与R₂两端电压之比为3:1

B. R₁与R₂阻值之比为2:1

C. R₁与R₂中电流之比为2:1

D. R₁与R₂阻值之比为1:2

通过分析电路发现，当开关断开时，电压表所测电压为电源电压；当开关闭合时，R₁与R₂串联在电路中，电压表所测电压为R₂电压。根据串联电路电压关系U_总=U₁+U₂可得：R₁两端电压为6V、R₂两端电压为3V，由U₁/ U₂= R₁/R₂这个比值关系得到R₁与R₂阻值之比为2:1。

在并联电路中，因为并联电路用电器两端电压相等，所以有I₁R₁= I₂R₂,可以变形为R₁/R₂= I₂/I₁，即是并联电路中流经导体的电流与电阻成反比例关系。

串、并联电路中的这两类比例关系，还可以延伸到电功率、电功、电热等的计算中。对简化计算工程有着十分重要的作用。例如：串联电路用电器电功率之比可以依托公式P₁/P₂= U₁I₁/ U₂I₂=I²R₁/ I²R₂= R₁/R₂。

（五）应用欧姆定律解释安全用电的问题。

1.为什么电压越高越危险？

因为人体是导体，电阻值基本保持恒定，由I=U/R可得：人体两端的电压越高。流经人体的电流越大，对人体的危害越大。所以电压越高越危险。

2.为什么不能用湿手触摸用电器？

因为人体的电阻值基本保持恒定，但沾到导电性好的水后，人体电阻值相对减小，在电源电压不变的情况下，流经人体的电流变大。所以对人体的危害增大。

二、应用欧姆定律应注意的几个问题

（一）应注意欧姆定律内容的条件性。

一是“导体中的电流跟导体两端的电压成正比”成立条件是在导体中；二是“导体中的电流跟导体的电阻成反比”成立条件是恒定电源情况下。

（二）应注意欧姆定律物理量的同一性。

欧姆定律反映了电路电压、电流、电阻三者之间的关系，这一关系是建立在同一电路的基础上，即是同一导体、同一时刻、同一电路情况下的三者关系。同时，在适用这三个物理量时要注意物理量单位的统一，要使用国际单位计算。

（三）应注意欧姆定律适用导体连接的关系性。

在应用欧姆定律解决实际问题的过程中，要注重分析电路导体之间的连接关系，用不同的角码或耳码标出不同导体的三个物理量，并理清它们之间的关系。尤其是动态电路中同一导体在电路连接方式改变前后物理量的变化情况，是我们解决复杂电路问题的关键。例如：

如图所示的电路中，开关S₁、S₂都处于闭合状态，当只S₂断开时，下列判断正确的是（电源电压不变）。（2006年山西中考题）

A.电压表与电流表示数均增大。

B.电压表与电流表示数均减小。

C.电压表示数增大，电流表示数减小。

D.电压表示数减小，电流表示数增大。

首先，分析电路连接情况，用不同的角码、耳码标出不同导体的三个物理量：当开关S₁、S₂都处于闭合状态时，电路中只有导体R₂，电压表所测电压为电源电压，设此时电源电压为U、电压表示数为U₁、电路电流表示数为I₁，当开关S₂断开，电阻R₁与R₂串联在电路中，电压表所测电压为R₂两端电压,设此时R₁两端电压为U₀、电压表示数为U₂、电流表示数为I₂。其次，理清各物理量之间的关系：当开关S₁、S₂都处于闭合状态时，U₁=U、I₁= U₁/R₂=U/R₂；当开关S₂断开，电阻R₁与R₂串联在电路中时，U₂=U-U₀=U₁-U₀、I₂=U₂/R₂。再次，分析需解决问题中的物理量：因为U₂=U-U₀=U₁-U₀，所以U₂1，因为I₁= U₁/R₂、I₂=U₂/R₂，所以I₂< I₁。

欧姆定律是初中电学部分应用十分广泛的重要规律性公式，它的应用是与众多的电学规律相互联系、共同作用的。只有熟练掌握、融会贯通，才能在电学学习中事半功倍。

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