摘 要:分別對線性元件、歐姆定律、純電阻元件及電阻這幾個物理概念進行分析、比較和闡述,進而指出遵守表達式U=IR及遵守歐姆定律的概念性區(qū)別。
關(guān)鍵詞:歐姆定律;線性元件;純電阻元件
在教學活動中我們常常能從學生的只言片語中發(fā)現(xiàn)在學生的腦海中對一些物理概念存在著錯誤的理解,有的理解甚至可能會被粗心的教師不假思索地認同。對此,作為教師的我們必須要具備足夠的細心和認真面對的態(tài)度,理清概念的關(guān)系,首先要使自己心如明鏡,才能從各個角度有力地破除存留在學生心中的困惑。以下,就是筆者在陪同學生對歐姆定律等相關(guān)知識進行學習的過程中,面對幾個概念問題,經(jīng)筆者仔細查閱資料并整理后得出的幾點認識。
一、關(guān)于歐姆定律的認識
關(guān)于歐姆定律,在高中物理教材上是這樣表述的:“我們可以把電壓、電流、電阻的關(guān)系寫成I=U/R,上式可以表述為:導體中的電流跟導體兩端的電壓U成正比,跟導體的電阻R成反比,這就是歐姆定律。”
關(guān)于歐姆定律,大學教材“電磁學”中的表述是這樣的:“精確的實驗表明,在穩(wěn)恒條件下,通過一段導體的電流強度和導體的兩端的電壓成正比,即:I∝U。這個結(jié)論叫做歐姆定律。如果寫成等式,則有I=U/R,或U=IR?!庇纱丝梢钥闯觯褐挥性谠淖柚挡蛔兊那闆r下,才有I∝U,也就是說只有阻值不變的元件才適用于歐姆定律!
二、關(guān)于電阻的定義
同樣,在“電磁學”中對電阻的表述是這樣的:“式中的比例系數(shù)由導體的性質(zhì)決定,叫做導體的電阻。……對于非線性元件,歐姆定律雖不適用,但我們?nèi)远x其電阻為R=U/I,只不過它不再是常量,……”由此,我們不難看出:由于非線性元件的阻值可能會隨環(huán)境發(fā)生變化,I與U不能成正比,故其不適用于歐姆定律,但其在各種環(huán)境下的阻值卻仍是由定義式R=U/I確定的。
三、“純電阻”元件與線性元件的區(qū)別
關(guān)于“純電阻”電路或“純電阻”元件的說法從筆者從教以來一直就存在著,這些年來的施教中,我也常在課堂上提起。而在寫本文時才發(fā)現(xiàn):無論是現(xiàn)行的初中教材(人教版)還是高中教材(人教版),亦或是大學教材“電磁學”,均沒有對“純電阻”有明確定義或表述。于是,筆者不禁發(fā)笑,這十多年來我們一直口口相傳的“純電阻”元件的概念原來是“業(yè)內(nèi)”的一個習慣稱法,從未在文獻上明確下來。
不過,關(guān)于所謂“純電阻”無件的認識,大家還是一致的(至少在筆者從教的圈子里是這樣的)。那就是:在通電后,只能將電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的元件!
而關(guān)于線性元件的定義,現(xiàn)行的高中教材(人教版)物理選修3-1中的表述是這樣的:“……某一個金屬導體,在溫度沒有顯著變化時,電阻是不變的,它的伏安特性曲線是通過坐標原點的直線,具有這種伏安特性的電學元件叫做線性元件。”而在大學教材“電磁學”中,也有與之相似的表述。由此可見,符合歐姆定律的元件,因其伏安特性曲線呈線性,則必定是線性元件!
那么現(xiàn)在,我們整理一下這兩個概念后,就有必要提出兩點認識。
首先,“純電阻”元件可能因其隨著環(huán)境或條件的變化而發(fā)生阻值的變化,進而不能保證它的伏安特性呈線性,也就可能不是線性元件;而線性元件本身僅對電流與電壓間的關(guān)系做出了要求,其本身并未對電能轉(zhuǎn)化的方向定義,線性元件當然也就不一定是“純電阻”元件了(如,霍爾元件就是一種線性元件)。也就是說:“純電阻”元件不一定是線性元件,線性元件也不一定是“純電阻”元件!
其次,“純電阻”元件由于只將電能(以焦耳熱的形式)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故有電功即為電熱,即有等式:UIt=I2Rt,因而就有U=IR的結(jié)論。但是,一定要注意的是,“純電阻”元件不一定是線性元件,不能保證I∝U,也自然不能保證其遵守歐姆定律。事實上,遵守歐姆定律不能等同于符合表達式U=IR,導體的阻值不變(或可近似視為不變)是其遵守歐姆定律的必要條件!
至此,筆者不由得感到一種釋然,終于弄清了幾個一直存在腦海中的疑惑,多年來,每當教學進度到此章節(jié)時,總是感到自己有一種說不清道不明的苦楚??磥恚灰J真對待,一切都會清楚明白的!
參考文獻:
趙凱華,陳熙謀.電磁學.高等教育出版社,1985-06.
編輯 楊兆東