車國華

筆者在經(jīng)歷了初中物理和高中物理“歐姆定律”的教學(xué)實(shí)踐之后，發(fā)現(xiàn)歐姆定律及相關(guān)內(nèi)容的表述存在一些問題，對(duì)教師的“教”會(huì)造成一定影響，對(duì)學(xué)生的“學(xué)”會(huì)引起一些疑點(diǎn)，因此查證了歐姆定律的發(fā)現(xiàn)過程，并且對(duì)比了三種大學(xué)普通物理學(xué)教材、三種高中物理教材、兩種人教版初中物理教材、兩種粵教版初中物理教材的不同表述，對(duì)歐姆定律及相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)進(jìn)行以下探討。

一、歐姆定律發(fā)現(xiàn)歷程溯源

2.相同之處

歐姆定律適用于線性元件，如金屬等，不適用于非線性元件，如氣態(tài)導(dǎo)體等。

三、三點(diǎn)質(zhì)疑

1.線性元件存在嗎

材料的電阻率ρ會(huì)隨其他因素的變化而變化（如溫度），從而導(dǎo)致導(dǎo)體的電阻實(shí)際上不可能是穩(wěn)定不變的，也就是說理想的線性元件并不存在。在實(shí)際問題中，當(dāng)通電導(dǎo)體的電阻隨工作條件變化很小時(shí)，可以近似看作線性元件，但這也是在電壓變化范圍較小的情況下才成立，例如常用的炭膜定值電阻，其額定電流一般較小，功率變化范圍較小。

2.對(duì)所有非線性元件歐姆定律都不適合嗎

在上述所有表述中都有歐姆定律適用于金屬導(dǎo)體之說，又有歐姆定律適用的元件是線性元件之說，也就是說金屬是線性材料，而我們知道，白熾燈泡的燈絲是金屬材料鎢制成的，也就是說線性材料鎢制成的燈絲應(yīng)是線性元件，但實(shí)踐告訴我們燈絲顯然不是線性元件，因此這里的表述就不正確，為了避免這種自相矛盾，許多資料上又說歐姆定律的應(yīng)用有“同時(shí)性”，或者說“歐姆定律不適用于非線性元件，但對(duì)于各狀態(tài)下是適合的”，筆者總覺得這樣的解釋難以讓學(xué)生接受，有牽強(qiáng)之意，給教師的教造成難度，既然各個(gè)狀態(tài)下都是適合的，那就是整個(gè)過程適合呀。

3.對(duì)歐姆定律適合的元件I與R一定成反比嗎

I與R成反比必須有“導(dǎo)體兩端的電壓U相同”這一前提，在這一前提條件下改變導(dǎo)體的電阻R，那么通過導(dǎo)體的電流就會(huì)發(fā)生變化，因而導(dǎo)體的工作點(diǎn)就發(fā)生了變化，其制作材料的電阻率 ρ就隨之變化，因此導(dǎo)致電阻又會(huì)發(fā)生進(jìn)一步的變化，這樣又會(huì)導(dǎo)致電流產(chǎn)生進(jìn)一步的變化，所以實(shí)踐中多數(shù)情況下I與R就不會(huì)成嚴(yán)格的反比關(guān)系，甚至相差很大。

四、兩條教學(xué)對(duì)策

1.歐姆定律的表述需要改進(jìn)

其實(shí)早就有一些老師對(duì)歐姆定律的表述進(jìn)行過深入的分析，并結(jié)合他們自身長期的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)提出了歐姆定律的表述的后半部分“I與R成反比”是多余的，應(yīng)該刪除，筆者也贊成這種做法，因?yàn)檫@種說法本身就是不準(zhǔn)確的，這也是在上述三種大學(xué)普通物理教材中都沒有出現(xiàn)這個(gè)說法的原因。

通過對(duì)歐姆定律發(fā)現(xiàn)歷程的溯源，可知?dú)W姆當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)這一電路定律時(shí)也沒有提出“反比”這一函數(shù)關(guān)系，只是定量地給出了一個(gè)等式，因此，筆者認(rèn)為歐姆定律的現(xiàn)代表述有必要改進(jìn)，既要傳承歐姆當(dāng)時(shí)的公式，也要符合實(shí)際情況，所以筆者認(rèn)為歐姆定律應(yīng)該表述為：通過導(dǎo)體的電流強(qiáng)度等于導(dǎo)體兩端的電壓與導(dǎo)體此時(shí)的電阻之比。

那么，為什么連“I與U成正比”也省去呢？當(dāng)R一定時(shí)，I與U成正比是顯然的，但如果在歐姆定律的表述中一旦出現(xiàn)“I與U成正比”的說法，學(xué)生就會(huì)很自然地想到“I與R成反比”，而這種說法是不對(duì)的，所以表述中最好不要出現(xiàn)“I與U成正比”和“I與R成反比”這兩種說法。

2.線性還是非線性元件的區(qū)分不能以材料種類為判斷標(biāo)準(zhǔn)

同樣是金屬材料，鎢絲的伏安特性是非線性的，而一些合金材料導(dǎo)體的伏安特性卻是非常接近理論線性，如標(biāo)準(zhǔn)電阻。所以我們?cè)趨^(qū)分線性元件還是非線性元件時(shí)，不能以導(dǎo)體的材料種類作為判斷的標(biāo)準(zhǔn)，而只能通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，得到I-U圖象，以此來作為判斷依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

劉維寧.“歐姆定律”的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)反思[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2014（08）.

編輯 李建軍