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歐姆定律：探究電流與電壓的關系

歐姆定律是初中電學的重要知識點。準确深刻把握歐姆定律的内容是學生必須具備的。

歐姆定律來源于對電流大小決定因素的讨論。在學習歐姆定律之前，我們已經學過電流、電壓和電阻。知道電源電壓的高低由電源自身決定，兩節幹電池串聯電源電壓是3伏；三節蓄電池串聯電源電壓是6伏；家庭電路電壓是220伏。知道電阻的大小是由物體的材料、長度、橫截面積決定。那麼電流的大小由什麼來決定呢？根據一個燈泡當接在一節電池兩端時，電流較小；接在兩節串聯電池兩端時，電流較大；同一電路中接入電阻較小的導體時，電路電流較大，接入電阻較大的導體時，電路電流較小；綜合猜想得出可能與導體兩端的電壓和導體的電阻有關。

設計并進行實驗，得出電流與電壓和電阻的關系，這裡要注意得出的關系是定量關系，不是定性關系。

首先設計實驗。

先确定實驗目的：研究電流與電壓和電阻的關系。由于電流的大小可能與兩個因素有關，在研究時需要用到控制變量法。本實驗由兩個分實驗構成，分别是在電阻一定時，研究電流與電壓的關系和在電壓一定時，研究電流與電阻的關系。

在電阻一定時，研究電流與電壓的關系。

1.根據實驗目的設計電路。設計原則先核心再輔助（先重點再次要）。電阻不變，需要有定值電阻器（以下簡稱電阻）。測量電路電流的大小需要由電流表串聯在電路中，需要有電流表。需要由電壓表來測量電阻兩端的電壓，需要有電壓表。如何改變導體兩端的電壓可以采用改變電源電壓的方法。可以改變串聯幹電池的個數來改變電源電壓，也可以采用可調的學生電源。這兩種方法中采用可調學生電源更方便，但是現在很多學校為了安全，不再采用。更換電池的個數在操作中比較麻煩而且提供的電壓值都是特殊值（即電池串聯導緻電源電壓為單個電池的整數倍，學生電源為幾個固定值）。改變導體兩端的電壓也可以采用在電路中串聯滑動變阻器的方法。這種方法操作簡單，獲得的導體兩端的電壓值更具有普遍性。這裡存在一個對設計方案的比較問題。我們采用串聯滑動變阻器的方法，最後再把電源、開關和導線連入電路，電路設計完畢。

電路圖如下：

注意這個圖我們以後會經常用到。

2.連接電路

按照電路圖，連接實物圖。先把電路元件按照電路的位置擺放好，開關處于斷開狀态。然後按順序進行連接。我們講學習的一個目的就是學規矩，接電路圖不按順序接不一定出錯，但是出錯的機率遠遠大于按順序連接。我們要求先從電源的正極出發，按上面電路圖中的順序一個一個進行連接。連接時要問兩個問題：接誰？接它的哪一端？我們先把電源正極和導線連接，然後把導線的另一端與開關的一端連線，開關的另一端接一根導線，該導線的另一端接滑動變阻器的左下端，即電阻線的左端，滑動變阻器的上端接線柱接另一根導線（遵循一下一下的原則，上端接線柱接左側或右側沒有區别，都可以）；導線的另一端接電阻的一端，電阻的另一端接另一根導線，該導線的另一端接電流表的正接線柱。這裡就體現出從電源正極出發的好處了：我們連接的路徑實際就是電流的流動路徑，對于電流表和電壓表來講，它們在連接電路時要求電流從正接線柱流入，從負接線柱流出（正進負出），這樣不易出錯。如果不能估計電流大小可能先接3A量程的，如果确定不超過0.6A，可以接小量程的。然後電流表的負接線柱接另一導線，該導線的另一端接電源的負極，到此電流的一條路徑連接好了。再把電壓表并聯在電阻兩端。要注意依然要正進負出。最後把滑動變阻器的滑片按照電路圖移到連入電路阻值最大的最右端，這樣電路就初步完成了。

3.檢查電路。

把開關迅速閉合再斷開（我們稱為試觸），觀察電表指針的擺動情況。如果電表指針擺動且幅度不大，說明正常（此時滑動變阻器接入電路中的阻值最大，電路中的電流最小）。如果電流表沒有示數，電壓表示數接近電源電壓說明電阻斷路。有關電路故障，抽時間咱們再詳聊。總之要通過試觸檢查電路是否連接正确，有問題進行整改，沒問題進行下一步。

4.進行實驗。

閉合開關，調節滑動變阻器在某一位置，記下此時的電壓值和電流值；然後重複若幹次，記下滑動變阻器在不同位置時的電壓值和電流值。

5.處理數據，得出結論。

觀察填入測量數據的表格，我們發現在電阻一定時，電流與電壓的比值是一個定值，（這個固定值就是定值電阻的數值）符合正比例函數的特征，可以得出結論：在電壓一定時，通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比。

R= 5 Ω

也可以通過在U-I圖像上描點連線，如下圖所示，可以看到圖像是一條過原點的斜直線，這是正比例函數的圖像。也可以得出相同的結論。

6.整理器材。

本節問題：

1.實驗用到什麼研究方法？

2.改變導體兩端的電壓有哪兩種方法，并對兩種方法進行比較？

3.畫出設計的實驗電路圖。

4.閉合開關後電流數值較小的原因是什麼？

5.如何确定兩個物理量成正比？

6.本實驗得出的結論是什麼？

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