对欧姆定律的适用条件的一些辨析.doc

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1、对欧姆定律的适用条件的一些辨析由于课本上对欧姆定律适用条件说法上的模糊和混乱，导致很多老师和学生对欧姆定律适用条件存在一些错误的认识，并且引起了不小的思维混乱。根据本人对相关知识的梳理，特对欧姆定律适用条件做如下说明，以正本清源，并期与同行交流。一、欧姆定律作为实验定律欧姆定律最初得来，完全是依据实验，实验表明，在金属导体温度几乎不变、电解质溶液浓度几乎不变时，通过导体的电流，与加在导体两端的电压成正比，即IU，其比例系数被定义为电导D，有IDU，电阻就是电导的倒数R1，由此得到大家熟悉的欧姆定律热DIU。

2、焦耳通过R对金属导体发热的实验研究，得到著名的焦耳定律义的电阻。QI2Rt及PI2R，这个R即欧姆定律所定实验发现，对电动机，其线圈不转动和转动起来后，U却不一样；但是由静止状态下得出的IU0R代进P热I0I2R后，P热P热I2R也适用于线圈转动起来的情况。据此，人们重新由焦耳定律U定义了电阻概念——R经存在区别。2，这就是我们实际中使用的R的定义，这和欧姆定律的定义R已II二、广义的欧姆定律在电动机转动、电路中有电容电感、以及电解槽中考虑化学反应层的情况下，U实际并等于IP热RI2；这时，人们类

3、比UR定义了一个新的物理量——阻抗IUZ，阻抗包含了电阻、容抗、I感抗等，有ZR。这时，广义的欧姆定律为P热IU，易看出：IUZZU，此处的电阻R是由焦R耳定律定义的——R2。I三、由能量守恒认识欧姆定律电阻（又称之为热电阻），实际上是由焦耳定律定义的，所以对欧姆定律的理解，就必然要从能量角度进行。对将电能全部转化为热能的元件（即纯电阻，比如电炉），由能量守恒，有IUUI2R，约去一个I，得UIR，变形得I。R对将电能主要是转化为其他形式能量的元件（即非纯电阻，比如电动机），由能量守恒，有IUP其他I

4、2R，即有IU＞I2R，约去约去一个I，得UIR，变形得IU。R可见，欧姆定律只适用于纯电阻元件。四、从电流形成机制角度认识欧姆定律在电动机、电解槽等原件中，存在反电动势概念。导体中电流驱动力除了电场力（电压）外，还受到反电动势的阻碍作用，则电路中的电流为：UE反UI。2RR对电动机，IUE反变形得IRU机RE反，两边乘以I得到IRIUIE反，对比IUP其他I2R，可得PIE反；而反电动势E反BLv，代入前式，得P机IE反IBLv，其中IBLF安（安培力），即此式为P机F安v——安培

5、力做功，将电能转化为机械能。由上可知，由P其他IE反可计算电能转化为除热能外其他形式能量的数值；或测定了热功率后，可借此计算出反电动势。注意，IU与IZUE反R是等价的，因为涉及Z的表达式，以及各种情况下E反的具体表达式，再此就不赘述。五、关于线性元件问题课本大多时候都宣称，欧姆定律只适用于线性元件，其实，这句话是不对的。如前，小灯泡是非线性元件，欧姆定律照样适用。很多人或许会说，欧姆定律说的是——在导体确定时，电流与电压成正比，这句话表明欧姆定律只适用于定值电阻，即线性元件。注意，这句话所说导体确定是什么意

6、思？包不包括温度、浓度不变（即电阻率不变）？这句话更严重的问题在于，对IU中I和U关系的语言描述——“在导体确定时，电流与电压成正比”R是一个控制变量式的描述；若导体变了（电阻R变了——比如小灯泡温度升高了），难道IU就R不成立了吗？仍然成立！不过是把R换成新的R就行了。类比牛顿第二定律的表述：Fa——物体的加速度与物体所受合力成正比，那么物体变化了m（质量m变了），aF还成立吗？当然还成立！不过是把m换成新的m就行了。m六、关于电解质溶液问题高中物理中涉及两个模型：电解质溶液和电解槽。其实，电解质溶液通电后

7、，一定存在电解反应！也就是说，电解质溶液通电后，就成为了电解槽！这就是很多老师迷惑所在。那么，说欧姆定律适用于电解质溶液是什么意思呢？这得实验和从理论两个角度说明。当电解质溶液通电时，可在电解槽内插入两个测量电极，“测量电极”适当离开“电解电极”远一点，这样即可验证欧姆定律适用于电解质溶液。为什么“测量电极”要适当离开“电解电极”远一点呢？因为电解电极附近存在化学反应双电层，双电层处有反电动势，测量电极应该避开这个反电动势。从上述分析来看，欧姆定律适用于除开化学反应双电层外的电解质溶液，不适用于包含了化学反应双电层

8、的电解槽。这就是高中物理中电解质溶液和电解槽的区别所在。七、结论关于欧姆定律的适用条件，建议只说纯电阻元件。纯电阻元件指金属元件和电解质溶液。