欧姆定律教学难点的突破，本文主要内容关键词为：欧姆定律论文,难点论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
闭合电路欧姆定律是恒定电流一章的重点，它适用于金属或电解液。电解槽中的液体是电解液，对含电解槽的电路是否适用？对含电动机、电容器、二极管等电路是否适用？又怎样解决这类问题？针对上述教学中的疑难问题，本文主要探究如何突破这些教学难点的策略。
一、欧姆定律及其适用条件的准确把握
1.欧姆定律
欧姆定律包括部分电路欧姆定律（简称欧姆定律）和闭合电路欧姆定律。欧姆定律的内容是通过一段导体的电流强度跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比，即
。闭合电路欧姆定律是通过闭合电路的电流强度跟电源的电动势成正比，跟电路的总电阻成反比，即
。
2.欧姆定律的适用条件
人教版选修课本《3-1》中明确指出：“欧姆定律是个实验定律，实验中用的都是金属导体。”“实验表明，除金属外，欧姆定律对电解液也适用，但对气态导体（如日光灯管、霓虹灯管中的气体）和半导体元件并不适用。”
从能量的角度看，电流通过电阻元件时，电荷在电场力的作用下移动，电场力对电荷做功，电功
W=IUt
将代入电功表达式得
根据焦耳定律电流通过电阻产生的热量为Q，
，则W=Q即电能全部转化为内能，不转化为其他形式的能，电路中电功率等于热功率。
二、液体导电的探究
应该指出，不是所有的液体都能导电，例如纯净的水就是不良导体，而酸碱盐溶液是良导体。与金属导电不同，液体导电的过程总是伴随着某种化学反应。导电液体又称为电解液。液体的电流是正负离子在电场作用下定向移动的结果。这些离子在没有外场作用时，也是做无规则的热运动，因而也不能形成宏观电流。但在定向运动时又不时发生碰撞，受到类似黏滞液体中的内摩擦力一样的阻力。当外电场不太大时，可以推导出j=σE，其中j为电流密度，σ为液体的电导率，E为电场强度，即液体的导电仍满足欧姆定律。当正负离子在电场力作用下分别到达正负极时就反应生成中性原子或原子团。由于这些原子、原子团的化学性质不稳定，还要和溶液或电极发生化学反应。
三、非纯电阻电路的教学难点突破
1.含电解槽的电路
(1)教学难点
电解槽中的液体是电解液，欧姆定律对电解液是适用的，对整个含电解槽的电路能否适用？含电解槽的电路与电解液有何区别？
(2)典型案例
图1
①电源的电动势E；
②
都闭合时，流过电解槽的电流大小及电解槽内阻消耗的功率。
(3)典型错误
本题的第二问极易错成：均合上时，
求得电解槽的电流
究其原因是把含电解槽的电路看成了纯电阻电路，混淆了含电解槽电路与电解液的区别。
(4)难点突破
电解液是电解槽电路的一部分。电路接通时，电解槽两端加上一定的电压，电解质在水中会发生电离，形成自由移动的正负离子，正离子奔向与电源负极相连的极板获得电子，发生还原反应；负离子奔向与电源正极相连的极板失去电子而发生氧化反应。电解液中的正负离子和外电路自由电子定向移动形成电流。从能量转化来看，电解液只把电能转化为内能，电解的过程中伴随着放热现象，这就是将电能转化成内能的缘故。因此电解液可作为纯电阻来处理；电解槽中两电极板会发生化学反应，把电能转化为化学能和内能，是非纯电阻，欧姆定律不再成立。
(5)案例解析
2.含电动机的电路
(1)教学难点
含电动机的电路是不是纯电阻电路？为什么？
(2)典型案例
图2
(3)难点突破
突破一：电动机不转时（电流太小或被卡住），无机械能输出，电能的减少等于内能的增加，电路为纯电阻。电动机转动时电功
欧姆定律不成立。此时电能只有一小部分转化为内能，还有一大部分转化为机械能
电功率等于热功率和机械功率之和，故电动机运转时，是非纯电阻元件，整个电路为非纯电阻电路。判断的方法是看能量如何转化。
突破二：电动机内部含有电感线圈，在磁场中转动时产生阻碍转动的反电动势。对电动机，部分电路欧姆定律不成立。处理问题的关键是设法绕过电动机，将除电动机之外的纯电阻部分用欧姆定律计算，进而从能量守恒的角度计算S、
都闭合时电动机输出的机械功率。
(4)案例解析
3.含电容器的电路
(1)典型案例
【案例3】如图3所示电路，合上开关S后，关于电源对电容器C充电的过程，下列四个电容器电荷Q与充电电流i关系的图像，正确的是
图3
(2)教学难点
不少学生知道电容器刚充电时电荷为零，充电过程中极板上的带电荷随时间逐渐增大，充电完毕时，极板上的带电荷达到最大值。但学生对充电荷量随电流怎么变化，是不是线性规律变化心中没底，找不到解题思路。某重点高中高三理科应届生436人的期中考试统计表明，正确率小于10%，甚至少数教师也无从着手。
(3)难点突破
电容器是一个储能的元件，它和电阻不同，并非有电流通过电容器。在直流电路中，电路只有充放电电流。一旦电流达到稳定状态，电容器在电路中就相当于阻值无限大的元件。从能量转化的角度看，充电过程电流逐渐减小，电容器极板上电荷逐渐增大，极板间的电压逐渐增大，电能转化为电场能（储存两极板间）和磁场能（很小，通常可忽略不计），是非纯电阻元件，欧姆定律不适用。要判断电容器的电荷量随电流的变化图像，必须正确写出电容器的电荷量与电流的关系式，变换思维路径，寻找电路中的纯电阻部分，再应用欧姆定律来处理。
(4)案例解析
题中电源和电阻部分是纯电阻
整理得
Q=-i(R+r)C+EC
显然电容器极板上的带电荷量随充电电流按线性规律变化。正确答案选B。
4.含二极管的电路
(1)教学难点
怎样用实验的方法判断二极管是否是纯电阻元件，它的电流与电压之间有什么关系？
(2)典型案例
【案例4】影响物质材料电阻率的因素很多，一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大，而半导体材料的电阻率则与之相反，随温度的升高而减少。某课题研究组在研究某种导电材料的用电器件Z的导电规律时，利用如图4(a)的分压电路测得其电压与电流的关系如表1所示。
①根据表中数据，判断用电器件Z可能属于上述哪类材料？
②把用电器件Z接入图4(b)所示的电路中，电流表的读数为1.8A，电池的电动势为3V，内阻不计，试求电阻R的电功率。
③根据表中的数据找出该用电器Z的电流随电压变化的规律是
，试求出n和k的数值，并写出k的单位。
(3)难点突破
通过实验来判断该材料是否是纯电阻元件，可以从图表中捕获信息，利用表格的数据建立方程来探究其电压与电流的关系。若材料的动态电阻随电压（或电流）呈非线性变化，则可能是非纯电阻元件。
(4)案例解析
①由表格中电压与电流的比值（即材料的电阻）可以发现，随电压的增大，材料的电阻非线性减小，则材料可能属于半导体。
③中反馈的信息是半导体的电流与电压的关系
，是非纯电阻元件，不符合欧姆定律。
从以上案例可以看出，通过实验研究元件两端的电压和电流的变化是不是线性变化关系，是判断元件是否是纯电阻的基本方法，分析能量转化方向是最有效途径。处理非纯电阻电路的落脚点是灵活地选择研究对象，把欧姆定律运用于闭合电路中的纯电阻部分。因此，准确把握欧姆定律的适用条件，就能使非纯电阻电路的处理目标明确，过程简洁。