关于“欧姆定律”教学的探讨

笔者在经历了初中物理和高中物理“欧姆定律”的教学实践之后，发现欧姆定律及相关内容的表述存在一些问题，对教师的“教”会造成一定影响，对学生的“学”会引起一些疑点，因此查证了欧姆定律的发现过程，并且对比了三种大学普通物理学教材、三种高中物理教材、两种人教版初中物理教材、两种粤教版初中物理教材的不同表述，对欧姆定律及相关内容的教学进行以下探讨。

一、欧姆定律发现历程溯源

2.相同之处

欧姆定律适用于线性元件，如金属等，不适用于非线性元件，如气态导体等。

三、三点质疑

1.线性元件存在吗

材料的电阻率ρ会随其他因素的变化而变化（如温度），从而导致导体的电阻实际上不可能是稳定不变的，也就是说理想的线性元件并不存在。在实际问题中，当通电导体的电阻随工作条件变化很小时，可以近似看作线性元件，但这也是在电压变化范围较小的情况下才成立，例如常用的炭膜定值电阻，其额定电流一般较小，功率变化范围较小。

2.对所有非线性元件欧姆定律都不适合吗

在上述所有表述中都有欧姆定律适用于金属导体之说，又有欧姆定律适用的元件是线性元件之说，也就是说金属是线性材料，而我们知道，白炽灯泡的灯丝是金属材料钨制成的，也就是说线性材料钨制成的灯丝应是线性元件，但实践告诉我们灯丝显然不是线性元件，因此这里的表述就不正确，为了避免这种自相矛盾，许多资料上又说欧姆定律的应用有“同时性”，或者说“欧姆定律不适用于非线性元件，但对于各状态下是适合的”，笔者总觉得这样的解释难以让学生接受，有牵强之意，给教师的教造成难度，既然各个状态下都是适合的，那就是整个过程适合呀。

3.对欧姆定律适合的元件I与R一定成反比吗

I与R成反比必须有“导体两端的电压U相同”这一前提，在这一前提条件下改变导体的电阻R，那么通过导体的电流就会发生变化，因而导体的工作点就发生了变化，其制作材料的电阻率 ρ就随之变化，因此导致电阻又会发生进一步的变化，这样又会导致电流产生进一步的变化，所以实践中多数情况下I与R就不会成严格的反比关系，甚至相差很大。

四、两条教学对策

1.欧姆定律的表述需要改进

其实早就有一些老师对欧姆定律的表述进行过深入的分析，并结合他们自身长期的教学经验，已经提出了欧姆定律的表述的后半部分“I与R成反比”是多余的，应该删除，笔者也赞成这种做法，因为这种说法本身就是不准确的，这也是在上述三种大学普通物理教材中都没有出现这个说法的原因。

通过对欧姆定律发现历程的溯源，可知欧姆当时发现这一电路定律时也没有提出“反比”这一函数关系，只是定量地给出了一个等式，因此，笔者认为欧姆定律的现代表述有必要改进，既要传承欧姆当时的公式，也要符合实际情况，所以笔者认为欧姆定律应该表述为：通过导体的电流强度等于导体两端的电压与导体此时的电阻之比。

那么，为什么连“I与U成正比”也省去呢？当R一定时，I与U成正比是显然的，但如果在欧姆定律的表述中一旦出现“I与U成正比”的说法，学生就会很自然地想到“I与R成反比”，而这种说法是不对的，所以表述中最好不要出现“I与U成正比”和“I与R成反比”这两种说法。

2.线性还是非线性元件的区分不能以材料种类为判断标准

同样是金属材料，钨丝的伏安特性是非线性的，而一些合金材料导体的伏安特性却是非常接近理论线性，如标准电阻。所以我们在区分线性元件还是非线性元件时，不能以导体的材料种类作为判断的标准，而只能通过实验测定，得到I-U图象，以此来作为判断依据。

参考文献：

刘维宁.“欧姆定律”的教学设计和教学反思[J].中学物理教学参考，2014（08）.