一、欧姆定律的由来
欧姆定律是由德国物理学家乔治·西蒙·欧姆1826年4月发表的《金属导电定律的测定》论文提出的。
随研究电路工作的进展,人们逐渐认识到欧姆定律的重要性,欧姆本人的声誉也大大提高。为了纪念欧姆对电磁学的贡献,物理学界将电阻的单位命名为欧姆,以符号Ω表示。
1. 定义
欧姆定律是指在同一电路中,通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。
2.公式I=U/R
电压的单位是V,电阻的单位是Ω,电流的单位是A。其变形公式为R=U/I和U=IR。
3.公式的物理意义
欧姆定律公式I=U/R表示:加在导体两端的电压增大为几倍,导体中的电流就随着增大为几倍。当导体两端的电压保持不变时,导体的电阻增大为几倍,导体中的电流就减小为几分之一。
4.对欧姆定律的理解
(1)欧姆定律适用于从电源正极到负极之间的整个电路或其中一部分电路,但前提是该电路为纯电阻电路。
(2)欧姆定律中电流、电压和电阻三个量都是对同一导体和同一段电路的同一时刻来说的。
(3)欧姆定律中提到的"导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比"是有前提条件的,即当导体的电阻一定时,通过它的电流跟它两端的电压成正比;当导体两端的电压一定时,通过它的电流跟它的电阻成反比。
(4)欧姆定律公式可以变形为U=IR,但不能认为导体两端电压跟导体中的电流、导体的电阻成正比,因为电压是由电源提供的。公式还可以变形为R=U/I,但不能认为导体的电阻跟它的两端电压成正比,跟电流成反比,因为电阻是导体本身的性质,跟所加电压和通过的电流无关,此变形式只是提供一种测量、计算电阻的方法而已。
(5)在利用欧姆定律的数学表达式I=U/R进行计算时,单位要统一,即I-A,U-V,R-Ω。
二、伏安法测量导体电阻
1.用伏安法测量电阻的原理
根据欧姆定律的变形公式R=R/I,测得待测电阻两端的电压和通过待测电阻的电流,就可以求出它的电阻值,这种测量电阻的方法叫伏安法。
这是一个设计性实验,要紧扣实验原理,选取实验器材,设计实验电路(如图所示)。
伏安法测量导体电阻的电路图
电路图的设计,根据Rx=U/I,要测Rx两端电压,就必须将电压表与Rx并联,要测Rx上的电流,必须将电流表与Rx串联,为了保护电路、调节电压和电流,电路中必须串联一个滑动变阻器。
三、欧姆定律在串、并联电路中的应用
(1)电阻串联电路
把两个或两个以上的电阻器一个接一个地连成一串,组成一条无分支电路,称为电阻串联。
(2)电阻并联电路
两个或两个以上的电阻,接在电路中相同的两点之间,承受同一电压,这样的连接方式称为电阻并联。
3.串联电路分压与并联电路分流原理
4.串联电路中电流处处相等,各电阻上分配的电压与各个电阻值成正比,电阻越大,其分配的电压越大。并联电路中各支路两端电压相等,各支路的电流按电阻反比分配,支路的电阻止越大,分配的电流越小。列表比较如下: