符合U=IR就是符合歐姆定律嗎？

摘 要：分別對線性元件、歐姆定律、純電阻元件及電阻這幾個物理概念進(jìn)行分析、比較和闡述，進(jìn)而指出遵守表達(dá)式U=IR及遵守歐姆定律的概念性區(qū)別。

關(guān)鍵詞：歐姆定律；線性元件；純電阻元件

在教學(xué)活動中我們常常能從學(xué)生的只言片語中發(fā)現(xiàn)在學(xué)生的腦海中對一些物理概念存在著錯誤的理解，有的理解甚至可能會被粗心的教師不假思索地認(rèn)同。對此，作為教師的我們必須要具備足夠的細(xì)心和認(rèn)真面對的態(tài)度，理清概念的關(guān)系，首先要使自己心如明鏡，才能從各個角度有力地破除存留在學(xué)生心中的困惑。以下，就是筆者在陪同學(xué)生對歐姆定律等相關(guān)知識進(jìn)行學(xué)習(xí)的過程中，面對幾個概念問題，經(jīng)筆者仔細(xì)查閱資料并整理后得出的幾點認(rèn)識。

一、關(guān)于歐姆定律的認(rèn)識

關(guān)于歐姆定律，在高中物理教材上是這樣表述的：“我們可以把電壓、電流、電阻的關(guān)系寫成I=U/R，上式可以表述為：導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比，跟導(dǎo)體的電阻R成反比，這就是歐姆定律。”

關(guān)于歐姆定律，大學(xué)教材“電磁學(xué)”中的表述是這樣的：“精確的實驗表明，在穩(wěn)恒條件下，通過一段導(dǎo)體的電流強(qiáng)度和導(dǎo)體的兩端的電壓成正比，即：I∝U。這個結(jié)論叫做歐姆定律。如果寫成等式，則有I=U/R，或U=IR。”由此可以看出：只有在元件的阻值不變的情況下，才有I∝U，也就是說只有阻值不變的元件才適用于歐姆定律！

二、關(guān)于電阻的定義

同樣，在“電磁學(xué)”中對電阻的表述是這樣的：“式中的比例系數(shù)由導(dǎo)體的性質(zhì)決定，叫做導(dǎo)體的電阻。……對于非線性元件，歐姆定律雖不適用，但我們?nèi)远x其電阻為R=U/I，只不過它不再是常量，……”由此，我們不難看出：由于非線性元件的阻值可能會隨環(huán)境發(fā)生變化，I與U不能成正比，故其不適用于歐姆定律，但其在各種環(huán)境下的阻值卻仍是由定義式R=U/I確定的。

三、“純電阻”元件與線性元件的區(qū)別

關(guān)于“純電阻”電路或“純電阻”元件的說法從筆者從教以來一直就存在著，這些年來的施教中，我也常在課堂上提起。而在寫本文時才發(fā)現(xiàn)：無論是現(xiàn)行的初中教材（人教版）還是高中教材（人教版），亦或是大學(xué)教材“電磁學(xué)”，均沒有對“純電阻”有明確定義或表述。于是，筆者不禁發(fā)笑，這十多年來我們一直口口相傳的“純電阻”元件的概念原來是“業(yè)內(nèi)”的一個習(xí)慣稱法，從未在文獻(xiàn)上明確下來。

不過，關(guān)于所謂“純電阻”無件的認(rèn)識，大家還是一致的（至少在筆者從教的圈子里是這樣的）。那就是：在通電后，只能將電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的元件！

而關(guān)于線性元件的定義，現(xiàn)行的高中教材（人教版）物理選修3-1中的表述是這樣的：“……某一個金屬導(dǎo)體，在溫度沒有顯著變化時，電阻是不變的，它的伏安特性曲線是通過坐標(biāo)原點的直線，具有這種伏安特性的電學(xué)元件叫做線性元件。”而在大學(xué)教材“電磁學(xué)”中，也有與之相似的表述。由此可見，符合歐姆定律的元件，因其伏安特性曲線呈線性，則必定是線性元件！

那么現(xiàn)在，我們整理一下這兩個概念后，就有必要提出兩點認(rèn)識。

首先，“純電阻”元件可能因其隨著環(huán)境或條件的變化而發(fā)生阻值的變化，進(jìn)而不能保證它的伏安特性呈線性，也就可能不是線性元件；而線性元件本身僅對電流與電壓間的關(guān)系做出了要求，其本身并未對電能轉(zhuǎn)化的方向定義，線性元件當(dāng)然也就不一定是“純電阻”元件了（如，霍爾元件就是一種線性元件）。也就是說：“純電阻”元件不一定是線性元件，線性元件也不一定是“純電阻”元件！

其次，“純電阻”元件由于只將電能（以焦耳熱的形式）轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故有電功即為電熱，即有等式：UIt=I2Rt，因而就有U=IR的結(jié)論。但是，一定要注意的是，“純電阻”元件不一定是線性元件，不能保證I∝U，也自然不能保證其遵守歐姆定律。事實上，遵守歐姆定律不能等同于符合表達(dá)式U=IR，導(dǎo)體的阻值不變（或可近似視為不變）是其遵守歐姆定律的必要條件！

至此，筆者不由得感到一種釋然，終于弄清了幾個一直存在腦海中的疑惑，多年來，每當(dāng)教學(xué)進(jìn)度到此章節(jié)時，總是感到自己有一種說不清道不明的苦楚。看來，只要認(rèn)真對待，一切都會清楚明白的！

參考文獻(xiàn)：

趙凱華，陳熙謀.電磁學(xué).高等教育出版社，1985-06.

編輯 楊兆東