閉合電路歐姆定律演示實驗的探究

賈學成

在高中物理學中，當學到閉合電路歐姆定律時，對學生來說會有各種各樣的困難。例如對電動勢的概念往往處于模糊的狀態，分不清內壓和路端電壓分別是指哪兩點間的電壓。如果這些問題弄不清楚，雖能通過記憶公式來計算各種題目，實質上卻沒有真正掌握閉合電路歐姆定律。現特地設計了實驗裝置，想通過對閉合電路歐姆定律演示實驗的探究，把上述問題講清楚。通過可調內阻電池可研究閉合電路歐姆定律。用配套電表測定電池的電動勢和內阻，還可研究電源的輸出功率等。該實驗器的創新在于將可調內阻電池與其他的配套原件一體化，電壓表采用數字電壓表讀數快捷準確，實驗操作方便。

【演示一】路端電壓的測量：閉合K1，將雙刀雙擲開關放在1處，數字電壓表的讀數即為路端電壓，改變變阻器R的阻值以增大干路中的電流，實驗發現路端電壓隨電流的變大而減小。

【演示二】內電壓的測量：閉合K1，將雙刀雙擲開關放在2處，數字電壓表的讀數即為內電壓。

【演示三】電動勢的測量，斷開K1，將雙刀雙擲開關放在1處，數字電壓表的讀數即為電動勢。

【演示四】接通K1，調節外電路的電阻R，改變干路中的電流強度I，記錄內壓和路端電壓U。

實驗數據：

實驗發現：當外電路的電阻R增大，干路中的電流I減少時，內壓U′減小，路斷電壓U增大，但兩者之和U′+U為一恒量，且在數值上等于電源電動勢E。

【演示五】接通外電路，保持外電路電阻R不變，把通道中的閘板上下移動（即改變內阻r），記錄內壓和路端電壓U。

實驗數據：

實驗發現：內阻r增大，干路中電流I減小時，路端電壓U減小，內壓U′增加，且兩者之和U′+U亦為一恒量，在數值上等于電源電動勢E。

通過實驗得到電源電動勢與內、外電路上的電壓U、U′的關系：

E=U′+U

=IR+Ir

∴I=E/（R+r）

即得到閉合電路的歐姆定律。在閉合電路中的電流強度與電源的電動勢成正比，與內、外電路中的電阻之和成反比。

？誗編輯 楊兆東