淺談高中物理中閉合電路歐姆定律的應用

（內蒙古鄂爾多斯準格爾旗世紀中學 內蒙古鄂爾多斯 017100）

一、相關概念及理解

1.閉合電路歐姆定律的公式及定義

①閉合電路歐姆定律的相關概念：在閉合電路中電流值的大小與電動勢與電路中總電阻的商保持同等變化趨勢。[1]

②閉合電路歐姆定律公式：I=E/（R+r），其電流由I表示，電動勢由E表示，電池內阻與外阻分別由r與R表示。

③常見幾種變形公式，如下所示：

E=I（R+r）；E=U外+U內；U外=E-Ir。

2.閉合電路歐姆定律的理解

①定律中所描述的電動勢需要排除電源內阻而計算得到，因此不能直接測量電源的輸出電壓，而應該通過變負載測試得出電源的真正電動勢。

②當電路沒有閉合，內電路沒有電流通過，所以U內=0，此時E=U外。此時外阻為無窮大，因而斷點兩端分得的電壓即為電源電動勢。

③公式E=I（R+r）在應用中限于純電阻電路，在應用于復雜情境下需考慮阻抗的影響。U外=E-Ir和E= U外+U內的限制條件則為閉合回路，對于含電容的交流電路也需要考慮阻抗。[2]

二、閉合電路歐姆定律的解題思路

1.閉合電路的歐姆定律

例一：

如圖，R為可變電阻。R=R1＝2Ω時，U=U1＝4V；R=R2＝5Ω時，U=U2＝5V.求：電源的電動勢E和內阻r。

解析：由閉合電路歐姆定律得

聯立①②并代入數據解得E＝6V，r＝1Ω

總結：閉合電路常由內外電路組成，連接各負載的導線與負載構成外電路，電源內部導體結構構成內電路。在討論電學性能參數的過程中為區分內外電路阻值，常用r和R來分別表示二者。當研究的對象是外電路整體或外電路的局部時，通常使用部分電路歐姆定律進行研究。對于電路中的某一部分來說，其電流同樣遵循類似的規律，即電流與端電壓成正比，與電阻成反比。為熟練解決題目中的電路問題，應對歐姆定律加以掌握并勤加思考，合理使用。

2.閉合電路的動態分析

動態分析思路：

①外電壓U，電路中總電流I與外部電阻R規則可以按以下歸納：

當R增大時，I減少，又據U=E-Ir知，U增加.當R增大到∞時，I=0，U=E（斷路）

當R減小時，I增加，又據U=E-Ir知，U減少.當R減小到零時，I=Er ，U=0（短路）

②動態電路問題常表現為電路內調節元件，例如滑動變阻器阻值的調整會導致全電路內局部電學數值的改變，針對這種問題進行解題時不僅需要使用歐姆定律，更要考慮到串聯并聯電路相關的性質。[3]

③將電阻作為解題突破口，根據電路網絡特性和歐姆定律對全電路進行分析，進而確定電路中的干路電流、總電阻以及路端電壓，確定上述數值的變化規律，并確定部分電路內的電學數值變化。

例二：某一電路如圖所示，電動勢為E，內阻為r，A處電流I，V處電壓為U，當R5觸點向a端移動時，則有（ ）

A.I變大，U變小 B.I變大，U變大

B.I變小，U變大 D.I變小，U變小

解析：當R5向a端移動時，R5呈現減少趨勢，導致外電路阻值變小，根據公式可知，回路的外電阻減小，同時電動勢沒有變化，因而總電流增大。此時內阻分壓也會增加，從而使得外電路分壓減小。這樣就使得與R5并聯的支路電流同時減小，從而使電壓表和電流表讀數同時減小。因此應該選擇的選項為D。

總結：選某一閉合電路研究時若其中電阻變化為單一變量，此電阻會引發其他電路中相關參數的改變，這種改變遵循下述原則：

（1）當可變電阻與待測電阻呈并聯關系時，可變電阻的阻值越大，則通過待測的電流也就越大。

（2）當可變電阻與待測電阻呈并聯關系時，可變電阻的阻值越小，則通過待測的電流也就越小。

這種現象是并聯部分分壓增大所造成的，當分壓增大時待測電阻阻值不變，因而測得的電流就會增大。

三、閉合電路歐姆定律的實際應用

1.電路變化情況分析

對電路的動態進行分析時使用歐姆定律可有效確保電路動態穩定、科學，一定程度上提升電力使用效率。在電路當中主要通過分析電路變化的要點結合原有狀態，借助于歐姆定律進行動態分析，找出電路中各個電學性能參數的變化趨勢。另一方面也可以以電路串聯與并聯的區別作為切入點。在通常情況下，如果可變電阻以并聯的形式與主電路進行連接，當電氣設備與可變電阻并聯，其I、U、P的變化情況與可變電阻增減一致，而在串聯電路中，這三項數值的變化則同可變電阻數值變化呈反比。

2.應用閉合電路歐姆定律分析電路故障

將閉合電路歐姆定律熟練應用于解題中需要對閉合電路歐姆定律的相關定義和公式進行全面了解，嘗試從多角度來分析題中隱含條件：如對閉合電路中的故障點進行人為假設再使用歐姆定律對直流電路問題進行推導，順向推理的同時采用直流電路解題思想，最后確定故障狀況和推理結果是否一致，在透徹了解閉合電路結構的基礎上明確電路各個部分改變以及造成全電路局部改變的關系與規律，才能熟練地解決電路故障相關問題。

結語

歐姆定律的學習與運用在高中物理教學中是需要加以關注的重點之一，這一重要性在理論層面上與實際生活中都有體現。在學習過程中首先要針對歐姆定律的基本原理進行了解，并通過生活實際觀察獲取與歐姆定律相關的知識。歐姆定律的相關內容在高考中也屬于一個高頻考點，熟練使用歐姆定律思想能使一部分閉合電路中的常見問題迎刃而解。歐姆定律在電力學科中也多有應用，有效地應對了大量有關生產和生活的現實用電情況。