时间：2023-07-07 17:23:47
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇欧姆定律变化量，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：欧姆定律；适用范围；微观机理；导电材料；能量转化
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）12-0039-2
人教版《普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1》《欧姆定律》一节内容围绕电阻的定义式、欧姆定律和伏安特性曲线三部分展开，图1为教材的两段文字，意思是当金属导体的电阻不变时，伏安特性曲线是一条直线，叫做线性元件，满足欧姆定律；“这些情况”的电流与电压不成正比，是非线性元件，欧姆定律不适用[1]。随后，教材举例小灯泡和二极管的伏安特性曲线，指出两个元件都是非线性元件。在遇到欧姆定律时，不论是年轻教师还是学生常常感到疑惑：欧姆定律适用范围究竟是金属和电解质溶液还是线性元件？小灯泡是金属，又是非线性元件，究竟是否满足欧姆定律？
[导体的伏安特性曲线 在实际应用中，常用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U，这样画出的I-U图象叫做导体的伏安特性曲线。对于金属导体，在温度没有显著变化时，电阻几乎是不变的（不随电流、电压改变），它的伏安特性曲线是一条直线，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件。图2.3-2中导体A、B的伏安特性曲线如图2.3-3所示。
欧姆定律是个实验定律，实验中用的都是金属导体。这个结论对其他导体是否适用，仍然需要实验的检验。实验表明，除金属外，欧姆定律对电解质溶液也适用，但对气态导体（如日光灯管、霓虹灯管中的气体）和半导体元件并不适用。也就是说，在这些情况下电流与电压不成正比，这类电学元件叫做非线性元件。]
1 欧姆定律的由来
1826年4月，德国物理学家欧姆《由伽伐尼电力产生的电现象的理论》，提出欧姆定律：在同一电路中，通过某段导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比。欧姆实验中用八根粗细相同、长度不同的板状铜丝分别接入电路，推导出 ，其中s为金属导线的横截面积，k为电导率，l为导线的长度，x为通过导线l的电流强度，a为导线两端的电势差[2]。当时只有电导率的概念，后来欧姆又提出 为导体的电阻，并将欧姆定律表述为“导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。”
关于欧姆定律的m用范围，一直存在争议，笔者认为可以从不同角度进行陈述。
2 欧姆定律的适用范围
2.1 从导电材料看适用范围
欧姆当年通过对金属导体研究得出欧姆定律，后来实验得出欧姆定律也适用于电解质溶液，但不适用于气体导电和半导体元件。
从微观角度分析金属导体中的电流问题，金属导体中的自由电子无规则热运动的速度矢量平均为零，不能形成电流。有外电场时，自由电子在电场力的作用下定向移动，定向漂移形成电流，定向漂移速度的平均值称为漂移速度。电子在电场力作用下加速运动，与金属晶格碰撞后向各个方向运动的可能性都有，因此失去定向运动的特征，又回归无规则运动，在电场力的作用下再做定向漂移。如果在一段长为L、横截面积为S的长直导线，两端加上电压U，自由电子相继两次碰撞的间隔有长有短，设平均时间为τ，则自由电子在下次碰撞前的定向移动为匀加速运动，
2.2 从能量转化看适用范围
在纯电阻电路中，导体消耗的电能全部转化为电热，由UIt=I2Rt，得出 在非纯电阻电路中，导体消耗的电能只有一部分转化为内能，其余部分转化为其他形式的能（机械能、化学能等）， 因此，欧姆定律适用于纯电阻电路，不适用于非纯电阻电路。
金属导体通电，电能转化为内能，是纯电阻元件，满足欧姆定律。小灯泡通电后，电能转化为内能，灯丝温度升高导致发光，部分内能再转化为光能，因此小灯泡也是纯电阻，满足欧姆定律。电解质溶液，在不发生化学反应时，电能转化为内能，也遵守欧姆定律。气体导电是因为气体分子在其他因素（宇宙射线或高电压等条件）作用下，产生电离，能量转化情况复杂，不满足欧姆定律。半导体通电时内部发生化学反应，电能少量转化为内能，不满足欧姆定律。电动机通电但转子不转动时电能全部转化为内能，遵从欧姆定律；转动时，电能主要转化为机械能，少量转化为内能，为非纯电阻元件，也不满足欧姆定律。
2.3 从I-U图线看适用范围
线性元件指一个量与另一个量按比例、成直线关系，非线性元件指两个量不按比例、不成直线的关系。在电流与电压关系问题上，线性元件阻值保持不变，非线性元件的阻值随外界情况的变化而改变，在求解含有非线性元件的电路问题时通常借助其I-U图像。
从 知导体的电阻与自由电子连续两次碰撞的平均时间有关，自由电子和晶格碰撞将动能传递给金属离子，导致金属离子的热运动加剧，产生电热。由 知导体的温度升高，τ减小，电阻增大。因此，导体的电阻不可能稳定不变。当金属导体的温度没有显著变化时，伏安特性曲线是直线，满足“电阻不变时，导体中的电流跟导体两端的电压成正比”。理想的线性元件是不存在的，温度降低时，金属导体的电阻减小，当温度接近绝对零度时，电阻几乎为零。小灯泡的伏安特性曲线是曲线，是非线性元件，当灯泡电阻变化时，仍有I、U、R瞬时对应，满足欧姆定律 如同滑动变阻器电阻变化时也满足欧姆定律[3]。
2.4 结论
综上所述，从导电材料的角度看，欧姆定律适用于金属和电解质溶液（无化学反应）；从能量转化的角度看，欧姆定律适用于纯电阻元件。对于线性元件，电阻保持不变，导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，欧姆定律适用。从物理学史推想，欧姆当年用八根不同铜丝进行实验，应该是研究了电压保持不变时，电流与电阻的关系，以及电阻保持不变时，电流与电压的关系。虽然都是非线性元件，小灯泡是金属材料，是纯电阻元件，满足欧姆定律，二极管是半导体材料，却不满足欧姆定律。因此，线性非线性不能作为欧姆定律是否适用的标准。
3 教材编写建议
“有了电阻的概念，我们可以把电压、电流、电阻的关系写成 上式可以表述为：导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。这就是我们在初中学过的欧姆定律。”[1]笔者以为，欧姆定律的内容是 这个表达式最重要的意义是明确了电流、电压、电阻三个量的关系，而不是其中的正比关系和反比关系，教材没必要对欧姆定律进行正比反比的表述。
“实验表明，除金属外，欧姆定律对电解质溶液也适用，但对气态导体（如日光灯管、霓虹灯管中的气体）和半导体元件并不适用。”教材已明确欧姆定律的适用范围，建议教材将线性元件和非线性元件的概念与欧姆定律的适用范围分开，同时明确线性、非线性不能作为欧姆定律是否适用的标准。
参考文献：
[1]普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1[M].北京：人民教育出版社，2010.
在物理教学中物理定律的概念很多，物理定律是对物理规律的一种表达形式，通过大量的观察、实验归纳而成的结论，反映物理现象在一定条件下发生变化过程的必然关系。物理定律的教学应注意：首先要明确、掌握有关物理概念，再通过实验归纳出结论，或在实验的基础上进行逻辑推理（如牛顿第一定律）。有些物理量的定义式与定律的表式相同，就必须加以区别（如电阻的定义式与欧姆定律的表式可具有同一形式R＝U/I），且要弄清相关的物理定律之间的关系，还要明确定律的适用条件和范围。
（1）牛顿第一定律。采用边讲、边讨论、边实验的教法，回顾“运动和力”的历史。消除学生对力的作用效果的错误认识；培养学生科学研究的一种方法——理想实验加外推法。教学时应明确：牛顿第一定律所描述的是一种理想化的状态，不能简单地按字面意义用实验直接加以验证。但大量客观事实证实了它的正确性。第一定律确定了力的涵义，引入了惯性的概念，是研究整个力学的出发点，不能把它当做第二定律的特例；惯性不是状态量，也不是过程量，更不是一种力。惯性是物体的属性，不因物体的运动状态和运动过程而改变。在应用牛顿第一定律解决实际问题时，应使学生理解和使用常用的措词：“物体因惯性要保持原来的运动状态，所以……”教师还应该明确，牛顿第一定律相对于惯性系才成立。地球不是精确的惯性系，但当我们在一段较短的时间内研究力学问题时，常常可以把地球看成近似程度相当好的惯性系。
（2）牛顿第二定律。在第一定律的基础上，从物体在外力作用下，它的加速度跟外力与本身的质量存在什么关系引入课题。然后用控制变量的实验方法归纳出物体在单个力作用下的牛顿第二定律。再用推理分析法把结论推广为一般的表达：物体的加速度跟所受外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。教学时还应请注意：公式F＝Kma中，比例系数K不是在任何情况下都等于1；a随F改变存在着瞬时关系；牛顿第二定律与第一定律、第三定律的关系，以及与运动学、动量、功和能等知识的联系。教师应明确牛顿定律的适用范围。
（3）万有引力定律。教学时应注意：①要充分利用牛顿总结万有引力定律的过程，卡文迪许测定万有引力恒量的实验，海王星、冥王星的发现等物理学史料，对学生进行科学方法的教育。②要强调万有引力跟质点间的距离的平方成反比（平方反比定律），减少学生在解题中漏平方的错误。③明确是万有引力基本的、简单的表式，只适用于计算质点的万有引力。万有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上，也发现了它的局限性。
（4）机械能守恒定律。这个定律一般不用实验总结出来，因为实验误差太大。实验可作为验证。一般是根据功能原理，在外力和非保守内力都不做功或所做的总功为零的条件下推导出来。高中教材是用实例总结出来再加以推广。若不同形式的机械能之间不发生相互转化，就没有守恒问题。机械能守恒定律表式中各项都是状态量，用它来解决问题时，就可以不涉及状态变化的复杂过程（过程量被消去），使问题大大地简化。要特别注意定律的适用条件（只有系统内部的重力和弹力做功）。这个定律不适用的问题，可以利用动能定理或功能原理解决。
（5）动量守恒定律。历史上，牛顿第二定律是以F＝dP/dt的形式提出来的。所以有人认为动量守恒定律不能从牛顿运动定律推导出来，主张从实验直接总结。但是实验要用到气垫导轨和闪光照相，就目前中学的实验条件来说，多数难以做到。即使做得到，要在课堂里准确完成实验并总结出规律也非易事。故一般教材还是从牛顿运动定律导出，再安排一节“动量和牛顿运动定律”。这样既符合教学规律，也不违反科学规律。
（6）欧姆定律。中学物理课本中欧姆定律是通过实验得出的。公式为I＝U/R或U＝IR。教学时应注意：①“电流强度跟电压成正比”是对同一导体而言；“电流强度跟电阻成反比”是对不同导体说的。②I、U、R是同一电路的3个参量。③闭合电路的欧姆定律的教学难点和关键是电动势的概念，并用实验得到电源电动势等于内、外电压之和。然后用欧姆定律导出I＝ε/(R+r)(也可以用能量转化和守恒定律推导)。④闭合电路的欧姆定律公式可变换成多种形式，要明确它们的物理意义。⑤教师应明确，普通物理学中的欧姆定律公式多数是R＝U/I或I＝(1/R)U，式中R是比例恒量。若R不是恒量，导体就不服从欧姆定律。但不论导体服从欧姆定律与否，R＝U/I这个关系式都可以作为导体电阻的一般定义。中学物理课本不把 R＝U/R列入欧姆定律公式，是为了避免学生把欧姆定律公式跟电阻的定义式混淆。这样处理似乎欠妥。
（7）楞次定律。可以采用探究教学法，让学生通过实验得到的结论归纳出定律。教学时应注意：①楞次定律是确定感生电流方向的规律，同时也确定感生电动势的方向。如果是断路，通常我们可以把它想象为闭合电路。②感生电流的磁场只能“阻碍”原磁通的变化，不能“阻止”它的变化。否则就不会继续产生感生电流。“阻碍”或者说“反抗”原磁通的变化，实质上是使其他形式能量转化为电能的一种表现，符合能量守恒定律。③要使学生熟练掌握应用楞次定律判定感生电流方向的3个步骤。④明确右手定则可看作是楞次定律的特殊情况，并能根据具体情况选用定则或定律来判断感生电流的方向。
（作者单位：河南省巩义市芝田镇第一初级中学）
一、 课堂教学知识量大，学生难以吸收
初中物理“闭合电路欧姆定律”这一节教学内容有过多次变动，实验教材里的内容主要有两点：一是闭合电路欧姆定律；二是路端电压和负载的关系；此外还外加了路端电压和电流的关系。因为知识点较多，课堂教学量很大，所以课堂上时间紧，学生思考和参与实践都比较少，课堂上没有充分发挥学生的主体作用。从课后反馈的情况来看，学生掌握的情况并不是太好。
因此，针对这种情况，在该课的教学中，教师可以将这一节课的内容分成两节课来讲。第一节课讲闭合电路欧姆定律，在复习电动势、内阻等概念和规律的基础上，通过闭合电路欧姆定律的推导，引出闭合电路欧姆定律。然后对照比较简单的电路图，阐述能量转化的关系以及定律的使用范围等。紧接着通过例题的讲解和课堂训练，使学生对欧姆定律有个全面的认识。在引导学生理解电流和外电阻的关系时，教师演示实验，让学生有个直观的感受，然后再加上理论分析，让学生对物理知识的认知由感性到理性。第二节课讲路端电压和负载的关系，路端电压和电流的关系，在上一节欧姆定律的基础上，导出路端电压和负载的关系U=E1+rR，仍然是先进行演示实验，后进行理论分析，让学生对路端电压和负载的关系有一个从感性到理性的认识。最后讲路端电压和电流的关系U=E―IR，先观察实验，通过改变滑动变阻器的阻值，使电路中电流表和电压表的示数同时发生变化，学生会观察到电流变大时，路端电压变小，反之电流变小，路端电压变大，再利用公式进行分析，这样可给学生留下比较深的印象。
二、演示实验，可视性较差
在演示路端电压和负载（或电流）的关系时，学生要观察电流表、电压表指针的偏转情况，由于表盘小，颜色暗，放在桌面上又有些低，所以站在后面的同学看不清楚，影响了实验效果。针对这种情况，教师可以做如下改进。
在实验课堂上做演示实验时，一方面教师可以把仪器放在一个升降台上，把台子升起来，使全班学生都能看清楚；另一方面对有些演示实验，用投影仪把实验情况投影到大屏幕上，便于学生观察；此外，如果课堂人数较少，教师还可以将演示实验改为6组学生实验，真实性、可视性都会更好。这样不仅能够达到演示实验的预期效果，也能提高学生的动手能力和学习兴趣。
三、 学生活动少，主体作用没有很好体现
在“闭合电路欧姆定律”教学中，一方面是教学内容安排得比较多，为了在规定的时间内完成任务，必须按照设定好的节奏进行，课堂上并没有给学生留下较多思考和发散的时间；另一方面，教师思想保守，教学不够大胆，认为学生物理基础较差，害怕学生不发言，出现冷场情况，或者学生课堂发言不入主题而不好收场。针对这种情况，教师可以做如下改进。
对教学内容做了相应的调整以后，就可以给学生留有更多的思考时间和发表见解的机会，如果学生在课堂上不敢发言，教师可以鼓励、引导学生融入课堂教学活动，学生说错了正好可以纠正其错误，只要学生积极思考，积极参与，勇于发言，就要给予鼓励，这是培养学生良好思维习惯的大好时机。因为，在课堂教学中，任何层次的学生都可以与他互动起来，就看教师怎样引导，如何让学生互动。当然，在实验教学中，很多实验具有安全性和特殊操作性，对于这类实验教师要规范学生的实验行为。加强学生动手实验的目的就是为了充分发掘学生的好动性、探知性，让学生从自己的角度去思考问题，让学生在张扬个性的同时，拓展创新能力。
参考文献
[1]雷光锦.《闭合电路欧姆定律》教学设计[J].昭通师范高等专科学校学报，2011，1（25）：111.
[2]谢建华.浅谈“闭合电路欧姆定律”的教学[J].内蒙古民族大学学报，2011，3（15）：124-125.
一、巧记力学知识
力学是初中物理的重点，同时也是难点。为了帮助学生记忆，我们可以采用以下方式帮助学生理解和记忆。
力的三要素：大小、方向和作用点。我们可以这样记忆：力的三要素，大小、方向、作用点。这样叫做简化记忆。
G=mg公式。物体的重力和质量的关系式G=mg，可用谐音记忆：大鸡（G）等鱼（等于）摸（m）小鸡（g）。
m=■，可用谐音记忆：莫（m）要大鸡（G）压小鸡（g）。
g=■，可用谐音记忆：小鸡（g）在等（=）大鸡（G）吗（m）？
g=9.8牛顿每千克：可用谐音记忆为，记（g）得九点把（9.8）牛（牛顿）牵克（千克）吃水。也可以这样记，小鸡（g）进酒吧（9.8）。
重力公式G=ρvg。计算重力的公式G=ρvg，其中大写的G可记作“大鸡”，ρ像P字母，V谐音“喂”，g可记作“小鸡”。因此，公式谐音记忆为：大鸡（G）等着（=）放屁（ρ）喂（v）小鸡（g）。
二力平衡的条件，二力平衡应满足“一物二力同直线，大小方向等相同。”其中指二力作用在同一物体上，这是最容易忽视的，因此二力平衡的条件也可记为：要想吃两个等大的梨（力），可在同屋（物）内同一直线的相反方向去找。这里包含了“同物”“等大”“同线”“反向”四个方面的含义。
二、巧妙理解“蒸发、吸热和致冷”
在物理中，蒸发、吸热和致冷等现象与我们的生活实际联系十分紧密，但是其形成原因却有点难于理解，对于这样抽象的问题，学生往往理解不了。液体在沸腾过程中吸收热量但温度保持不变，而蒸发是吸热却有致冷作用，两种气化方式的不同怎样理解？而且蒸发时吸收热量，为何温度又降低？这些内容往往困惑着学生，是学生学习时的一大难点。
液体蒸发时吸热，即使在常温下也可以进行，但又不像沸腾、熔解有明显的供热源。蒸发只能从周围物体和未蒸发的液体中吸收热量，这样，未蒸发的液体因放热而温度降低。确切地说，吸热的液体是液体中已蒸发的那部分，而放热降温的却是未蒸发的液体和周围其他物体。
三、巧记欧姆定律
欧姆定律是物理应用较多的一个定律，准确把握好欧姆定律有利于学生对电学的理解和把握。首先来看一下欧姆定律的因果关系。有人根据欧姆定律I=■的两个变形公式U=IR和R=■，得出“电压与电流强度成正比”“电阻与电流强度成反比”的结论，这是混淆了自变量和函数的因果关系。
电压是电源提供的，其大小由电源及电路结构决定。电阻是由导体的材料、几何形状（长度、横截面积）决定。它们都不随电流强度的变化而变化。恰恰相反，电流的大小是由电压和电阻决定的。这里，电压、电阻的变化关系是“原因”，电流的变化是“结（下转59页）（上接57页）果”，因果关系不可倒置。
假设有人说：“这人长得真像他的儿子，一模一样。”听众一定感到非常可笑。虽然这话反映了两个人相像的事实，但却颠倒了因故关系。只能说儿子像爸爸，不能说爸爸像儿子。用我们方言说就是儿子随爸爸而不是爸爸随儿子。同理，是函数随自变量变化，而不是自变量随函数变化。
巧记欧姆定律：欧姆定律I=■可记作，我（I）有（U）儿（R）子。I是英语的我，U谐音有，R谐音儿。
U=IR可记作，有（U）爱（I）就有儿（R）。
R=■可记作，儿（R）有（U）爱（I）。
四、巧记凸透镜呈像规律
凸透镜对光线的作用可记作：平行必过焦，过焦必平行。
凸透镜呈像规律可记作：一焦分虚实、二焦分大小，虚像正来实像倒；（虚像是正立的，实像是倒立的）虚像同侧实像异，（成虚像时，像和物在透镜的同一侧，成实像时，像和物在透镜的两侧。）物近像远像变大；（物体距离凸透镜越近，即物近；像距离凸透镜就越远即：像远；所成的像会变大。）物远像近像变小。
一、初中物理电路计算题的类型分析
在初中物理的教学内容当中，我们可以看出初中物理电学在整体物理内容中所占比重极大，这也导致了其计算种类和题型的复杂多变。而且再加上学生第一次接触物理电学，令学生很难对其特点完全了解，从而导致学生在解题时无法做到活学活用。而且在解题中，由于学生对欧姆定律的了解不透彻，常常忽略其重要的“同一性”和“同时性”，最终导致解题失败。
因此针对这一情况，我们可以对复杂的电学问题根据其电路特点进行分类，从而对其进行有针对性的解答。由于每个电路的特点不同，我们可以根据其串联或并联的特性，将其分为“最简单的只有一个用电器的电路”、“由两个用电器串联得到的串联电路”、“由两个用电器并联得到的并联电路”、“由滑动变阻器组成的可变电路”、“由开关来进行电路变化控制的电路”这五种类型的电路计算问题。
二、初中物理电路计算题例题解析
（一）两个用电器的串联电路计算解析
例：将一直电阻R1与R2串联在电压U=12V的电源上，R1=20Ω，R2=40Ω。求：①电路总电阻R总；②电路电流I；③R1两端的电压；④R2的电功率。
解析：先根据已知条件求出电路总电阻，再利用总电阻和总电压，根据欧姆定律 求出电路电流I，再然后通过欧姆定律和串联电阻“分压不分流”的定律，求出R1两端电压，最后根据电功率公式P=I2R，求出电功率。
针对这类问题，首先我们要进行细致的审题，通过题目的第一句话，我们可以根据电阻串联的信息想到“串联电路分压不分流”这一定律，从而列出“I总=I1=I2”、“R总=R1+R2”的相关电路信息。然后针对第一个问题，直接将R1、R2的数值带入公式求出R总，即：R总=R1+R2=20Ω+40Ω=60Ω。
然后针对第二个问题，我们可以根据欧姆定律“I=U/R”带入数值，求出电路的总电流I总，即：I=U/R总=12V/60Ω=0.2A。
而根据审题时对已知串联电路的特点分析，我们知道“I总=I1=I2”，所以我们可以得出I1=0.2A，然后我们再根据欧姆定律“U=IR”求出R1两端的电压，即U1=I1*R1=0.2A*20Ω=4V。
最后进行第四个问题的解答，我们首先需要列出电功率的计算公式“P=I2R”，根据串联电路的特点“I总=I1=I2”，我们可以得到I2=0.2A，而R2已知，带入数值便可以求出R2的电功率，即P2=I2R2=0.22A*40Ω=1.6W。
（二）两个用电器的并联电路计算解析
例：如图所示，将R1、R2并联在电路中，R1=10Ω，R2=20Ω，闭合开关后，电流表显示I1=2.4A，求电路的总电流。
解析：想要解决此题，必须利用“并联电路分流不分压”的特点，先求出R1两端的电压，然后再根绝U1=U2求出R2的电流，从而求出此电路的总电流。
针对本体进行审题，首先从第一句话中，我们可以根据并联电路的关系“并联电路分流不分压”得出电路电压关系“U总=U1=U2”以及电流关系“I总=I1+I2”。然后再对问题进行分析，发现我们所要求的最终答案为I总。
而想要求出I总，我们就必须求出I2。根据欧姆定律“I=U/R”，我们可以发现R2的电压U2仍然是未知条件。然后我们对电压进行分析，可以从已知的条件中，发现R1与I1是已知的，这样我们就能得出U1。这时，我们审题时分析的电压关系“U总=U1=U2”就起到了关键的作用。
答：U2=U1=I1*R1=2.4A*10Ω=24V，I2=U2/R2=24V/20Ω=1.2A，I总=I1+I2=2.4A+1.2A=3.6A。
（三）滑动变阻器的可变电路计算解析
例：如图所示，电源电压恒定不变，R1为定值电阻，阻值为10Ω，R2为滑动变阻器。闭合开关后，将P移动至b点时，电流表显示为1A，当P移动至中点时，电流表显示为1.5A。求：①电源电压；②R2的最大阻值。
解析：根据已知的两次电流表显示数值，以及定值电阻和滑动变阻器当时相对应的阻值，可以确定求出电源的总电压15V，然后根据电源的总电压及电路总电流，求出最后的滑动变阻器最大阻值为20Ω。
（四）由开关控制的可变电路计算解析
在初中物理的电学习题中，还会经常遇到这样一类问题：某个开关闭合或断开引起阻值变化，然后判断电路的电流、各电阻两端的电压以及电功率发生变化。例如：当开关S由闭合到断开时，电流表示数有什么变化？电压表示数有什么变化？电压表和电流表的示数的比值有什么变化？
解决方法：首先弄清电路的串并联关系，然后根据电压、电阻、电流间的变化关系，在寻找变量的同时，要注意哪些是不变的物理量，便可以顺利解决问题。局部电阻的变化整个电路的电阻的变化总电流的变化其他量的变化。当把开关S闭合时，灯泡L被短路，只有R工作，电压表测量电阻两端的电压，电流表测量电路中的电流；开关断开时，灯泡L与电阻R串联，电压表测量电阻R两端的电压，电流表测量电路中的电流；根据串联电路的电阻特点可知开关S由闭合到断开时电路总电阻的变化，根据欧姆定律可知电路中电流的变化，再根据欧姆定律判断电压表与电流表示数比值的变化.
在“闭合电路欧姆定律”一节教学的导课中，我凭借上节课学习的电源及其特性等知识，运用演示实验，并在演示实验的前后以及过程中揭示矛盾、提出疑问，以激发学生思维的积极性，诱发学生的创造性思维。
1.如何方便地测定电源的电动势？
演示：用伏特表按图（1）电路直接测电源的电动势，测得伏特表示数为2.9伏。
2.若电路中加接电阻R，闭合开关S，观察此时伏特表的读数。
演示：按图（2）电路，测得伏特表的示数为2.1伏。
此时教师及时把握实验造成的认识冲突进行设问：此时电源电动势变化了吗？为何第二次伏特表示数变小了呢？你能知道此时电源的内电压是多大吗？
通过上述的问题情境，使学生的思维进入专注的学习状态，随之，通过学生的思维，有利于理解E=U外+U内的关系式以及伏特表测量的物理意义，为闭合电路欧姆定律的教学埋下了伏笔。
3.若上述电路中再串联一个安培表（图3），当电阻R发生变化时，伏特表和安培表的示数将如何变化？
先让学生进行猜想，后演示，并运用欧姆定律I=U/R进行分析。猜想与实验结论形成了矛盾，使学生的认知再次发生了冲突。接着，在教师的引导下，让学生在矛盾的思索中，以直观的形象进入理性的顿悟，从而得出某部分电路R的变化对电路的影响，只用某部分电路的欧姆定律来分析已不适用，因而必须对整个电路进行认识把握。教师由此把握契机，导出本堂课的研究课题。
接着，我通过设计以下教学程序，让学生主动参与探索规律的活动，使之身临其境，再现了当年科学家研究的思维方法和发现的过程。
1.鼓励学生进行大胆猜想。
设问：闭合电路中的电流强度可能与哪些因素有关？
教师可启发学生在欧姆定律中决定电流强度I的有关要素，从而通过思维方法的迁移、猜想得到：I与R、与E、与r、等因素有关。
2.引导学生设计实验验证上述猜想。
设问：你能用什么方法验证上述猜想呢？（教师提示：物理学中最有说服力的武器――科学实验。）
设问：那么多变量之间的关系又如何处理？（教师启发学生：探索牛顿第二定律时对那么多变量问题的处理――控制变量的方法。）
3.实验的具体设计及演示验证。
通过逐个控制变量的方法，讨论、设计并演示如下实验：
（1）用手摇直流发电机M作电源（图4）。通过改变转速来改变电动势的大小。（当R、r一定时，I与E关系？）
（2）选用可调电源（图5），改变外电阻R，观察安培表示数变化。（当E、r一定时，I与R的关系？）
（3）选用可调电源（图6），改变电源内阻，观察安培表示数变化。（当E、R一定时，I与r的关系？）
通过上述教学程序，学生的思维实现了从猜想到实验性验证的探索过程。
4.引导学生根据已有知识进行科学推理，使之由定性升华到定量。
设问：由E=U外+U内能得出I与上述各量的定量关系吗？
对于外电路U外=IR，那么内电路U内=Ir亦成立吗？
再次引导学生运用实验手段验证。如图（6）所示，用探针接伏特表，可测得内电压，安培表可测得内电路的电流。通过改变R，测得伏特表和安培表的示数如下：
分析上表所得的数据，观察得到U内/I=定值，得出欧姆定律也同样适用于内电路，即U内=Ir。由此，学生可推导出：E=IR+Ir。讨论I的决定因素，将公式变换得I=E/（R+r），即闭合电路欧姆定律的数学表达式。
对闭合电路欧姆定律进行剖析、运用时，好让学生思考、观察、分析、讨论，增强课堂思维量，加深对规律的进一步理解，我通过设计以下问题的思维阶梯来拓展思维层次：
设问：1.请大家运用此规律解释前面导课中、的示数如何变化？
2.当外电路处于断路状态时，=E，为什么？
3.若电源两端连接一根导线（即电路处于短路状态），I=？短路状态有何危害？（学生思考后，教师演示短路状态时保险丝熔断实验。）
4.请大家根据U=E-I r关系式，画出U-I函数图线，并说明物理意义。
5.先通过实验演示，然后提出问题。
如图（7）电路，已知电阻R1=5Ω，当S闭合时，读出的读数（I1=0.35A），据此数据能否求电源的E和r？
（2）如何想法求得？（提示：若再给一只R2 =10Ω的电阻，行吗？）演示实验并测得的示数（I2 =0.22A），请学生列式求得（E=3V，r=3.5Ω）。
然后小结，此题告诉了我们一种测量E、r的重要方法，即课本中例题解决的问题，并进一步设问（留给学生课外思考）：
①若把改成一只，如何设计实验测量E、r？
②若只给一只和一只及一只可变电阻，又如何设计实验测量E、r？
6.先给实物电路，让学生运用规律计算求解，后让学生观察实验，在发生认知冲突中，使学生自悟自解，深化思维层次。
（1）图（8）电路中，若把电阻R换成一只内阻为1.5Ω的电动机，当闭合开关S，的示数多大？（请学生求解。）
（2）演示实验：闭合S，让学生观察电动机转动以及电动机不转动，两种情况下的示数。
关键词：探究性实验教学； 闭合电路欧姆定律； 模拟实验； 学生实验
中图分类号：G642.0 文献标识码：A文章编号：1006-3315（2014）05-155-002
在科学技术快速发展的今天，实施以创新精神和实践能力为重点的素质教育，重要的着眼点是转变学生的学习习惯和学习方式。大多数民考民预科生模仿性学习心理是构成接受知识的主要因素。这种依赖性强，靠模仿去接受知识的习惯，是一种较为简单的学习心理，民考民预科生普遍认为物理难学。究其原因难在学生各方面能力与预科物理学习要求的差距大。预科阶段，乃至大学阶段，要求自主学习物理。不同于自学，它是指学生在教师的指导下，以学生自己的体验、参与和探究为主，从自身社会生活实践中获取物理知识，并创造性地解决生活中的问题的一种学习方法。怎样才能把课堂教学与探究性学习、发现性学习和自主性学习相结合？在大力倡导探究性实验教学的今天，迫切需要大量优秀的、具有创新性的探究实验来丰富我们的课堂教学。为此，我们立足民考民预科生学习特点，对探究式实验教学作一些有益的尝试，希望能够引领学生较为深入地学习物理的相关理论、方法、技能;提高学生的科学素养，激发学生实验探究的兴趣；增强学生的创新意识；培养学生实事求是，严谨认真的科学态度；养成交流与合作的良好习惯；发展学生的实践能力。本文就《闭合电路欧姆定律》一节做探究性实验教学设计。
一、教材和教学对象分析
闭合电路的欧姆定律主要分为电动势和闭合电路的欧姆定律两部分。电动势的概念是闭合电路欧姆定律的关键和基础。其基本内容有两个方面：电源电动势由电源本身性质决定的，它表征了电源将其他形式的能转化成电能本领的大小。电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压，在闭合电路里电源电动势等于内外电压之和。本节难点是路端电压和外电阻之间的关系。学生通过多媒体的仿真实验记录数据，导出规律，使学生有感性的认识，课后让学生进入实验室，在做好仿真实验的前提下，进行实验，验证结论，减少盲目性。
二、教学目标
1.知识目标
理解电动势的定义。理解闭合电路欧姆定律及其公式，并能熟练地用来解决有关的电路问题。理解路端电压随电流（或外电阻）关系的公式表达和图象表达，并能用来分析、计算有关问题。知道闭合电路中能量的转化。
2.能力目标
通过路端电压与外电阻的关系实验探究，培养学生利用“实验研究，得出结论”的科学思路和方法。研究路端电压与电流的关系公式、图象及图象的物理意义，培养学生应用数学工具解决物理学问题的能力，培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
3.情感态度与价值观
通过多媒体仿真探究实验和课后的学生探究实验，激发学生求知欲和学习兴趣，享受成功的乐趣，体会物理学研究的科学性。通过分析路端电压与电流（外电阻）的关系，培养学生严谨的科学态度，感受物理之美。通过学生之间的讨论、交流与协作探究，培养团队合作精神。
三、教学重点
闭合电路欧姆定律。路端电压与电流（外电阻）关系的公式表示及图象表示。
四、教学难点
电动势的概念。路端电压与电流（外电阻）关系。
五、教学思路
《闭合电路欧姆定律》是学生感到较为难以理解的知识点，电动势的物理意义的理解是掌握闭合电路欧姆定律的关键和基础。首先让学生课前感受生活中的一些电源，初步明确电源是将其他形式的能转化成电能的装置，让学生自己用电压表测量不同类型的电源两极间的电压，为引入电动势的概念作铺垫。再让学生在电脑上进行仿真实验，学生通过连接不同的开关，改变外电阻阻值，内电阻阻值，记录电流、电压，分析数据，探究路端电压与外电阻（电流）的关系，得出路端电压与外电阻（电流）的关系。然后在课堂仿真实验的基础上进入实验室实验。避免了盲目性，引发学生学习的兴趣，再进行讨论，解释现象原因。讲授闭合电路中的功率，进一步从能量的转化角度说明电源是将其他形式的能转化成电能的装置。最后，利用两道例题来应用闭合电路欧姆定律，并适当地延伸拓展，通过课外思考题，使学生对电动势的概念有更深刻的理解。
六、教学方法：探究性实验教学法、多媒体仿真实验探究，实验室验证、实验分析、讨论等方法
（一）电源。展示不同型号、种类电池、手摇发电机，对小灯泡供电。电源不同，结构不同，但有相同的规律。演示：1用小灯泡点触干电池，点触蓄电池，小灯泡发光。2将小灯泡与手机电池相接，小灯泡发光。3手摇发电机，同样能够使小灯泡发光。学生得出结论：干电池、蓄电池是将化学能转化成电能；手摇发电机是将机械能转化成电能。
（二）电源的电动势：模拟实验，介绍电路图（如图1），介绍实验仪器。得出内、外电路，内、外电压的概念，指出电源内部有电阻。看电池内部（如图2)，电荷定向移动形成电流,电荷电势能减小.从能量转化的角度初步理解电动势的物理意义。观察仿真实验：电场中两点间电势差在数值上等于什么？利用计算机课件进行模拟实验(如图3)【模拟实验一】：不闭合S2、S3，只闭合S1，观察V1的大小。问题思考：（1）闭合开关S1后，此时伏特表V1测得的电压?（2）此时外电阻多大？学生回答:电动势越大，电源把其他形式的能转化成电能的本领越强。学生模拟实验，分析得出（1）伏特表测电源电动势；（2）外电路电阻无穷大。E在数值上等于外电路断开时电源两端点压。
图1 图2图3
关键词：技校 电工基础课 教学改革 抽象枯燥 直观化
技校电工基础课程教学打破旧的教学观念，改革创新以学生为主体的教学模式，把抽象枯燥的理论知识直观化是对技校电工基础实施教学改革的指导思想。探索新的教学方法，让学生真正掌握所学的知识，培养成合格的技术工人才是改革的目的。
一、电工基础课程教学的现状及弊端
电工基础课是电工专业学生的一门专业基础课，这门课程的理论性很强，而且相对来说有些抽象。对于刚刚接触电工理论的中技学生而言，如何将难懂的，看不见摸不着的知识讲得通俗易懂，激发学生的兴趣，一直是教师颇费脑筋的问题。
现在，电工基础课程有些概念过于抽象，学生不容易理解。万事开头难，只有头开好了，学生觉得好学、好玩，才会慢慢喜欢这门课程，故课本上有些概念没必要说得那么专业。毕竟，中技学生主要是以实习为主不是搞研究，对于理论课的内容，只要学生按照自己的思维方式把它消化吸收就可以了。
二、电工基础课程教学方法改革的几种设想
笔者以第一章《电路的基本知识和基本定律》内容谈谈教学改革问题。
1.关于§1-2电流
电流这个概念，课本上是这样说的，“电荷的定向流动称为电流”。课本上的这一定义毫无问题，但是，电荷是微观的东西，说一根导线通电有电荷定向流动形成电流，肉眼是看不见的。如何使抽象的电荷形象化，加深学生对电流概念的理解呢？我们通过实际电工教学摸索，认为这一章中的多数概念用水来做比喻很恰当，能让学生比较容易地接受电流概念。当然，虽然以水为例讲解电的概念，在道理上有相通的地方，但本质上不同，这一点还应该向学生说明。教师可以对学生解释说：水流的形成是水（分子）的定向流动，同理，电流的形成是电荷的定向流动，这样，用水做对比，学生马上就明白了。之后，趁热打铁，再用水流方向来对电流方向进行类推，也就不难了。再有，电流大小，课本上是这样定义的“一定时间内通过导体横截面的电荷量的多少”。对于“一定时间”和“导体横截面”学生都能理解，因为不抽象，但对于“电荷量”即电量的理解，有点费劲。电量，顾名思义，电荷的数量，但是，它看不见，1库仑电量怎样理解呢？若以水流大小为例，单位时间内通过水管横截面的水量叫水流大小或水流强度。这里，水管比喻为导体，水量比喻为电量，则这样之后，也能加深对电流大小的理解。
2.关于§1-3电压与电位
“电压”的概念，课本上是这样说的，“电场力把单位正电荷从电场中的a点移动到b点所做的功称为两点间的电压”。我们觉得，没必要这样去对学生讲，只需这样去讲，“水压是对水（分子）的压力，而电压是对电荷的压力”就可以了。
对于“电位”概念的理解，课本是这样说的，“如果在电路中任选一点为参考点，那么电路中某点的电位就是该点到参考点之间的电压”。电位这个概念比电压更难理解。 我们仍然以水位为例，通过以水位参考点的不同，某点水位高度值也发生变化，让学生理解电位的概念。比如，若以地面为参考点，a点水位为5米，b点水位为2米，若以地面以上5米为参考点，则a点水位为0米，b点水位为-3米；若以地面以下5米为参考点，则a点水位为10米，b点水位为7米。在这里，由于水位参考点选取的不同，各点水位值也发生了变化，并且有正水位、零水位、负水位。然后向学生说明，电位的概念和水位有相似之处，在电路中，由于参考点选取的不同，各点电位值也发生变化，并且有正电位、零电位、负电位，这样对比，使学生形象地明白了电位的概念。继续趁热打铁，不管水位的参考点如何变化，任意两点比如a、b之间的水位的压力差值是不变的，总是3米，因为参考点是人为选定的，显然参考点不能影响水位的压力差值，进而也形象地说明了电压与电位差的关系即任意两点电（水）压等于两点之间的电（水）位差。
3.关于§1-4电动势
“电动势”，课本上是这样说的，“在电源内部，电源力将单位正电荷从电源负极移动到正极所做的功叫做电源的电动势”。我们是这样给学生解释的，水在自然压力即重力下，由高水位处流向低水位，若想由低水位处流向高水位，必须借助于外力。同理，正电荷在电压的作用下，由高电位流向低电位，若想由低电位流向高电位，必须借助于外力即电源力才能实现，即“电荷”在电源力作用下有从高电位运“动”到低电位的趋“势”简称电动势。这样，学生也好理解一些。
4.关于§1-6欧姆定律
欧姆定律内容如下：对于不含电源电路，当在电阻两端加上电压时，电阻中就有电流流过，流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，与电阻成反比。对于该定律，我们可采用的启发式和对比式方法教学。水流是由于水（分子）的定向流动，那么，为什么水要定向流动，因为受到了压力才定向流动；那么，为什么必须施加压力才能让水定向流动呢，因为水受到了阻力；（最后总结）显然水流大小与水压成正比，而与水受到的阻力成反比。对比，则电流是由于电荷的定向流动，那么，为什么电荷要定向流动，因为受到了压力即电压才定向流动；那么，为什么必须施加电压才能让电荷定向流动呢，因为电荷受到了阻力即电阻；最后总结，显然电流大小与电压成正比，而与电荷受到的阻力即电阻成反比，这就是欧姆定律。这样，一步一步地把欧姆定律明白地讲了出来，学生也很容易接受，之后，再理论联系实际，马上再通过一个实验来验证欧姆定律，最终使学生深入地理解这个重要定律。
5.关于§1-8电功与电功率
关于电功的概念，我们不用采取课本上的推导讲解，可以采取拟人化，即将电荷比喻为人。我们知道，人干活，显然人多，力气大，时间长，干的活多，不妨理解为做功；同理，电荷干活的时候，在电压（力）作用下，电荷运动干活做功，显然电压力（U）越大，电荷越多即I，时间t越长，电荷干活做功越多，从而推出电功W的定义电功多少与电压U、电流I、时间t成正比，即W=UIt。再通过欧姆定律推出W=I2Rt=（U2/R）t，电功概念理解之后，电功率就好理解了，由于人干活的效率与时间成反比。同理，电功率就是电荷干活的效率，故也应与时间成反比，则电功率P=UI=I2R=U2/R。
（1）对于万有引力定律的表达式F=Gm1m2/r2，有同学认为当r0时，F∞。虽然万有引力定律适用于一切物体，但公式F=Gm1m2/r2计算万有引力时，却有一定的适用条件：
严格地说，万有引力定律的公式只适用于计算质点间的相互作用。质点本身就是一个理想化的模型，当两个物体间的距离比物体本身大得多时，可以认为是质点。认为当r0时，F∞的错误原因就在于实际情况中根本不可能出现r=0的情况，也就是说，在r0时，有质量的物体也就不能再看成质点了。
对于万有引力定律的适用还可以有下面两种情况：一是当两物体距离很近时，如果质量都是分布均匀的球体，此时r应是两球体球心间的距离，二者间距离最小也是在它们接触时，r为两球半径之和，而不是0。二是若为一均匀球体与球外一质点的万有引力也可用此公式，式中r是球心到质点的距离，此距离最小是球的半径，也不是0。
（2）对于库仑定律公式：F=KQ1Q1/r2仅适用于真空中（空气中近似成立）的两个点电荷间的相互作用，在理解库仑定律时，常有同学认为：r0时，得出库仑力F∞。
从数学的角度分析，这是正确的结论，但从物理学的角度分析，这一结论是错误的，错误的原因和对万有引力错误认识是类似的，原因在于当r0时，两电荷已经失去了点电荷成立的条件，何况实际电荷都有一定的大小，根本不会出现r=0的情况，也就是说，在r0时电荷已经不能再看成点电荷了，违背了库仑定律的适用条件（真空、点电荷），不能再运用库仑定律计算两电荷间的相互作用了。
（3）对于闭合电路欧姆定律，根据欧姆定律及串、并联电路的性质来分析电路中某一电阻变化而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况，在分析这一动态电路的基本方法中，可以用极限方法。极限法：因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论。
先用两个例题来分析：
例1 如右图所示电路中，已知电源电动势E=3V，内电阻r=1Ω，R1=2Ω，滑动变阻器R的阻值可连续增大，求：当R多大时，R1将消耗的功率最大，且为多少？
解析 由P=I2R知，对于R1消耗的功率
P1=I2R1当I最大时，P1最大，要使I最大则由I=E/（r+R1+R）可知应使R=0，当R=0时R1将消耗的功率最大：Pm= R1E2/(r+ R1）2 =2W
例2 分析闭合电路路端电压与电流关系：U=E-Ir ；I=E/（r+R）。（E、r不变）
用极限法来分析是很容易理解的。
如果从数学角度来分析，U与I成一元一次函数关系，很容易得出U与I的图线：
【关键词】Excel电子表格软件、物理教学、图像
在教学中笔者发现借助Excel电子表格软件处理实验数据，我们可以迅速、准确地根据大量数据作出相应地图像，或计算出按某一规律变化的实验数据的结果，从而帮助我们找到蕴涵地规律，改善教学效果。本文根据笔者在《欧姆定律》的课堂教学实际，用实例来说明Excel电子表格软件在物理教学中地具体应用。
欧姆定律一节教学的重点是正确理解欧姆定律及其适应条件；难点是对电阻的定义的理解，对伏安特性曲线的理解。为了使学生更好地理解欧姆定律及线性元件和非线性元件的特点，本节课做好两个演示实验，通过实验探究得到结论，引导学生获得新知。
一、根据实验数据做电阻的U-I图像。
演示实验一如图所示：通过研究电阻R两端电压U电流I变化关系得到R、U、I三者关系。教学当中应用Excel电子表格l软件处理实验数据。引导学生得到实验结论。
操作步骤
1.打开Excel电子表格工作簿，建立下图所示的表格，并将实验数据填写在表格中。
2.在D5单元格中输入=D3/D4，在向右拖动，将会得到七组实验数据中的U/I比值，如上图所示。
3.也可以选中这些数据后用鼠标左键单击窗口"插入"按钮，再选中图表栏，屏幕上会出现"图表向导－4步骤之1－图表类型"对话框。
4.在“图表类型”菜单中选择“XY散点图”，然后点击“下一步”，出现对话框（这时注意在系列中选择X轴的数据和Y轴的数据）继续点击“下一步”。
5、在图表向导－4步骤之2－图表源数据“对话框中点击”下一步“屏幕上会出现”图表向导－4步骤之3－图标选项对话框。在“标题下”的“图标标题”中输入“U-I图像”；在“数值（x）轴”中输入“I/A”在数值（y）轴中输入“U/V”，然后点击“下一步”，再点击“完成”即可。
6.用鼠标右键点击绘图区中的任何一个数据点，出现下拉式菜单，选“添加趋势线”，弹出“添加趋势线”窗口。点击“类型”在菜单中选择“线性”（由于我们这个实验的数据所描绘的点几乎分布在一条直线上，所以应该选择“线性”）；然后点击“确定”。在Excel电子表格图表区中会出现由Excel电子表格根据数据自动作出的“U-I”图像，如下图所示。
二、做电阻R的伏安特性曲线（I-U图像）。
操作步骤
一、滑动变阻器滑片移动引起电路变化
由滑动变阻器滑片的移动引起电路中的总电阻发生改变，进而引起电路中电流的变化或电压的重新分配。在分析电路中各物理量变化时，若题目不加以说明，可以认为电源电压不变，定值电阻阻值不变，导线电阻为零。
1.并联电路中的滑动变阻器
图1例1.（2012・玉林）如图1所示的电路，电源电压为3V且保持不变，滑动变阻器R1标有“1A10Ω”的字样。当滑动变阻器的滑片P在最右端时闭合开关S，通过灯泡L的电流为0.5A，移动滑动变阻器的滑片P，在电路安全工作的情况下，下列说法正确的是（）
A.向左移动滑动变阻器的滑片P时灯泡变亮
B.滑片P在最右端时通过干路中的电流是0.9A
C.R1消耗的电功率范围是1.5～3W
D.电路消耗的总功率范围是2.4～4.5W
解析：从电路图可以看出，滑动变阻器与灯泡并联。由于并联电路中各个支路相互独立，互不影响，且电源电压不变，所以在电路安全工作的情况下，无论怎样移动滑动变阻器的滑片P，都不影响灯泡的工作情况，因此选项A错误。滑动变阻器R1标有“1A10Ω”的含义是：滑动变阻器允许通过的最大电流是1A，它的最大阻值为10Ω。当滑片P在最右端时，滑动变阻器阻值最大为10Ω，由电源电压为3V，根据欧姆定律I=U1R可计算通过它的电流为0.3A。再根据并联电路的电流等于各支路电流之和，可计算出通过干路中的电流是0.8A，因此选项B错误。因为滑动变阻器允许通过的最大电流是1A，它两端的电压为3V，根据P=UI计算R1消耗的最大电功率为3W。根据P=U21R可知，在R1两端电压不变时，电阻越大，它消耗的电功率越小。所以R1消耗的最小电功率为P=U21R=（3V）2110Ω=0.9W，所以R1消耗的电功率范围是0.9～3W，选项C错误。灯泡消耗的功率P=UI=3V×0.5A=1.5W，电路消耗的总功率等于R1与灯泡消耗的功率之和。电路消耗的最小总功率为0.9W+1.5W=2.4W，消耗的最大总功率为3W+1.5W=4.5W，因此D正确。
答案：D
点拨：并联电路中的滑动变阻器变化电路分析：由于电源电压不变，且并联电路中各个支路相互独立，互不影响，所以含定值电阻的支路其物理量都不变，含滑动变阻器的支路电压不变，其他物理量可以按以下思路分析：若滑动变阻器阻值变大（或变小），则支路电阻变大（或变小），根据欧姆定律，该支路电流变小（或变大），所以干路总电流变小（或变大）。
图22.串联电路中的滑动变阻器
例2.（2012・福州）如图2所示电路，灯L标有“3V0.9W”，滑动变阻器R上标有“50Ω1A”的字样，电压表量程为0～3V，则灯L正常工作时的电流为A。若电源电压为4.5V，为了保证电路中各元件安全工作，滑动变阻器允许接入电路的阻值范围是。
解析：灯L标有“3V0.9W”的含义是灯泡的额定电压为3V，额定功率为0.9W，根据公式I=P1U可求灯L正常工作时的电流为0.3A，利用R=U1I进一步能求出灯泡电阻为10Ω。要保证电路中各元件安全工作，综合考虑就是电路中的电流不能超过灯L正常工作时的电流0.3A，滑动变阻器R两端的电压不能超过电压表量程3V。因为L与R串联，当滑动变阻器连入电路的阻值最小时，电路中电流最大为0.3A，此时灯泡两端电压为3V。R的最小阻值可以这样计算：R小=U1I=4.5V-3V10.3A=5Ω。当电压表示数为3V时，滑动变阻器连入电路的阻值最大，此时通过灯泡的电流为I=4.5V-3V110Ω=0.15A，R的最大阻值为R大=3V10.15A=20Ω。
答案：0.35～20Ω
点拨：串联电路中的滑动变阻器变化电路分析：由于电源电压不变，按以下思路分析：若滑动变阻器阻值变大（或变小），则总电阻变大（或变小），根据欧姆定律，电路中的电流变小（或变大），定值电阻两端电压变小（或变大），根据串联电路的电压特点，得出滑动变阻器两端电压变大（或变小）。
二、开关通断引起电路变化
开关的开、闭能改变电路的结构，使电路处于不同的连接状态：可能串联，可能并联，甚至可以有部分电路被短路，这使得电路有许多变化。解题过程中，应首先弄清开关在断开、闭合时电路中各电阻的连接情况，其次画出开关不同状态时的电路等效电路图，然后根据串、并联电路的特点进行相关的计算。
1.开关转换串并联电路
图3例3.（2012・昆明）如图3所示，电源电压恒定，R1=30Ω，R2=60Ω，当开关S3闭合，S1、S2都断开时，电流表的示数为0.1A。（1）求电源电压；（2）当开关S3断开，S1、S2都闭合时，求电流表的示数、电路消耗的总功率和通电一分钟电流对R1所做的功。
解析：试题的开关较多，而且开关的开闭情况复杂，要判断每一情况下电路的连接情况，不妨考虑“擦除法”。
（1）当开关S3闭合，S1、S2都断开时，可以先把S1、S2擦除，得到图4（a）。容易看出R1、R2串联，根据电流表示数及串联电路特点和欧姆定律，很容易计算电源电压电源。电压U=IR=0.1A×（30Ω+60Ω）=9V。
图4（2）当开关S3断开，S1、S2都闭合时，电路的连接情况如图4（b）。此时R1、R2并联，电流表测量的是干路电流，电流表示数I′=I1+I2=U1R1+U1R2=9V130Ω+9V160Ω=0.45A。电路消耗的总功率P=UI=9V×0.45A=4.05W，电流对R1所做的功W=U21R1t=（9V）2130Ω×60s=162J。
答案：（1）9V（2）0.45A4.05W162J
点拨：解决电学问题的关键，首先是要能够准确地辨别电路是串联电路还是并联电路，能够把比较复杂的电路图准确地简化为等效的串、并联电路。其次要会运用串、并联电路的特点及电学的基本规律正确解题。
2.开关造成用电器短路
图5例4.（2012・宿迁）某电饭锅内有R0=44Ω、R=2156Ω的两根电热丝，将它接入电路，如图5。当S分别置于“1”挡和“2”挡时，挡是保温状态；当S接“2”挡时，电路中的电流大小是A，通电100s电路产生的热量是J。
解析：从电路图看出，当S置于“1”挡时，R0和R串联。当S置于“2”挡时，R被短路无电流通过，电路中只有R0。根据P=U21R可知，在电源电压不变的情况下，电路中的电阻越大，电功率越小，单位时间内产生的热量越少，所以“1”挡是保温电路。当S接“2”挡时，电路中的电流可以利用欧姆定律计算，I=U1R0=220V144Ω=5A。电路产生的热量可利用电热公式计算，Q=I2Rt=（5A）2×44Ω×100s=1.1×105J。
答案：151.1×105
点拨：用电器与开关并联时，当开关闭合，用电器就会被短路，使用电器中无电流通过，分析电路时可以把这个用电器直接拆除。
三、电表变化引起电路变化
电路中含有电流表和电压表以后，电路变得更为复杂。解决这类问题的关键是正确认识电表的双重作用。一是指示作用，即电表能指示出电路中的电流或电路两端的电压；二是连接作用，即电路中的电流表自身电阻很小，相当于一根导线。在分析电路时可以把电流表去掉，并用导线替代电流表；电压表电阻很大，相当于断开的开关，在分析电路时可以把电压表直接拆除。注意：千万不能把去掉电压表的地方用导线连起来。
例5.（2012・沈阳）如图6所示电路，电源电压为6V，灯泡L标有“6V2W”的字样，设灯泡灯丝电阻不变。
图6（1）若表a为电流表、表b为电压表，当S闭合时，电流表的示数为1A，求电阻R的阻值。
（2）若表a、表b均为电压表，闭合开关S，求灯泡L的功率及通电4min消耗的电能。
图7解析：（1）首先简化电路。因为表a为电流表，相当于一根导线；表b为电压表，相当于断开的开关，在分析电路时可以把电压表直接拆除。处理后的电路如图7甲所示，此时灯泡L因与导线并联被短路，而无电流通过，又可以直接拆除，电路进一步简化为图7乙所示，容易看出电路中只有一个用电器R。根据电流表示数和电源电压，结合欧姆定律容易求出电阻R的阻值。
（2）表a、表b均为电压表时，可以把电压表直接拆除，得到图7丙所示，此时灯泡L与电阻器R串联。这一问中，根据灯泡铭牌数据求出其电阻是解题的关键。
答案：（1）当a为电流表、b为电压表时L被短路，只有R连入电路
R=U1I=6V11A=6Ω
（2）当a、b均为电压表时，L与R串联
RL=U2额1P额=（6V）212W=18Ω
I=U1R总=U1RL+R=6V118Ω+6Ω=0.25A
P=I2RL=（0.25A）2×18Ω=1.125W
W=Pt=1.125W×240s=270J
点拨：用电器的铭牌上提供的数据主要有额定电压和额定功率，这两个量在计算中非常重要。（1）正常工作时的电流：I额=P额1U额；（2）电路中，我们一般认为用电器在不同电压下工作时的电阻不变，因此电阻是计算中的“桥梁”，非常有用。用电器的电阻能通过额定电压和额定功率计算出来：由P额=U2额1R得R=U2额1P额。（3）如果知道实际电压，可以利用比例求出实际功率：P实1P额=U2实1U2额。
四、传感器引起电路变化
传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按一定规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。即传感器能将被测信号量的微小变化转换成电信号的变化。
例6.（2012・德州）为防止酒驾事故的出现，酒精测试仪被广泛应用。有一种由酒精气体传感器制成的呼气酒精测试仪，当接触到的酒精气体浓度增加时，其电阻值降低，如图8甲所示。当酒精气体的浓度为0时，R1的电阻为60Ω。在图8乙所示的工作电路中，电源电压恒为8V，定值电阻R2=20Ω。求：
（1）当被检测者的酒精气体的浓度为0时，电压的示数是多少；
（2）现在国际公认的酒驾标准是0.2mg/ml≤酒精气体浓度≤0.8mg/ml，当电流表的示数为0.2A时，试通过计算判断被检测者是否酒驾。
图8解析：（1）由题目中的已知条件，当被检测者的酒精气体的浓度为0时，R1的电阻为60Ω。电路图中两电阻串联，电压表测量的是R1的电压。根据串联电路中电压的分配规律或欧姆定律容易求出电压表示数。
（2）当电流表的示数为0.2A时，根据欧姆定律容易求出串联电路的总电阻，进一步算出R1的电阻，结合甲图可判断对应的酒精气体浓度，进而判断被检测者是否酒驾。
答案：（1）当被检测者的酒精气体的浓度为0时，R1的电阻为60Ω。
I=U1R=8V160Ω+20Ω=0.1A
U1=IR1=0.1A×60Ω=6V
（2）当电流表的示数为0.2A时
R1=U1I-R2=8V10.2A-20Ω=20Ω
由图8甲可知，被检测者的酒精气体浓度为0.3mg/ml。
0.2mg/ml
【关键词】控制变量法；欧姆定律
物理是一门理论性和实用性都很强的学科，在实际生活中有着广泛应用。初中物理是学习物理的入门阶段，以基础知识为主，但由于学生很少接触，学习中还是存在有一定的难度。如何使用正确的教学方法只得深思考虑。实验是物理中的重要组成部分，多数原理都是通过假设、实验获得的，控制变量法是其中较为常用的一种，具有重大意义。
1 控制变量法
1.1定义
事物之间都是互相联系的，没有独立存在的事物，在研究自然界的对象时，往往受到其他很多因素影响，加大了研究困难。物理学上同样如此，在研究多变量问题时，为方便研究，常通过控制变量的途径，将多个变量转换成单个变量，进而只需改变一个变量，研究其所产生的影响。再对所有变量逐一研究，最后综合解决，此过程便是控制变量法。该方法具有较高的科学性，在实验探索中应用较广。
1.2特征
在物理学中，有多种实验方法，与其他方法不同的是，控制变量法必须是至少两个因素对某一物理量产生影响。为准确地研究出各个因素之间的规律，常采用控制变量法。如流经导体的电流，与两端电压和电阻都有关联，为做进一步研究，需将实验分为两部分。研究电压与电流的关系时，应控制电阻保持不变；而研究电阻和电流的关系时，应保持电压不变。
1.3体现
在刚接触物理时，控制变量法就有所体现。如声学一章，声音在空气和真空中的传播情况有所不同，为研究二者区别，往往选择真空罩中的闹铃实验。在实验中，闹铃及其位置，以及研究人员与闹铃的距离都是被控因素，最终得出：声音只在空气中传播，在真空中不能传播。除此外，在声音的响度和音调、力与运动、欧姆定律等实验中，都会用到控制变量法。
2 控制变量法的关键
物理学科具有一定的复杂性，经常一个因素受很多物理量影响。此时，经常采用的方法是：先提出问题，再提出假设和猜想，然后进行实验，分析论证后得出最终结论。控制变量法是验证猜想过程中的常用方法，其关键在于人为地控制一个或几个因素保持不变，一次只研究一个物理量变化时的现象。如研究电阻和横截面积之间的关系时，可准备一根铜线，和一根镍铬合金线，依次将其串入接有小灯泡和电流表的电路中，观察灯泡的变化，并记录电流表读数的变化。显然，如此并不能得到电阻和横截面积之间的直接关系，因为它们的材料和长度都不同。所以，在研究电阻和横截面积之间的关系时，应控制材料和长度不变。而研究电阻与其他两个因素之间的关系时，同样如此。
3 控制变量法在初中物理教学中的应用
3.1欧姆定律中的控制变量法应用
3.1.1研究电流与电阻的关系。此时应控制导体两端的电压U为固定值，通过改变电阻R，观察电流的变化。使用统一电源，可在电压不变的基础上，实现电阻的变化，进而直接观察电流的变化，得出结论。但实验中若使用干电池，电池自身带有电阻，致使电阻变化时，电压也会随之变动，影响到实验的准确性。在变换阻值的过程中，若滑动变阻器的滑片保持不动，电压就会有所变化，也就无法准确的测出影响电流的因素了。面对这一问题，教师应令学生实时观察电压表的读数，保持其处于不变的状态。
3.1.2研究电压与电流的关系。此时应保持电阻值不变，通过对电压U的改变，观察电流I的变化。首先可直接改变电源两端的电压，使得导体电压随之而变，然后进行研究。或通过调动滑动变阻器改变导体电压，电阻器的作用主要就是实现定值电压的改变。
3.2研究位移与时间、速度的关系
S=vt，S为位移，v为速度，t为时间。可采用变量控制法，如在小球匀速滚动一段时间后，再看其位移。为做进一步研究，可对相同时间内不同速度滚动的位移加以对比。如小球先以5m/s的速度滚动了10秒，又以10m/s的速度滚动了10s。则第一次在10s内共滚动了50m，第二次则在相同时间内滚动了100m。可发现，当速度提升一倍后，位移也增加了一倍。即可得出，位移和速度成正比。在此实验过程中，时间和速度都是变量，而采用控制变量法，将时间控制保持不变，先研究位移与速度的关系。接下来便可控制速度不变，用同样的方法研究位移与时间的关联。
4 结束语
初中物理有很多公式，在记忆时容易混淆，因此需通过观察实验进行理解记忆。作为物理实验中常用的方法之一，控制变量法发挥着重要作用。该方法将众多复杂的因素简单化，逐一对每个因素进行研究，最终综合分析得出结果。此方法较为科学，将复杂简单化，因而有很多应用，在初中物理教学中值得引进。
参考文献：
[1]卢东文.初中物理电学中控制变量法的应用分析[J].神州，2013，22（7）：159-161