欧姆定律

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在任何一段电路两端加上电压,就会产生电流,电流流过电路时不可避免地会遇到电阻。欧姆定律确定了一段电路中电压、电流和电阻这三个电学量之间的关系。下面通过简单的实验验证欧姆定律所阐述的主要内容。

一、实验器材

1.长10cm、宽10cm、厚度1.5~2mm的胶木板(也可用三合板、塑料板)一块。

2. 2.5V手电筒用小灯泡2只。

3. 5号电池两节,电池夹1个。

4.直径3mm、长12mm的螺钉9只,直径3mm、长10mm的平头螺钉2只,螺母21个。

5.长10cm、宽1cm、厚约0.5mm的马口铁两条(可用罐头盒或易拉罐剪成)。

6.连接导线:单股铜芯塑料线(线芯直径0.3~0.5mm)约1m;细多股塑料软线(塑料线外径1.5mm左右)约10cm。

二、实验板制作

1.按图1剪好马口铁条2条,并按图示位置打两个直径3mm的小孔。

图1
图1 🔍原图 (353×221)

2.按图2(a)剪好2块马口铁条,对折成图2(b),并照图示位置打1个3mm的小孔,再照图2(c)所示形状把图2(b)的铁片弯好。

图2
图2 🔍原图 (779×245)

3.照图3所示尺寸,在实验板上打出11个直径3mm的小孔。

图3
图3 🔍原图 (519×406)

4.参照图4,用剪好的图1和图2(c)所示的金属片把2个小灯泡用3×12的螺栓固定好。固定小灯泡时,一定要使小灯泡的锡珠电极与图2(c)所示的金属片接触良好。

图4
图4 🔍原图 (746×434)

5.用 2个3×10平头螺钉把电池夹固定在电路板上。将3V的正、负极引出线分别压紧在D4、D5两个螺钉上。然后,用10cm长的细多股塑料软线两头剥出铜芯,一头缠在两节电池正、负极连接的极板上(图4中G点),另一头用螺母压紧在D6螺钉上。至此,实验板制作完成。

三、实验操作

〔实验1〕电流(I)和电压(U)的关系

(1)按图5(a)在实验板上接好电路,如图6所示。此时,小灯泡只接上一节电池,记下它的发光亮度。

图5
图5 🔍原图 (417×190)
图6
图6 🔍原图 (740×401)

(2)按图5(b)在实验板上接好电路,如图7所示。此时,小灯泡接上两节电池,再记下它发光亮度。

图7
图7 🔍原图 (705×379)

实验结论:通过以上两次实验读者可以直观地看到,同一个小灯泡,接上一节干电池时,发光较暗;接上两节干电池时,发光较亮。说明在同一电阻两端,外加电压越高,流过电阻的电流越大。也就是说,在电阻不变时,流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。

〔实验2〕电流(I)与电阻(R)的关系

(1)按图8(a)在实验板上接好电路,仍如图7所示。此时,两节干电池接在一只小灯泡上,记下它的发光亮度。

图8
图8 🔍原图 (475×208)

(2)按图8(b)在实验板上接好电路,如图9所示。此时两节干电池接在两只串联小灯泡上,再记下它们发光亮度。

图9
图9 🔍原图 (665×333)

实验结论:通过以上两次实验,读者可以直观地看到,电源电压不变,连接一只小灯泡发光较亮,连接两只串联的小灯泡,发光效暗。说明在同样电压作用下,电阻越小,电流越大。也就是说,在电压不变时,电流与电阻成反比。

四、什么是欧姆定律

把实验1和实验2的结论综合起来,大家不难总结出以下的规律:电路中的电流与加在电路两端的电压成正比,与电路中的电阻成反比。用简单的数学式于表示,可以写成:

电流(I)=\(\frac{电压(U)}{电阻(R)}\)

这就是电学的基本定律——欧姆定律。(沈长生)