欧姆定律不适用于非纯电阻电路浅析

汪瑾

【摘要】欧姆定律不适用于电动机这个非纯电阻电路，中学生不能理解。因些，在有关电动机的试题的计算总是出错。究其原因，就是我们的同学根本没有搞清楚物理这门学科的牲特征。物理学是一门实验科学，一定要遵从实验事实，从实验中记录数据，从实险数据中总结结论，不要盲从地用逻辑推理的方法来总结规律。我国的物理教学很少做实验，学生的逻辑推理能力很强。一旦看到电路中有电流、电压、电阻，就从逻辑思维的角度出发，觉得这三者应符合欧姆定律。其实，这是不符合“事实”的。

【关键词】物理学的学科特征；纯电阻电路；非纯电阻电路；欧姆定律；电热；效率

有这样一道物理题：一台小型直流电动机，工作时电动机两端的电压是 ，线圈的电阻是 ，正常工作时通过线圈的电流是 ，电动机工作1小时，试求

（1）电动机消耗的电能

（2）电流通过线圈产生的热量

（3）电动机的效率

我的评判是第一种解答是对的。

第二种解答的同学提出了异议，它应该没有错呀，如果错了，那错在何处呢？

我说，你们在求解时，结合了欧姆定律 ，使电能公式由 变成了 和电热公式由 变成了 ，电功率的公式也由 变成了 。学生说，欧姆定律是正确的定理，怎么在这里就不能与电功公式和焦耳定理的公式相接合而推导呢？我们原先学习白炽灯的有关计算时，不都是这么结合而推导的么？再说，我对题目有点不理解，上面已经说电动机线圈的电阻是 ，在它两端加 电压，它工作时，根据欧姆定律，流经线圈的电流怎么会是 呢？

我说，要搞清这个问题，必须先正确理解物理学的学科特征和纯电阻电路的概念。

纯电阻电路，就是电路中只含有电阻元件的电路。从能量转换的角度看，所有消耗的电能全部转化为内能，以热的形式散发，不转化为其它形式的能的电路。例如，电路中只有电烙铁、电熨斗、电烤炉等的电路。白炽灯发光时 的电能都转化成了热能，也可近视地认为含有白炽灯的电路是纯电阻电路。电动机工作时，大部分電能转化成了动能，含有电动机的电路不是纯电阻电路。

欧姆定律只适合纯电阻电路。以前在以白炽灯为例讲解电功的计算时， 结合 ，用 、 和 哪一个公式计算都是正确的。计算电热时，同样用 、 和 哪一个公式计算都是正确的。电动机不行，它不是纯电阻电路。计算它工作时的电功和电热，只能用 和 。它工作时两端的电压、线圈的电阻和线圈中通过的电流只能用仪器测量，这三者此时不符合欧姆定律，不能用测量出的其中的两个量求出第三个量。

物理学是一门实验科学，一定要遵从实验事实，从实验中记录数据，一定要从实险数据中总结结论，不要盲从地用逻辑推理的方法来总结规律。这就是物理学的学科特征。

欧姆通过多年的实验，于1823年总结得出欧姆定律。它的实验都是在纯电阻电路中进行的。他总结出欧姆定律之前，还没有出现电动机。电动机工作时是否符合欧姆定律他也不知道。电动机是1834年德国科学家雅可比发明的。

西方国家开设中学物理课程比我们国家要早将近100年，我们国家在1902年才开始在中学开设物理课程。这是一门从西方引进的学科。基于物理学的学科特征，西方国家在中学讲授物理学时，基本都是在实验室里通过学生动手实验完成。他们在授课时，首先通过演示实验或者直接让学生亲自动手去做，观察并记录实验数据，然后推导出结论。这个推导不是流于形式的，而是每名学生都能自己动手推导，清晰地了解公式的来龙去脉。习题只是巩固性练习，十分简单。欧姆定律只适合纯电阻电路不适合非纯电阻电路，这是实验事实，没有什么不好理解的。

早些年由于我国教育经费投入的不足，中学物理实验仪器配备不到位，没有多少学校有合格的实验室。虽然这几年实验设备配备充足，但我国学生面对的测试体系是只凭最终的试卷考试分数，教育工作的更多的精力放在升学率上。国外的测试体系，就物理学科而言，要考核平时成绩、实验能力成绩和最

后考试成绩，因而国外的学生很看重过程而不太重视结果，不太善于推理。所以以分数为导向的我国的教学需要更注重结果。例如在讲授电动机时，我们中国式的教法仅花一节课演示一下实验，甚至老师只在黑板上“画实验”，学生在座位上“听实验”而不动手实验，却用三节课甚至更长的时间去讲解习题，反复练习，目标是为了让更多的学生能够熟练解题，以便在中考、高考中独占鳌头。解题多了，基本计算能力得到提高，同学们的计算能力和推导能力是全世界领先的，也十分习惯逻辑推导。因此，在计算电动机工作时的电功和电热时，习惯于把 和 结合就不足为奇了。也不难理解学生会问“题目中告诉了线圈两端的电压和电阻，为什么还要告诉线圈中通过的电流呢？”这个问题了，因为学生根本就没有测过电动机工作时它两端的电压、它当中通过的电流和线圈的电阻。我们国家的中学物理教学是违背物理学的学科特征的。国外的学生在这一点上是没有疑惑的。

讲到这里，学生们豁然开朗，都明白了其中的道理。这道题以及类似的题计算起来非常简单，但同学们认为它很难的原因就是由于没有了解物理学这门学科的特征而导致的。