闭合电路欧姆定律演示实验的探究

贾学成

在高中物理学中，当学到闭合电路欧姆定律时，对学生来说会有各种各样的困难。例如对电动势的概念往往处于模糊的状态，分不清内压和路端电压分别是指哪两点间的电压。如果這些问题弄不清楚，虽能通过记忆公式来计算各种题目，实质上却没有真正掌握闭合电路欧姆定律。现特地设计了实验装置，想通过对闭合电路欧姆定律演示实验的探究，把上述问题讲清楚。通过可调内阻电池可研究闭合电路欧姆定律。用配套电表测定电池的电动势和内阻，还可研究电源的输出功率等。该实验器的创新在于将可调内阻电池与其他的配套原件一体化，电压表采用数字电压表读数快捷准确，实验操作方便。

【演示一】路端电压的测量：闭合K1，将双刀双掷开关放在1处，数字电压表的读数即为路端电压，改变变阻器R的阻值以增大干路中的电流，实验发现路端电压随电流的变大而减小。

【演示二】内电压的测量：闭合K1，将双刀双掷开关放在2处，数字电压表的读数即为内电压。

【演示三】电动势的测量，断开K1，将双刀双掷开关放在1处，数字电压表的读数即为电动势。

【演示四】接通K1，调节外电路的电阻R，改变干路中的电流强度I，记录内压和路端电压U。

实验数据：

实验发现：当外电路的电阻R增大，干路中的电流I减少时，内压U′减小，路断电压U增大，但两者之和U′+U为一恒量，且在数值上等于电源电动势E。

【演示五】接通外电路，保持外电路电阻R不变，把通道中的闸板上下移动（即改变内阻r），记录内压和路端电压U。

实验数据：

实验发现：内阻r增大，干路中电流I减小时，路端电压U减小，内压U′增加，且两者之和U′+U亦为一恒量，在数值上等于电源电动势E。

通过实验得到电源电动势与内、外电路上的电压U、U′的关系：

E=U′+U

=IR+Ir

∴I=E/（R+r）

即得到闭合电路的欧姆定律。在闭合电路中的电流强度与电源的电动势成正比，与内、外电路中的电阻之和成反比。

？誗编辑 杨兆东