关于此实验
搭建经典的欧姆定律电路：使用一个电池、一个开关、一个串联的电流表，以及一个并联在元件两端的电压表。改变电源电压，记录每组电表读数，并绘制电流-电压图。定值电阻的图像是一条经过原点的直线，而灯丝灯泡的图像是一条曲线，因为它的电阻会随着温度升高而增大。
学习目标
- 将电流表与元件串联，并将电压表与元件并联
- 证明流过定值电阻的电流与其两端的电压成正比
- 使用电表读数，通过 R = V / I 计算电阻
- 解释灯丝灯泡不遵守欧姆定律的原因
使用方法
- 1将定值电阻保持在 20 Ω。将电源设为 0 V，然后按“记录读数”。
- 2每次将电压提高 1 或 2 V，并记录每一步的读数。
- 3将各点与一条经过原点的直线进行比较，然后改变电阻并记录第二组数据。
- 4换成灯丝灯泡，重复测量并比较图线的形状。
模型
假设
- 电池没有内阻，因此开关闭合时，电压表读数为完整的电源电压。
- 电流表的电阻为零，电压表不取电流。
- 定值电阻保持恒温。灯泡曲线是根据一只小型钨丝灯的实验数据拟合得到的。
- 移动的点表示电荷流动的方向。点的速度经过夸大，但仍与电流成正比。
在课堂上试试这个实验
- Q1将 20 Ω 电阻两端的电压加倍。电流会怎样变化？
- Q2两个电阻对应两条直线。哪条线对应较大的电阻？如何根据斜率判断？
- Q3断开开关。尽管电池仍有电压，为什么两个电表的读数都是零？
- Q4用灯泡的测量数据计算电压为 1 V 和 12 V 时的 R。为什么这两个值相差这么大？
常见问题
欧姆定律究竟说明了什么？
对于温度保持恒定的金属导体，电流与其两端的电势差成正比。恒定比值 V / I 就是它的电阻。
为什么电流表要串联，电压表要并联？
电流表测量流经某一点的电荷，因此所有电流都必须流过它。电压表比较两点间每单位电荷的能量，因此要连接在元件两端。
灯丝灯泡是一个损坏的电阻器吗？
不是。在每个状态下，它都满足 R = V / I，但它的电阻会随温度变化，因此 I-V 图像是曲线而不是直线。这类元件称为非欧姆元件。
为什么电子的运动方向与电流箭头相反？
在电子被发现之前，传统电流方向被定义为正电荷流动的方向。在金属导线中，电子是电荷载体，会从负极漂移到正极。