欧姆定律虚拟实验指南

物理初级阅读时间: 3 分钟

概述

欧姆定律是电路分析的基础，它描述了导体中的电流、电压和电阻之间的定量关系。通过这个互动模拟，你将亲自验证 $V = IR$ 公式，并探究电压和电阻如何共同决定电流的大小。

背景知识

1826年，德国物理学家乔治·西蒙·欧姆（Georg Simon Ohm）通过大量实验发现了电流、电压和电阻之间的这一基本定量关系。虽然这一发现在当时并未受到重视，但后来证明它是电学领域最重要的基石之一。欧姆定律不仅适用于单一电阻，也是分析复杂电路网络的出发点。

核心概念

电压 ( $V$ )

V \text{ (伏特, V)}

推动电荷流动的「压力」，由电源提供。电压越高，推动电荷流动的动力越强。在电路图中通常由电池组提供。

电阻 ( $R$ )

R \; (\Omega)

导体对电流流动的阻碍作用。电阻由导体的材料、长度和横截面积决定，不随电压改变。

电流 ( $I$ )

I \text{ (安培, A)}

单位时间内通过导体截面的电荷量。电流的方向规定为正电荷移动的方向，在模拟中表现为光点的流动速度。

公式与推导

欧姆定律

I = \frac{V}{R}

导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。该公式只适用于线性电阻器。

变形公式

V = IR \quad \text{或} \quad R = \frac{V}{I}

通过已知的两个参数，可以计算出第三个参数。注意：

R = V/I

仅用于计算阻值，电阻并不随电压改变。

实验步骤

1
探究电流与电压的关系
保持电阻滑块在 $500\Omega$ 不变。尝试将电压从 $1.5V$ 逐渐增加到 $9.0V$ 。观察右侧数据面板中电流( $I$ )的变化趋势。你会发现：电阻不变时，电压越大，电流越____？（提示：记录不同电压下的值，看看它们是否成比例）
2
探究电流与电阻的关系
保持电压滑块在 $4.5V$ 不变。尝试将电阻从 $100\Omega$ 增加到 $2000\Omega$ 。注意电路图中蓝色光点的移动速度。你会发现：电压不变时，电阻越大，电流越____？（提示：阻值翻倍时，电流变成了原来的多少？）
3
观察极端情况
尝试将电压调节至最大 ( $9.0V$ )，电阻调节至最小 ( $100\Omega$ )。注意此时出现的「电流过大」警告信息。当电流超过 $25mA$ 时，实际电路中的元件可能会因发热过快而损坏。
4
改变电流方向
点击「电流方向」切换按钮，观察「传统电流」与「电子流」的区别。思考：为什么我们在分析电路时通常使用从正极到负极的方向？

学习目标

准确理解并表述欧姆定律的内容及其物理意义
能熟练运用控制变量法设计并执行探究电学规律的实验
掌握 $V=IR$ 及其变形公式在基础电路分析中的计算应用
培养根据物理规律预测实验数据并进行验证的科学思维

生活应用

家用电器：调光灯或音响音量旋钮通过改变可变电阻来调节电流大小
电路安全：保险丝根据电流热效应设计，当电流过大（由 $V/R$ 决定）时自动熔断
传感器技术：如电子体重秤中的压力传感器，通过形变改变电阻来实现测量
快充协议：移动设备通过提高充电电压 ( $V$ ) 在电阻 ( $R$ ) 受限的情况下获得更大的电流 ( $I$ ) 和功率 ( $P$ )
万用表测量：利用已知的内部电压和测得的电流来计算待测电路的阻值

常见误区

误区

电阻的大小取决于电压和电流（R = V/I，所以 V 变 R 就变）

正解

电阻是导体本身的固有属性，就像人的身长一样，不随你跑得快慢（电流）或推力（电压）改变。公式

R = V/I

只是提供了一种测量电阻的方法。

误区

只要有电压，就一定有电流

正解

不完全正确。就像有水压但水龙头关着也不会有水流。电流的产生需要：1. 有电压（电源）；2. 电路必须是闭合回路。

准备好了吗？

现在你已经了解了基础知识，开始动手实验吧！

开始实验开始练习

概述

背景知识

核心概念

电压 (VVV)

电阻 (RRR)

电流 (III)

公式与推导

欧姆定律

变形公式

实验步骤

探究电流与电压的关系

探究电流与电阻的关系

观察极端情况

改变电流方向