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人教版2003年6月第1版高中物理（必修加選修）第二冊中，在突破E=U外+U內時，引用了“電梯加滑梯”模型，如圖1，并以該模型類比閉合電路.該模型能形象直觀地反映出小孩在重力作用下，從高處由滑梯滑至低處，再從低處乘坐電梯（可以籠統認為小孩在“非重力”作用下）上升到高處，形成一個閉合環路.很明顯此環路中小孩乘電梯上升的高度和他幾次由滑梯下降的總高度相同.這樣類比的優點：簡單直觀，對于經濟發達地區學生而言很容易理解.不足之處：對于經濟欠發達地區，不少學生從未見過電梯、滑梯這些東西，用這個模型教學之前，教師要先介紹什么是電梯、什么是滑梯等等.這顯然出乎教材編寫者的意料，也就達不到應有的編制目的了.
可能基于上述原因，人教版2004年5月第1版的高中物理選修3-1中，編者對本部分內容作了修改，從能量守恒角度推導出了閉合電路歐姆定律，并且改用了圖2所示的模型類比閉合電路.但該模型顯得太過抽象，讓教師和學生看了感覺有點摸不著頭腦，不知所云，反而不如圖1所示的模型直觀了.
教科版2006年7月第1版高中物理選修3-1中，在突破E=U外+U內時，直接給出一個簡單的閉合電路模型，并把內阻畫在電源內部，如圖3，直接講述了電流流過外電阻R時有電勢降落U、流過內電阻r時也有電勢降落U′……最后籠統地說“理論和實踐可以證明……E=U+U′=U+Ir”.這樣處理的優點：簡潔、省時，對于基礎較好的學生較為適合.不足之處：太過抽象，不適合廣大的中等及以下的學生理解掌握.
粵教版2004年7月第1版高中物理選修3-1中，在突破E=U外+U內時，用的是原電池裝置，如圖4，直接用電壓表V1測出外電壓U外、用電壓表V2測出內電壓U內，然后從實驗測出的數據中總結得出E=U外+U內.筆者在教研活動中也看到過上課教師利用此裝置上過公開課.這樣處理的優點：基于實驗事實、直觀，易讓學生信服和理解.不足之處：（1）原電池的電解液較難配制，所花時間過多；（2）由實驗數據往往得到的是E>U外+U內，這是因為連接的導線不是超導體，電壓表無法測到其兩端的電壓，從而造成電壓損失，此處容易讓學生感到疑惑.
筆者在教學過程中是這樣來突破的：先引用唐代大詩人李白《將進酒》中的一句詩“黃河之水天上來，奔流到海不復回”，接著一邊問問題一邊畫示意圖，如圖5.
筆者問（下面簡稱“問”）：“黃河之水天上來”是什么意思？學生答（下面簡稱“答”）：“黃河里的水是從天上（云中）下雨下來的.”
問：從物理學角度解釋一下，雨下來依靠什么力作用？還受到什么力作用？”答：依靠重力作用，還受到空氣阻力的作用！
問：“奔流到海”呢？答：我國地勢是西高東低，依靠重力作用，水往低處流，東流到海.
問：“黃河之水天上來”，那天上之水哪里來？答：海里來.海水吸收太陽的能量，水蒸汽從低處上升到高處.
問：水蒸汽上升，依靠的是重力作用嗎？答：不是，是蒸發作用.
筆者總結說：“可以籠統地說是‘非重力’作用.當然水蒸汽上升過程中也受到空氣阻力作用.這樣就形成了一個‘水循環’，李白的認識不太正確.在這個水循環中，水蒸汽在‘非重力’作用下上升的高度等于水在重力作用下下降的高度.”學生普遍點頭認可.接著筆者引導學生類比分析自由電荷在閉合電路中在靜電力和非靜電力作用下引起的電勢升降及其關系，如圖6.筆者指出：電源外部存在著從正極指向負極的靜電場E1，自由電子在靜電力作用下，從負極運動到正極，經過電阻時其電勢降低，共降低了U外+U內；電源內部也存在著靜電場E2，但在“非靜電力”作用下自由電子從正極運動到負極，其電勢升高，升高了E，顯然存在“E=U外+U內”.通過和水循環的類比，學生較容易就理解掌握了這個公式.
關鍵詞：歐姆定律；適用范圍；微觀機理；導電材料；能量轉化
中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）12-0039-2
人教版《普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-1》《歐姆定律》一節內容圍繞電阻的定義式、歐姆定律和伏安特性曲線三部分展開，圖1為教材的兩段文字，意思是當金屬導體的電阻不變時，伏安特性曲線是一條直線，叫做線性元件，滿足歐姆定律；“這些情況”的電流與電壓不成正比，是非線性元件，歐姆定律不適用[1]。隨后，教材舉例小燈泡和二極管的伏安特性曲線，指出兩個元件都是非線性元件。在遇到歐姆定律時，不論是年輕教師還是學生常常感到疑惑：歐姆定律適用范圍究竟是金屬和電解質溶液還是線性元件？小燈泡是金屬，又是非線性元件，究竟是否滿足歐姆定律？
[導體的伏安特性曲線 在實際應用中，常用縱坐標表示電流I、橫坐標表示電壓U，這樣畫出的I-U圖象叫做導體的伏安特性曲線。對于金屬導體，在溫度沒有顯著變化時，電阻幾乎是不變的（不隨電流、電壓改變），它的伏安特性曲線是一條直線，具有這種伏安特性的電學元件叫做線性元件。圖2.3-2中導體A、B的伏安特性曲線如圖2.3-3所示。
歐姆定律是個實驗定律，實驗中用的都是金屬導體。這個結論對其他導體是否適用，仍然需要實驗的檢驗。實驗表明，除金屬外，歐姆定律對電解質溶液也適用，但對氣態導體（如日光燈管、霓虹燈管中的氣體）和半導體元件并不適用。也就是說，在這些情況下電流與電壓不成正比，這類電學元件叫做非線性元件。]
1 歐姆定律的由來
1826年4月，德國物理學家歐姆《由伽伐尼電力產生的電現象的理論》，提出歐姆定律：在同一電路中，通過某段導體中的電流跟這段導體兩端的電壓成正比。歐姆實驗中用八根粗細相同、長度不同的板狀銅絲分別接入電路，推導出 ，其中s為金屬導線的橫截面積，k為電導率，l為導線的長度，x為通過導線l的電流強度，a為導線兩端的電勢差[2]。當時只有電導率的概念，后來歐姆又提出 為導體的電阻，并將歐姆定律表述為“導體中的電流跟導體兩端的電壓U成正比，跟導體的電阻R成反比。”
關于歐姆定律的m用范圍，一直存在爭議，筆者認為可以從不同角度進行陳述。
2 歐姆定律的適用范圍
2.1 從導電材料看適用范圍
歐姆當年通過對金屬導體研究得出歐姆定律，后來實驗得出歐姆定律也適用于電解質溶液，但不適用于氣體導電和半導體元件。
從微觀角度分析金屬導體中的電流問題，金屬導體中的自由電子無規則熱運動的速度矢量平均為零，不能形成電流。有外電場時，自由電子在電場力的作用下定向移動，定向漂移形成電流，定向漂移速度的平均值稱為漂移速度。電子在電場力作用下加速運動，與金屬晶格碰撞后向各個方向運動的可能性都有，因此失去定向運動的特征，又回歸無規則運動，在電場力的作用下再做定向漂移。如果在一段長為L、橫截面積為S的長直導線，兩端加上電壓U，自由電子相繼兩次碰撞的間隔有長有短，設平均時間為τ，則自由電子在下次碰撞前的定向移動為勻加速運動，
2.2 從能量轉化看適用范圍
在純電阻電路中，導體消耗的電能全部轉化為電熱，由UIt=I2Rt，得出 在非純電阻電路中，導體消耗的電能只有一部分轉化為內能，其余部分轉化為其他形式的能（機械能、化學能等）， 因此，歐姆定律適用于純電阻電路，不適用于非純電阻電路。
金屬導體通電，電能轉化為內能，是純電阻元件，滿足歐姆定律。小燈泡通電后，電能轉化為內能，燈絲溫度升高導致發光，部分內能再轉化為光能，因此小燈泡也是純電阻，滿足歐姆定律。電解質溶液，在不發生化學反應時，電能轉化為內能，也遵守歐姆定律。氣體導電是因為氣體分子在其他因素（宇宙射線或高電壓等條件）作用下，產生電離，能量轉化情況復雜，不滿足歐姆定律。半導體通電時內部發生化學反應，電能少量轉化為內能，不滿足歐姆定律。電動機通電但轉子不轉動時電能全部轉化為內能，遵從歐姆定律；轉動時，電能主要轉化為機械能，少量轉化為內能，為非純電阻元件，也不滿足歐姆定律。
2.3 從I-U圖線看適用范圍
線性元件指一個量與另一個量按比例、成直線關系，非線性元件指兩個量不按比例、不成直線的關系。在電流與電壓關系問題上，線性元件阻值保持不變，非線性元件的阻值隨外界情況的變化而改變，在求解含有非線性元件的電路問題時通常借助其I-U圖像。
從 知導體的電阻與自由電子連續兩次碰撞的平均時間有關，自由電子和晶格碰撞將動能傳遞給金屬離子，導致金屬離子的熱運動加劇，產生電熱。由 知導體的溫度升高，τ減小，電阻增大。因此，導體的電阻不可能穩定不變。當金屬導體的溫度沒有顯著變化時，伏安特性曲線是直線，滿足“電阻不變時，導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比”。理想的線性元件是不存在的，溫度降低時，金屬導體的電阻減小，當溫度接近絕對零度時，電阻幾乎為零。小燈泡的伏安特性曲線是曲線，是非線性元件，當燈泡電阻變化時，仍有I、U、R瞬時對應，滿足歐姆定律 如同滑動變阻器電阻變化時也滿足歐姆定律[3]。
2.4 結論
綜上所述，從導電材料的角度看，歐姆定律適用于金屬和電解質溶液（無化學反應）；從能量轉化的角度看，歐姆定律適用于純電阻元件。對于線性元件，電阻保持不變，導體中的電流跟導體兩端的電壓U成正比，歐姆定律適用。從物理學史推想，歐姆當年用八根不同銅絲進行實驗，應該是研究了電壓保持不變時，電流與電阻的關系，以及電阻保持不變時，電流與電壓的關系。雖然都是非線性元件，小燈泡是金屬材料，是純電阻元件，滿足歐姆定律，二極管是半導體材料，卻不滿足歐姆定律。因此，線性非線性不能作為歐姆定律是否適用的標準。
3 教材編寫建議
“有了電阻的概念，我們可以把電壓、電流、電阻的關系寫成 上式可以表述為：導體中的電流跟導體兩端的電壓U成正比，跟導體的電阻R成反比。這就是我們在初中學過的歐姆定律。”[1]筆者以為，歐姆定律的內容是 這個表達式最重要的意義是明確了電流、電壓、電阻三個量的關系，而不是其中的正比關系和反比關系，教材沒必要對歐姆定律進行正比反比的表述。
“實驗表明，除金屬外，歐姆定律對電解質溶液也適用，但對氣態導體（如日光燈管、霓虹燈管中的氣體）和半導體元件并不適用。”教材已明確歐姆定律的適用范圍，建議教材將線性元件和非線性元件的概念與歐姆定律的適用范圍分開，同時明確線性、非線性不能作為歐姆定律是否適用的標準。
參考文獻：
[1]普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-1[M].北京：人民教育出版社，2010.
歐姆定律是指，在同一電路中，通過某段導體的電流跟這段導體兩端的電壓成正比，跟這段導體的電阻成反比。該定律是由德國物理學家歐姆在1826年4月發表的《金屬導電定律的測定》論文提出的。
隨研究電路工作的進展，人們逐漸認識到歐姆定律的重要性，歐姆本人的聲譽也大大提高。為了紀念歐姆對電磁學的貢獻，物理學界將電阻的單位命名為歐姆。
麥克斯韋詮釋歐姆定律為，處于某狀態的導電體，其電動勢與產生的電流成正比。因此，電動勢與電流的比例，即電阻，不會隨著電流而改變。在這里，電動勢就是導電體兩端的電壓。因為物質的電阻率通常相依于溫度。根據焦耳定律，導電體的焦耳加熱與電流有關，當傳導電流于電體時，導電體的溫度會改變。電阻對于溫度的相依性，使得在典型實驗里，電阻相依于電流，從而很不容易直接核對這形式的歐姆定律。
（來源：文章屋網 ）