基本電路連接與測量

電學如果只剩計算和考試...

已經連續好幾年的電學介紹完電壓、電流、電阻的定義之後

每節課都是在實驗室中渡過

今年不玩電流急急棒

直接給任務接出電路

器材自己拿，過程自己組去討論

我們的腳踏車王子又感興趣了

請他上來畫出連接的方法讓大家觀摩

再比較你自己和其他組畫出的連接

看不懂嗎？這時就要轉化為標準電路圖了

中間的過渡就是希望學生體會到符號使用的重要性

並觀察串聯與並聯的差異

最後測量LED的電壓和電流

並算出電阻

比較各組的數字幾乎都不同(非歐姆導體)

再從這邊引出歐姆定律的概念

這次掙扎地考慮到底要用標準伏特計、安培計來測量

還是直接用三用電表

考量考試的出題型式，還是決定先讓學生練習標準指針式的電表

「我們再來做一個三用電表的實驗好嗎？」寫完實驗報告之後我問學生

「老師~~可以了！夠了！讓我們休息一下吧...」學生已經做實驗做到快崩潰了

但問他們要不要調整上課的方法(書面不記名)

又一堆人希望保持目前的模式

真是讓人精神錯亂啊~~

影響電阻的因素

一般我們簡單的形容電阻(resistance)會說是所有在電路中消耗電能的阻礙因素

當然對初學來說這樣形容也沒什麼不好

但更好的名詞應該是阻抗(impedance)，包含電阻與電抗

因為在電子電路中更多時候消耗(儲存)電能的其實是感抗和容抗(合稱電抗，reactance)

單純電阻產生的阻抗通常來自導體，以熱的形式出現

原因很難單一分離

因此用了數學定義，電壓和電流的比值

但在物理上我們還是希望可以針對同一個導體，將變因單獨抽離來討論(現實世界幾乎是不可能的)

因此出現了長度、截面積、溫度等變因

但溫度在國中已經刪掉

這對理解真實世界的情況會有很大的影響

畢竟所有導體通電後一定會升溫，只是程度的不同而已

所以我還是一併跟學生說明

歐姆定律便是一例

根據定義，歐姆定律的前提是溫度不變

Ohm's law states that the current through a conductor is proportional to the voltage across the conductor. This is true for many materials (including metals) provided the temperature (and other physical factors) remain constant. The constant of proportionality, R,R is the resistance and the unit is the ohm, with symbol \Omega,Ω. The relationship can be written as:

V, equals, I, R.  

V=IR

where V,V is the voltage across the conductor and I,I is the current flowing through it. If a component is ohmic (it obeys Ohm's Law), then its resistance must be independent of current and voltage.

(https://isaacphysics.org/concepts/cp_ohms_law)

我們利用可調電源做出了這樣的結果

再畫出V-I的圖形，呈現漂亮的線性關係

大部分到這邊也就結束了

「老師~~，可以是我算出來不是定值耶...」有學生很閒的算出數值

「太棒了！有人發現了一個天大的祕密」

「我們通常利用V-I的圖形來判斷是否成正比的關係，但有些細微的變化可能還是看不出來，這是圖形本身的極限...」

我們將幾個數值轉換成電阻，如下

「越來越大啊~~」學生驚呼

「是的，其實一般燈泡也是不遵守歐姆定律，因為燈泡通電後其實溫度會上升很多」

「所以電阻會變大...」學生很快可以接上，因為溫度對電阻的影響我們是有示範過的

「但變化並沒有像LED那麼誇張，因此我們還是會用遵守歐姆定律的情況來初步判斷通過燈泡的電壓或電流...，雖不中亦不遠矣~~」

科學好難

人生更難...