高中物理 11 电路、电流、电阻、串联、并联

陈一男学习网站[ ChenYinan.com ] - 中国物理学会 - 中国院士 - GeoGebra - 物理基础

电流

定义：电荷的定向移动形成电流。电流的大小等于通过导体横截面的电荷量与所用时间的比值，用\(I\)表示。

公式：\(I=\frac{Q}{t}\)，其中\(Q\)是电荷量，\(t\)是时间。单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流越大。

单位：安培，简称安，符号是\(A\)。常用的单位还有毫安\((mA)\)和微安\((\mu A)\)，\(1A = 10^{3}mA = 10^{6}\mu A\)。

电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。

电阻

定义：导体对电流的阻碍作用叫做电阻，用\(R\)表示。电阻是导体本身的一种性质，它的大小与导体的材料、长度、横截面积以及温度有关。

公式：\(R=\frac{U}{I}\)，该式是电阻的定义式，可用于计算电阻的大小，但电阻\(R\)与电压\(U\)和电流\(I\)无关。

单位：欧姆，简称欧，符号是\(\Omega\)。常用的单位还有千欧\((k\Omega)\)和兆欧\((M\Omega)\)，\(1k\Omega = 10^{3}\Omega\)，\(1M\Omega = 10^{6}\Omega\)。

电阻定律

内容：同种材料的导体，其电阻\(R\)与它的长度\(l\)成正比，与它的横截面积\(S\)成反比，还与导体的材料有关，表达式为\(R=\rho\frac{l}{S}\)，其中\(\rho\)为材料的电阻率，反映了材料导电性能的好坏，电阻率越小，材料的导电性能越好。

影响因素：电阻率与温度有关，一般金属的电阻率随温度升高而增大，而半导体的电阻率随温度升高而减小。一些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻。

串联电路

特点：

电流处处相等，即\(I_{1}=I_{2}=I_{3}=\cdots =I_{n}\)。

总电压等于各部分电压之和，即\(U = U_{1}+U_{2}+U_{3}+\cdots +U_{n}\)。

总电阻等于各串联电阻之和，即\(R_{总}=R_{1}+R_{2}+R_{3}+\cdots +R_{n}\)。

各电阻两端的电压与其电阻成正比，即\(\frac{U_{1}}{R_{1}}=\frac{U_{2}}{R_{2}}=\frac{U_{3}}{R_{3}}=\cdots =\frac{U_{n}}{R_{n}}=I\)。

应用：串联电路常用于分压，如在电压表的改装中，可通过串联一个较大的电阻来扩大电压表的量程。

并联电路

特点：

各支路两端的电压相等，即\(U_{1}=U_{2}=U_{3}=\cdots =U_{n}\)。

总电流等于各支路电流之和，即\(I = I_{1}+I_{2}+I_{3}+\cdots +I_{n}\)。

总电阻的倒数等于各并联电阻倒数之和，即\(\frac{1}{R_{总}}=\frac{1}{R_{1}}+\frac{1}{R_{2}}+\frac{1}{R_{3}}+\cdots +\frac{1}{R_{n}}\)。

各支路中的电流与其电阻成反比，即\(I_{1}R_{1}=I_{2}R_{2}=I_{3}R_{3}=\cdots =I_{n}R_{n}=U\)。

应用：并联电路常用于分流，如在电流表的改装中，可通过并联一个较小的电阻来扩大电流表的量程。

电表的改装

电压表的改装：将表头\(G\)（内阻为\(R_{g}\)，满偏电流为\(I_{g}\)）改装成量程为\(U\)的电压表，需要串联一个电阻\(R\)，根据串联电路的特点可得\(U = I_{g}(R_{g}+R)\)，由此可求出串联电阻\(R=\frac{U}{I_{g}}-R_{g}\)。

电流表的改装：将表头\(G\)改装成量程为\(I\)的电流表，需要并联一个电阻\(R\)，根据并联电路的特点可得\(I_{g}R_{g}=(I - I_{g})R\)，由此可求出并联电阻\(R=\frac{I_{g}R_{g}}{I - I_{g}}\)。

电流、电阻以及串联、并联电路等知识是高中物理电学的基础内容，对于理解和分析各种复杂的电路问题具有重要意义，也是进一步学习电学其他知识和解决实际电路问题的必备基础。

物理基础