【高考輔導資料】高中物理競賽教程：2.3《電學基本定律》

2.3、電學基本定律231、 焦耳定律電流在一段只有電阻元件的電路上所做的功等于電流通過這段電路時的所產(chǎn)生的熱量Q。焦耳通過實驗得到結論：如果通過一段只有電阻元件的電路的電流為I，這段電路的電阻為R，通電時間為t，則這就是焦耳定律，我們還可推出這段電路中電流的發(fā)熱功率為。電流做功的過程，就是電能轉化為其他形式的能的過程。一般來講，人們用電的目的往往不是為了發(fā)熱。如使用電動機是為了將電能轉化為機械能，使用電解槽是為了將電能轉化為化學能等等。發(fā)熱只是副效應，因此，一般說來電熱只是電功的一部分，熱功率是電功的一部分。232、歐姆定律部分電路歐姆定律：導體中的電流強度I跟它兩端所加的電壓U成正比，跟它的電阻R成反比，即上式適用于金屬導電和電解液導電的情況。對非線線元件（如燈絲、二極管）和氣體導電等情況不適用。一段含源電路歐姆定律：電路中任意兩點間的電勢差等于連接這兩點的支路上各電路元件上電勢降落的代數(shù)和，其中電勢降落的正、負符號規(guī)定如下：a.當從電路中的一點到另一點的走向確定后，如果支路上的電流流向和走向一致，該支路電阻元件上的電勢降取正號，反之取負號。圖2-3-1b.支路上電源電動勢的方向和走向一致時，電源的電勢降為電源電動勢的負值（電源內(nèi)阻視為支路電阻）。反之，取正值。如圖2-3-1所示，對某電路的一部分，由一段含源電路歐姆定律可求得：閉合電路歐姆定律和電源輸出功率1閉合電路歐姆定律圖2-3-2 圖2-3-3 閉合電路歐姆定律公式：路端電壓對于確定電源、一定，則圖線和 圖線如圖2-3-2和2-3-3所示。其中，為電源短路電流。2電源輸出功率電源的功率 電源輸出功率 當時電源輸出功率為最大圖2-3-4此時電源效率 %電源輸出功率P隨外電阻R變化如圖2-3-4所示，若電源外電阻分別為、時，輸出功率相等，則必有例2、如圖2-3-5所示電路，設電源電壓不變，問：（1）在什么范圍內(nèi)變化時，上消耗的電功率隨的增大而增大？（2）在什么范圍內(nèi)變化時，上消耗的電功率隨增大而減?。浚?）為何值時，上消耗的電功率為最大？圖2-3-5解： 先求出隨變化的表達式。 令： 則： （1）當時，即 （2）當時，即0，（3）當=時，即=，最大233、基爾霍夫定律對電路中任何一個節(jié)點，流出的電流之和等于流入的電流之和。或可表達為：匯于節(jié)點的各支路電流強度的代數(shù)和為零。若規(guī)定流入電流為正，則從節(jié)點流出的電流強度加負號。對于有n個節(jié)點的完整回路，可列出n個方程，實際上只有個方程是獨立的。沿回路環(huán)繞一周，電勢降落的代數(shù)和為零，即對于給定的回路繞行方向，理想電源，從正極到負極，電勢降落為正，反之為負；對電阻及內(nèi)阻，若沿電流方向則電勢降落為正，反之為負。若復雜電路包括m個獨立回路，則有m個獨立回路方程。例3、如圖2-3-6所示電路中，已知求各支路的電流。圖2-3-6分析： 題中電路共有2個節(jié)點，故可列出一個節(jié)點方程。而支路3個，只有二個獨立的回路，因而能列出兩個回路方程。三