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物 理
第4章 直流电路与安全用电
4.1 电阻定律
4.4 全电路欧姆定律
4.2 串联电路和并联电路
4.3 电功与电功率
4.5 安全用电
4.1 电阻定律
1．电流的形成
电荷的定向移动形成电流．要形成电流，必须要有大量能够自由移动的电荷，即自由电荷．
当导体两端存在电压时，将产生电场，导体中的自由电荷就在电场力的作用下发生定向移动，就形成了电流，如图所示．
正、负电荷的移动都可以形成电流．导体在形成电流时，正、负电荷定向移动的方向相反．习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向．
4.1.1 电流
2．电流强度
电流既有方向，也有强弱之分．电流的强弱用电流强度来表示．如图所示，通过导体横截面的电荷量 q 跟通过这些电荷量所用时间 t 的比值叫做电流强度，简称电流．用 I 表示电流，则有
在国际制单位中，电流的单位是安培，简称安，写作A．电流常用的单位还有毫安（mA）和微安（μA）．
1．部分电路欧姆定律
导体中形成电流，实质上就是大量自由电荷的定向移动，自由电荷在导体中的移动并非是直线运动，而经常与导体内部的离子、原子频繁发生碰撞，从而受到阻碍，这种阻碍作用就被称为电阻．电阻的单位是欧姆，简称欧，写作 ．
德国物理学家欧姆通过大量的实验研究得出结论：导体中的电流 I 与导体两端的电压 U 成正比，与导体的电阻 R 成反比．这就是部分电路欧姆定律．
用公式表示，则为
4.1.2 部分电路欧姆定律
2．伏安特性曲线
用纵坐标表示电流 I，横坐标表示电压 U，画出的 U-I 图像叫做伏安特性曲线．对金属导体来说，其电阻固定，它的伏安特性曲线就是通过坐标原点的直线，如图所示．具有这种伏安特性的元件叫做线性元件．
1．电阻定律
通过实验我们可以得出结论，同种材料的导体，横截面积 S 一定，电阻 R 与长度 L 成正比，即
同种材料的导体，长度 L 一定，电阻 R 与横截面积 S 成反比，即
在一定温度下，导体的电阻 R 跟它的长度 L 成正比，跟它的横截面积 S 成反比．这就是电阻定律．用公式表示，则有
4.1.3 电阻定律
式中的比例常数 称为材料的电阻率．对于不同的材料，其电阻率也不相同．电阻率的单位是 （欧米）．
【例题1】 有一条镍铬合金的电阻丝，横截面积 ，长 ，在其两端加上 的电压时，通过它的电流 ，求这条电阻丝的电阻率．
解：根据部分电路欧姆定律，电阻丝的电阻为
根据电阻定律
得
分析：根据部分电路欧姆定律，可以求出这条电阻丝的电阻 R，而已知 R，S，l，就可以根据电阻定律求出电阻率 ．
2．超导体
1913年，卡茂林·昂尼斯在诺贝尔领奖演说中指出：“水银在4.2 K（ 268.8 ℃）进入了一种新状态，由于它的特殊导电性能，可以称为超导态．
经过大量科学实验发现，大多数金属当温度降低到绝对零度附近时，它们的电阻率会突然减小到零，这种现象被称为超导现象．电阻为零的导体叫做超导体．导体由普通状态向超导体转变时的温度称为超导转变温度或临界温度．
4.2 串联电路和并联电路
1．串联电路
把两个或两个以上的电阻依次连接起来，并把两端接入电源，就组成了串联电路，如图所示．
4.2.1 串联电路
2．串联电路的特点
如果把串联电路中的多个电阻用一个电阻 R 来代替，使得在相同的电压下，通过电路的电流跟原来相同，那么这个电阻 R 就叫做串联电路的总电阻或等效电阻．
根据欧姆定律 ，在保持电路 U，I 不变的情况下，则
在串联电路中，电路各处的电流都相等，电路两端的总电压等于各部分电压之和，即
根据串联电路 可知，串联电路的总电压被分配在各个串联电阻上．串联电路的这种作用叫做分压作用，串联电路也叫做分压电路．
由于串联电路电流处处相等，即 ，而 ，可得
电压表和电流表的指针转到满刻度时流过的最大电流 Ig 称为满偏电流，此时加在其两端的电压称为满偏电压， ．
【例题2】　一个量程为3.0 V，内阻为3.0 k 　的电压表，要把它的量程扩大到15 V，应当如何改装？
分析：要想把量程扩大，必须再串联一个电阻分担多出来的那部分电压，改装电路如图所示．已知电压表的量程和内阻，可求出其满偏电流，由于串联电路电流处处相等，因此分压电阻的电流也等于电压表电流．已知电压表量程和要扩大的量程，可求出分压电阻需承担的部分电压．根据欧姆定律即可求出分压电阻阻值的大小．
解：要扩大电压表的量程，应当串联一个阻值较大的电阻进行分压．根据串联电路的分压作用，分压电阻承担的电压为
根据欧姆定律，电压表的满偏电流为
则分压电阻的阻值为
1．并联电路
把两个或两个以上的电阻两端并列连接在电路中，就组成了并联电路，如图所示．
在并联电路中，各支路两端的电压相等，电路中的总电流等于各支路电流之和．用公式可以表示为
4.2.2 并联电路
2．并联电路的特点
如果把并联电路中的多个电阻也用一个电阻 R 来代替，使得在相同的电压下，通过电路的电流跟原来相同．那么，这个电阻 R 就叫做并联电路的总电阻或等效电阻．
根据并联电路的特点，可推导出
根据并联电路的特点
可得
【例题3】 将内阻 ，满偏电流 的电流表改装成量程为1 A的电流表，需要并联多大的分流电阻？
分析：扩大电流表的量程，需要并联一个分流电阻，改装的电路图如图所示．已知电流表的内阻 RA 和满偏电流 IA，可以求出其两端的电压．由于并联电路各支路两端的电压相等，因此可知分流电阻两端的电压．而分流电阻通过的电流即为扩大量程后的电流与 IA 之差．根据欧姆定律，即可得出分流电阻的阻值．
解：分流电阻两端的电压
分流电阻需要分担的电流
由欧姆定律，得
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