高中物理实用辞典：电功 知识点分析

【电功】电流通过电路时，电场力对电荷作的功叫做电功。在国际单位制中，电功的单位是焦耳。有时用千瓦小时（即通常所说的“度”）。 式子，只有当电路是纯电阻电路，并没有反电动势存在时才成立。如果电路负载中存在反电动势，要分清三种形式公式的适用范围以及它们的物理意义。当电路负载中有反电动势时，则W=It为整个负载的总功，而W=I2Rt则仅表示负载所消耗热的那部分功。【电功率】每单位时间内电场力所作的功叫做电功率。在国际单位制中，电功率的单位是瓦特（常用的单位还有马力、千克力米/秒）。电阻，没有反电动势存在时上列各式都成立。如果电路负载中存在反电动势，则要分清此三公式的适用范围及其物理意义。若电路负载中存在反电动势，则P=I为整个负载的总功率，而P=I2R则仅表示负载所消耗热的那部分功率。例如，当电路中接有直流电机时，如果加在电机两端电压为，正常工作时通过电流为I。则当电枢线圈转动时作切割磁力线运动而产生感生电动势，这一感生电动势和外加电压方向相反，因（输入功率），I正反为克眼反电动势所消耗的功率，即转变为机械能，只有在纯电阻电路中，三个公式可以通用，而在有反电动势的电路中（含源电路）三者不能混淆。【焦耳定律】导体在通过电流时会有热量发出。英国物理学家焦耳通过实验总结出如下的规律：电流通过导体时放出的热量Q与电流I的平方、导体的电阻R以及通电时间t成正比，即Q=KI2Rt，这就是焦耳定律。电流通过导体时按这一规律所放出的热量叫做焦耳热。若分别以焦耳、安培、欧姆及秒等为国际制单位测量热量、电流、电阻及时间，实验测得K=1焦耳/欧姆安培2秒。故上式变为当n个导体串联时，由于通过所有导体的电流都相等，用前式来比较个别导体所放出的热量较为方便。当n个导体并联时，在各个导体上的电流各不相同，但它们两端的电压都相等，在这种情况下用后式较为方便。必须再次强调说明的是，当电路上有电流通过时，不但产生热的效应，而且还可以产生其他不同的效应。例如，在一般的电路中，除有纯电阻外还有电动机，电解槽等用电器，那么电能除部分转化为热（内能）外，还要转化为机械能、化学能等。因此，只有当电路为纯电阻，而且整个电路不能运行时，电流所做的功才全部变为热，否则W=It总要大于电流的纯电阻上产生的热量Q=I2Rt。【串联电路】多个电阻按图35所示方式的联接叫做串联。串联电路的基本特征是只有一条支路，由此出发可以推出串联电路有如下五个特点：（1）流过每个电阻的电流相等。因为直流电路中同一支路的各个截面有相同的电流强度。（2）总电压（串联电路两端的电压）等于分电压（每个电阻两端的电压）之和，即=12+n。这可由电压的定义直接得出。（3）总电阻等于分电阻之和。把欧姆定律分别用于每个电阻可得1=IR1，2=IR2，n=IRn代入=1+2n并注意到每个电阻上的电流相等，得=I（R1R2Rn）。此式说明，若用一个阻值为R=R1R2+Rn的电阻元件代替原来n个电阻的串联电路，这个元件的电流将与原串联电路的电流相同。因此电阻R叫原串联电阻的等效电阻（或总电阻）。故总电阻等于分电阻之和。（4）各电阻分得的电压与其阻值成正比，因为i=IRi。（5）各电阻分得的功率与其阻值成正比，因为Pi=I2Ri。【并联电路】多个电阻按图36所示方式的联接叫并联。由n个电阻并联而成的那部分电路有两个节点，n条支路。并联电路有如下五个主要特点：（1）每个电阻两端电压相等。因为每个电阻两端都是A点和B点。（2）总电流等于各分电流之和，即I=I1+I2+In。因为从节点A流入的电流一定等于从节点B流出的电流。（3）总电阻的倒数满足上式的R叫做并联电路的等效电阻（或总电阻），可见总电阻的倒数等于分电阻的倒数和。对两个电阻并联的简单情况，总电阻可以写成多个电阻则可依此类推。图37所示是一个电阻R等效代替两个并联电阻的情况。（4）各电阻分得的电流与其阻值成反比。这一点可由Ii=上的几个特点，不难得出结论：（1）并联电阻必小于每个参与并联的电阻的阻值。（2）当两个并联电阻的阻值R1和R2悬殊时（R1R2），并联总电阻R近似等于小电阻的阻值（RR1）。特别是，如果用一条导线（R10）与一个电阻R2并联，总电阻就近似为零。这种情况称为“R2被短路”或“R2被短接”。（3）当两个电阻相等时，并联总电阻等于其中一个电阻的一半。图38所示是一个混联电路。计算总电阻时，关键是正确判断两个电阻是串联、并联，还是既非串联又非并联。每个电阻都有两个端点。如果两个电阻各有一端相联，而且联接点上不再引出导线接其他元件，这两个电阻就是串联。串联时两电阻通过的电流必相等。如果一个电阻的两端分别与另一电阻的两端相联，而且联接点上还引出导线联接其他元件，这两个电阻就是并联。并联时两电阻上的电压必相等。例如图38中的R1与R4的联接方式既不保证它们的电流相等又不保证它们的电压相等，所以它们既非串联又非并联。而R3和R5的接法却满足并联定义，故可把它们的并联总电阻求出（30欧姆），以一个30欧姆的电阻代替R3和R5画成图b，依次一步步简化，最后便可求得RAB=30欧姆。