浅谈闭合电路欧姆定律的相关要点

浅谈闭合电路欧姆定律的相关要点

张思源

身份证号码：42062120000829xxxx

摘要：闭合电路欧姆定律反映了闭合电路中各量的关系，是解决电路问题的灵魂。为此，本文首先分析了闭合电路欧姆定律的相关定义及其定义下的相关概念，并就其定律的扩展进行了简要探讨。

关键词：闭合电路欧姆定律；定律扩展

1.闭合电路欧姆定律的定义

由能量转换与守恒定律，闭合电路中EIt=UIt+I2rt，即E=U+Ir，所以E=IR+Ir，得闭合电路欧姆定律的表达式I=E/（R+r），I表示电路中电流，E表示电动势，R表示外总电阻，r表示电池内阻。常用的变形式有E=I（R+r）；E=U外+U内；U外=E-Ir。

1.1因为当闭合电路有电流流动时，在外电路上，通过电流做功，把电能转换为其他形式的能量，而在内电路中，则通过非静电力做功，把电源内其他形式的能量转换为电能，这是一个能量转换与守恒的过程。

1.2闭合电路欧姆定律的导出不仅依据能量转换与守恒，还运用了部分电路欧姆定律，故定律的使用具有一定的条件，即只适用于外电路为纯电阻的电路。

1.3闭合电路欧姆定律反映了闭合电路中各量的关系，部分电路欧姆定律反映了一段电阻电路中各量的关系，它们是全局和局部的关系。在解决电路问题时，往往可用部分电路欧姆定律擦从局部突破，在解决部分电路问题时，也往往从全电路中找出局部各量的关系。

闭合电路欧姆定律说明了闭合电路中的电流取决于两个因素即电源的电动势和闭合回路的总电阻，这是一对矛盾在电路中的统一。变式E=U外+U内=I（R+r）则说明了在闭合电路中电势升和降是相等的。

2.闭合电路欧姆定律中的相关概念

2.1电源的电动势（E）

电源电动势就是电源没有接入电路时两极间的电压。对这个概念正确理解的关键是对“电源没有接入电路”这句话的理解和认识。“电源没有接入电路”有三种情况：

2.1.1电源确实没有与任何电路连接，这时电源两极间的电压就是电源的电动势。

2.1.2电源与外电路连接，但没有连通，电路没有形成电流，这时电源两极间的电压仍是电源的电动势。

2.1.3电源与外电路连接，只与电压表连接，形成了微小电流，由于电压表的内阻很大，通常被视为理想电压表。这时电压表的示数近似为电源电动势。

2.2外电压（U）、外电阻（R）

2.2.1外电压

①外电压也叫路端电压，是电源与外部电路连通时电源两端的电压。②外电压的大小等于通过外电路的电流与外电路电阻的乘积，即U=IR。

2.2.2外电阻（R）

这部分电路可能是由一个电阻或用电器组成，也可能是由多个电阻、用电器串联或并联而成。①对于由一个电阻或用电器组成的外部电路而言，外电阻（R）的值就是这个电阻或用电器的电阻值；②对于由多个电阻、用电器组成的电路要视具体情况，作具体的分析：由多个电阻或用电器串联而成的外部电路，R=R串；由多个电阻或用电器并联而成的外部电路，R=R并；由多个电阻或用电器混联而成的外部电路，R=R混，混联电路的电阻可以看成是由两大部分组成，R混=R串+R并，当然并联电阻将视具体电路来确定，如果电路中有多处出现并联，并联电阻等于各部分并联电路的并联电阻总和。

2.3内电压（U'）、（内电阻（r）

2.3.1内电阻（U'）就是电源内部电路两端的电压。

2.3.2内电阻（r）就是电源内部电路的电阻。

2.3.3内电压与内电阻的关系：U'=Ir

2.4短路电流

短路电流就是直接将电源两极用导线连接时电路中的电流，电源短路时外电阻零。

3.闭合电路欧姆定律的定律扩展分析

3.1电动势与电压的区别

电动势是对电源而言的，它描述移送单位电量时非静电力做功的多少，即移送1库电量时其他形式的能转化为电能的多少。

电压是对某一段电路而言的，它描述在这段电路中移送单位电量时电场力做功的多少，即移送1库电量时电能转化为其他形式能的多少。

两者是截然不同的物理量，万勿混淆，顺便指出，从能量转化观点来说，电势差、电压、电压降、电压损失等，都表示电场力移送单位电量时电能转化为其他形式能的多少，只不过是几种形式不同的说法而已，习惯上在静电学中常用“电势差”的说法；在电路问题中常用“电压”的说法；在串联分压电路中，常把分压电阻上的电压叫做“电压降”；在远距离输电问题中，输电导线上的电压是没有利用价值的，常叫做“电压损失”。

3.2能量转化

从能量转化观点看，闭合电路中同时进行着两种形式的能量转化：一种是把其他形式的能转化为电能，另一种是把电能转化为其他形式的能。设一个正电荷q，从正极出发，经外电路和内电路回转一周，则在内、外电路上能量的转化情况如下：

在外电路中，正电荷q是在电场力作用下克服外电阻的阻碍，从正极移向负极的，在此过程中电场力推动电荷做了功。设外电路的路端电压为U，那么正电荷由正极经外电路移送到负极的过程中，电场力所做的功为W外=qU，于是必有量值为qU的电能转化为其他形式的能量。

在内电路中，若电源电动势为E，在电源内部依靠非静电力把电量为q的正电荷从负极移送到正极的过程中，非静电力做的功为W非=qE，于是有量值为qE的其他形式的能转化为电能，同时，由于电源内部有内电阻，电流通过内电路时，在内电阻上有内电压U'，正电荷q通过内电路由负极附近移到正极附近的过程中，仍需依靠电场力的作用克服内电阻的阻碍而做功，使电荷q的一部分电势能转化为内能。

由于电荷q从正极出发，经过外电路和内电路回转一周，回到正极时，电势能不变，因此，根据能量转化和守恒定律，在闭合电路中，由于电场力移送电荷做功，使电能转化为其他形式的能（qU+qU'），应等于在内电路上由于非静电力移送电荷做功，使其他形式的能转化成的电势能（qε），因而qE=qU+qU'，即E=U+U'。

若外电路为纯电阻R，内电路的电阻为r，闭合电路中的电流强度为I，则U=IR，U'=Ir，代入上式即得闭合电路欧姆定律的表达式为I=E/（R+r）。

可见闭合电路欧姆定律是能的转化和守恒定律的必然结果。

3.3形成电流的条件

在一段部分电路中形成电流的条件是电路两端存在电压，部分电路欧姆定律揭示了某部分电路中的电流强度跟这部分电路的电压和电阻的关系。在闭合电路中形成电流的条件是电路中有电源，闭合电路欧姆定律揭示了闭合电路中的电流强度跟电源电动势和电路总电阻的关系。闭合电路欧姆定律的适用条件跟部分电路欧姆定律一样，都是只适用于金属导电和电解液导电。

结束语：总之，闭合电路中任一局部发生变化，将引起各处的电流和电压的变化。因此闭合电路欧姆定律作为一个整体，当闭合电路发生变化时，必须要从阻值变化的部分入手，由欧姆定律和串、并联电路特点判断整个电路的总电阻，干路电流和路端电压的变化情况，然后再深入到部分电路中，确定各部分电路中物理量的变化情况，从而更好地解决电路问题。

参考文献：

[1]姚平，王庆松.闭合电路欧姆定律的处理方案对比和思考[J].中学物理.2014.

[2]蔡侨才.闭合电路欧姆定律的应用[J].新课程学习.2014..

[3]郑江华.浅析闭合电路欧姆定律[J].试题与研究.2014.