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2.1 串联电路欧姆定律(L2)

欧姆定律及其应用 · 初三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 串联电路中,总电阻等于各分电阻之和,即 $R_{总} = R_1 + R_2 + \dots + R_n$。

从哪来 基于 5.1 电流与电压、电阻的关系(L2) 和 6.1 串联电路综合规律(L2-L3)。 *注:欧姆定律 $I=U/R$ 提供了电阻定义的数学基础;串联电路电流处处相等($I=I_1=I_2$)和总电压等于分电压之和($U=U_1+U_2$)是推导该公式的核心物理前提。*

为什么 电阻本质上是导体对电流的阻碍作用。 1. 物理图像:串联相当于增加了导体的长度。在材料和横截面积不变的情况下,导体越长,电阻越大。 2. 数学推导: * 由欧姆定律:$U_1 = I \cdot R_1$,$U_2 = I \cdot R_2$ * 由串联电压规律:$U = U_1 + U_2$ * 代入得:$I \cdot R_{总} = I \cdot R_1 + I \cdot R_2$ * 因为串联电流 $I$ 处处相等且不为0,两边同时除以 $I$,得 $R_{总} = R_1 + R_2$。 * 结论:串联电阻之和大于任一分电阻,因为总阻碍作用是所有阻碍作用的叠加。

【类比法:水管模型】** **适合学生
形象思维强、抽象代数推导困难的学生。 讲解:想象水流通过两段粗细不同的水管串联。第一段水管很窄(电阻大),第二段水管很宽(电阻小)。水流通过整个系统时,受到的总阻力是两段管子阻力之和。就像你走路,先过一段泥泞路(阻力大),再过一段水泥路(阻力小),你走的总路程(总阻力)是两段路程相加。串联电阻就是“路程”的累加。
【代数推导法:逻辑链条】** **适合学生
逻辑严密、擅长数学推导、喜欢探究本质的学生。 讲解:不要死记公式,要看作一个代数恒等式。 已知:$I_{总} = I_1 = I_2$ (串联电流特性) 已知:$U_{总} = U_1 + U_2$ (串联电压特性) 定义:$R = U/I$ 推导:$R_{总} = U_{总}/I_{总} = (U_1 + U_2) / I = (I \cdot R_1 + I \cdot R_2) / I = R_1 + R_2$。 强调:这个公式成立的前提是“电流相等”和“电压相加”,缺一不可。
【极端假设法:边界思维】** **适合学生
容易混淆串并联规律、需要建立直觉的学生。 讲解: 1. 假设 $R_2 = 0$(导线),则 $R_{总} = R_1 + 0 = R_1$。符合直觉,加一根导线不增加电阻。 2. 假设 $R_2$ 无穷大(断路),则 $R_{总}$ 无穷大。符合直觉,断了一处,整体不通。 3. 对比并联:并联时,$R_{总}$ 小于任一分电阻(因为增加了电流通道)。 结论:串联是“累加”,并联是“分流”。串联电阻越串越大,并联电阻越并越小。
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练一道
基础题
两个电阻 $R_1 = 5\Omega$ 和 $R_2 = 10\Omega$ 串联后接在 $15V$ 电源上。求电路中的电流 $I$ 和 $R_1$ 两端的电压 $U_1$。
变式
某电路由 $R_1$ 和 $R_2$ 串联组成。已知 $R_1 = 10\Omega$,电路总电流为 $0.5A$,$R_2$ 两端的电压为 $5V$。求电源电压 $U$。
试试手自己判
检测题
两个电阻 $R_1$ 和 $R_2$ 串联。若 $R_1 = 2R_2$,则 $R_1$ 两端的电压 $U_1$ 与 $R_2$ 两端的电压 $U_2$ 的关系是? A. $U_1 = U_2$ B. $U_1 = 2U_2$ C. $U_1 = 0.5U_2$ D. 无法确定
看答案和判分标准
答案:B
判对标准:
1. 学生能正确写出串联电流相等:$I_1 = I_2 = I$。
2. 学生能应用欧姆定律:$U_1 = I \cdot R_1$,$U_2 = I \cdot R_2$。
3. 学生能代入比例关系:$U_1 / U_2 = R_1 / R_2 = 2$。
4. 最终选择 B。若选 A,说明混淆了并联电压规律;若选 C,说明搞反了电阻与电压的正比关系。
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