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一根据电路中电流、电压的特征结合欧姆定律进行推导的方法:1串联电路电压的分配规律:如图1所示。设总电压为U,串联电阻R、R两端的电压分别为U、U,总电流为I,通过电阻R、R的电流分别为I、I,则由探究实验得出的串联电路的基本特点:I= I= I;U= U+ U;R=R+R。由欧姆定律公式I=变换U=IR可得:U= I R,U= I R,U=I R= I(R+ R)所以,=;=( I R)/ I(R+ R)= R/(R+ R);=( I R)/ I(R+ R)= R/(R+ R)。2并联电路电流的分配规律:如图2所示。设总电流为I,通过并联电阻R、R的电流分别为I、I,总电压为U,电阻R、R两端的电压分别为U、U。则由探究实验得出的并联电路的基本特点:I= I+I;U= U= U;R=。由欧姆定律公式I=可得:I=;I=;I=。所以=;=;=。二从能量的角度推导方法:1串联电路电压的分配规律:所设定的物理量如上图1所示。则电阻R、R消耗的电功率分别为P=,P=,整个串联电路消耗的总电功率为P= P+ P=+,这是一个电路总电功率P随变量电压U变化的一元二次函数,配方变形得P=(+)()+。由一元二次函数数学知识可知,这是一个图像在第一象限、开口向上,对称轴U=,顶点在(,)的一个一元二次函数图像。当电压U取不同值时,电路的总电功率P随之变化,但只有当=0,即=时,电路的总电功率才取最小值,最小值P=,条件是=,也正是上面推导的串联电路电压的分配规律,且总电功率的最小值P=正是串联电路实际消耗的电功率,串联电路中的电压是以使电路消耗总电功率最小的方式进行分压的。由U=U U代入=可得=,再将=和=两式相除得=。2并联电路电流的分配规律:所设物理量如图2所示。电阻R、R消耗的电功率分别为P=I R,P=I R=(II) R,整个并联电路消耗的总电功率为P= P+ P= I R+(II) R,这是一个电路总电功率P随变量电流I变化的一元二次函数,配方变形得P=I(R+ R)()+,由一元二次函数数学知识可知,这是一个图像在第一象限、开口向上,对称轴I=,顶点在(,)的一个一元二次函数图像。当电压I取不同值时,电路的总电功率P随之变化,但只有当=0,即=时,电路的总电功率才取最小值,最小值P=,条件是=,正是上面推导的并联电路电流的分配规律,且总电功率的最小值P=正是并联电路消耗的实际电功率。并联电路中的电流是以使电路消耗总电功率最小的方式进行分流的。由I=II代入=得=,再将=和=两式相除得=。由此从能量角度分析得到如下结论:在串、并联电路中,总电压或总电流及各段、支路电压、电流都是根据使该电路消耗总电功率最小的原理进行分配的。
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