李洁如 桑芝芳

(苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006)

直流电路中能量传输问题分析

李洁如 桑芝芳

(苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006)

很多学生甚至部分中学教师对在直流电路中的能量传输问题上存在错误认识。本文将从电磁场理论出发，从定性和定量两个角度来分析直流电路中能量传输问题，拓展师生视野，从而有效纠正其错误认识。

直流电路；能量传输；能流密度

1 问题的提出

图1 直流电路

如图1所示电路，当开关S闭合后，电阻R在t时间内产生热量为Q=I2Rt，关于这部分热量的来源问题和传输问题笔者调查了部分高中学生和中学教师，关于热量的来源问题96%的学生和所有教师都回答得较准确，热能(热量)是由电能转化而来的，电能是由电源供给的。但“电能如何从电源传输到电阻，从而供电阻消耗的”这个问题，有的教师和学生甚至回答“从没有思考过这个问题”；大部分学生和很多中学教师认为，电路中能量传输是电流所起的作用，电荷运动形成电流，因此通过电荷运动传输能量，电阻上消耗的能量是由运动电荷(载流子)的动能供给的。这个观点是否正确？电路中的能量到底是如何传输的呢？

2 问题分析

事实上，在电路中，物理系统的能量包括导线内部电子运动的动能和导线周围空间中电磁场的能量。既然电阻消耗的能量不是电子运动的动能，那么电阻消耗的能量应该是由导线周围电磁场传输的，下面将具体分析直流电路中的电磁场能量传输问题。……