B.5 · Ток и электрические цепи

Это пособие охватывает выбранные темы уровня HL для курса, впервые аттестованного в 2025; оно не является полной программой.

Предварительные требования: читать указанные количества и единицы, использовать арифметику и моделированные условия ниже.

Примеры являются оригинальными и вымышленными: они не представляют собой реальные измерения или реальные студенческие исследования.

Что могло бы объяснить это наблюдение?

• Лампа становится тусклее, когда к ней последовательно подключают другую. Сила тока и перенос энергии зависят от всей цепи, а не только от одной лампы.

Постройте модель

• Сила тока — это заряд, проходящий за единицу времени.
• Разность потенциалов — это энергия, передаваемая на единицу заряда.
• Сопротивление равно отношению разности потенциалов к силе тока для указанного рабочего режима.
• Ток: скорость потока заряда.
• Разность потенциалов: энергия, передаваемая на единицу заряда.

Выберите доказательства для проверки гипотезы

• Сила тока одинакова через элементы, соединённые последовательно.
• Разности потенциалов складываются вдоль последовательной цепи.
• При параллельном соединении ветви имеют общую разность потенциалов, а токи в ветвях суммируются в узле.

В лаборатории: подключите амперметр последовательно, а вольтметр — параллельно. Для исследования зависимости I-V изменяйте напряжение ступенями, при необходимости меняйте полярность и ограничивайте ток для снижения нагрева.

Работайте с известными величинами

• Дано: резистор имеет 6.0 В на своих зажимах и через него протекает 0.30 А.
• Используйте формулу R = V/I.
• R = 6.0/0.30 = 20 Ом.
• Мощность = VI.
• Мощность = 6.0×0.30 = 1.8 Вт.
• Эти величины описывают одну и ту же рабочую точку.

Попробуйте сами: Компонент имеет 12 В на своих зажимах и через него протекает 0.40 А. Найдите сопротивление.

Проверьте вывод и его границы применимости

• Ток не расходуется лампочкой.
• Нить накала нагревается, поэтому её сопротивление может меняться при изменении напряжения.

Неверно: Лампочка расходует электрический ток при прохождении заряда. Ток — это поток заряда, а заряд сохраняется: один и тот же ток входит в лампочку и выходит из неё. Лампочка переносит энергию от зарядов в тепло и свет; она не потребляет сами заряды.

Ключевые моменты:

• Сила тока — это заряд, проходящий за единицу времени.
• Сила тока одинакова через элементы, соединённые последовательно.
• Обратите внимание: ток не расходуется лампочкой.

Запишите на основе сопротивления в 36 Ом

• На компоненте напряжение 9 В и протекает ток 0.25 А.
• Найдите сопротивление и мощность. Лампа не «расходует» ток.

Запишите на основе мощности в 2.25 Вт

• На компоненте напряжение 9 В и протекает ток 0.25 А.
• P = VI = 2.25 W, checked by I²R with R = 36 ohm: 0.0625 × 36 = 2.25 W — two routes, one answer.

Запишите на основе разветвления последовательно-параллельной цепи

• Два 12-омных резистора: последовательно 24 Ом, параллельно 6 Ом.
• При последовательном соединении через оба протекает один ток; при параллельном — разветвляется. ОДНА И ТА ЖЕ пара, четыре варианта сопротивления.