本章我们将开始电压、电阻的学习。在预习开始前,建议自备好奇心与水果,建议橘子或是柠檬,又能吃又能发电!
一、电压:让电荷流动的"隐形推手"
电为什么会在电路中“流淌”?电压是电荷运动的幕后推手,许多电荷的运动也就形成了电流。
想象一条平缓的河流与湍急的瀑布,水位差就是水流的动力源。电压就是电世界的"水位差",单位为伏特(V)。干电池(1.5V)如同小山坡,家庭电路(220V)堪比巨型水坝,闪电则是自然界最狂暴的"电压瀑布"(可达百万伏特)。
我们可以使用电压表来测量某一段电路两端的电压,请记住下面的使用秘籍:
(1)并联测量:像给电路装血压计,不打断电流
(2)"红进黑出":红色接线柱接电源正极,黑色接负极
(3)量程选择:先试高档位(例如15V档),若示数小于低档位再换精细档(例如3V档)
实验发现:水果电池电压约0.5-1V,足够点亮LED却带不动计算器
二、电路中的电压分配法则
串联电路属于电压接力赛,总电压=各用电器电压之和(U=U₁+U₂……),对于电源也适用,电池组串联相当于各节电压和,例如2节1.5V电池叠加成3V系统。需要注意的是,虽然理论上不同电压、不同容量的电池(电源)串联后总电压相当于各节电池(电源)的电压和,但在实际应用中,这样的使用方式会产生诸如过充、过放以及化学类型冲突、内阻不匹配等等问题,所以是不建议这么使用的哦。
生活应用:电动车电池组、手电筒串联电池
并联电路当中电压是共享的,各支路电压与干路电压相等(U=U₁=U₂……),最典型的应用当属于家庭电路设计,所有的用电器都是并联接入供电干路中,所以每个用电器两端的电压都是220V。安全隐患警示:短路时电压直接加在导线上,可能引发火灾
三、电阻:电流的"减速装置"
即使是导体,也只是说明导电能力强,如果没有发生超导现象,对电荷流动都是存在阻碍的。实验表明,同种材料的电阻与其几何尺寸有关:1米铜线电阻是0.5米同规格铜线电阻的2倍;2mm²导线电阻只有1mm²电阻的一半。
为什么拒绝铁导线?因为铁的电阻率是铜的6倍,会大幅增加电能损耗。
四、变阻器:电路中的"智能阀门"
滑动变阻器结构四要素:瓷筒、电阻丝、滑片、接线柱,正确接法:"一上一下"原则(如接A、C两接线柱)。实验前将滑片移至阻值最大位置,使电路刚接通时电阻最大,电流最小,防止烧毁电路元器件。
五、必考实验重点标注
探究串联电路电压规律,关键数据记录:U总=U₁+U₂(误差<0.2V属正常),不同规格灯泡串联时,电阻大的灯泡分得更多电压,所以更加明亮。
影响电阻因素实验
控制变量要点:对比长度时需保持材料、横截面积相同。同理,对比不同横截面积、不同材料的影响时,要保证其他因素相同。
创新延伸:用激光笔照射光敏电阻,观察电流表变化
预习自测题:
为什么手机电池标称3.7V,充电器输出却是5V?
若把实验室滑动变阻器的金属杆两端接入电路,会产生什么现象?
尝试用5个柠檬制作水果电池,预估能点亮几个串联的红色LED?(每个LED需1.8V)
生活物理链接:
下次遇到跳闸时,观察配电箱里的空气开关——它正是利用过载时发热导致双金属片弯曲的原理切断电路,这个过程就涉及电压、电流、电阻的协同作用。
下章剧透:《欧姆定律》将揭示电压、电流、电阻的三角关系,掌握这个"电学宪法"就能解开所有直流电路的奥秘!
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