第十三章 简单电路（知识清单）物理沪粤版2024九年级上册

第十三章 简单电路（知识清单） 思维导图 13.1 两种电荷 一、电荷 1．电荷的定义：当物体展现出________纸屑、头发、羽毛等轻小物体的能力时，我们称该物体处于________状态，即拥有了电荷。这种带电现象在日常生活中也有体现，例如干燥天气下，用塑料梳子梳理头发后，梳子就能吸附碎纸屑，这便是物体________的直观表现。 2．摩擦起电：通过________的方式使原本不带电的物体________电荷，这一过程被称作摩擦起电。其实质是不同物质的原子核对核外电子的束缚能力不同，在摩擦过程中，电子从束缚能力弱的物体转________束缚能力________的物体上。例如，在实验室里，将橡胶棒与毛皮快速摩擦，橡胶棒会带上________电；把玻璃棒与丝绸反复摩擦，玻璃棒则会带上________电 。 3．两种电荷分类 正电荷：与用丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷性质相同的电荷被定义为________电荷。丝绸与玻璃棒摩擦时，玻璃棒的部分电子________到丝绸上，使得玻璃棒因缺少电子而带________电。 负电荷：与用毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷性质相同的电荷被定义为________电荷。在毛皮与橡胶棒摩擦的过程中，橡胶棒会从毛皮上________电子，从而使自身带上________电。 二、电荷间的相互作用 （一）规律：同种电荷互相________，异种电荷互相________ 将两根都用丝绸摩擦过（带正电）的玻璃棒靠近，会明显观察到它们相互________；而将用丝绸摩擦过的玻璃棒（带正电）与用毛皮摩擦过的橡胶棒（带负电）靠近时，二者会相互________。 （二）应用 验电器：验电器是实验室检验物体是否带电的常用工具，主要分为金属箔验电器和指针验电器。其工作原理基于________________________。当带电体接触验电器的金属球时，电荷会沿着金属杆传导到金属箔或指针上，使金属箔或指针带上同种电荷，由于同种电荷相互排斥，金属箔就会张开一定角度，或者指针发生偏转，且物体所带电荷越多，张开角度或偏转程度越大。 电荷间的吸引、排斥现象判断：在实际生活和科学研究中，我们可以通过观察物体间的吸引或排斥现象，判断物体是否带电以及所带电荷的种类。比如，已知一个物体带正电，若它与另一个物体相互吸引，那么另一个物体可能带________电，也可能________电；若相互排斥，则另一个物体一定带________电。 三、原子结构与带电本质 （一）原子构成 原子是构成物质的基本微粒，由位于中心的________和核外________组成。原子核由________和________构成，其中质子带________电，中子________电，因此原子核整体带________电；核外电子带________电，它们在原子核外的空间内围绕原子核做高速运动。不同原子的核外电子数和质子数不同，这决定了元素的种类和性质。 （二）带电原因 通常情况下，原子中电子数等于质子数，原子整体呈电中性，对外不显示带电性质。 当物体发生摩擦时，电子会发生________。束缚电子能力弱的物体，其电子会转移到束缚电子能力强的物体上。失去电子的物体，质子数大于电子数，整体带________电；得到电子的物体，电子数大于质子数，整体带________电。 示例：丝绸与玻璃棒摩擦时，由于玻璃棒对电子的束缚能力________，丝绸对电子的束缚能力________，所以玻璃棒上的部分电子会转移到丝绸上。这样，玻璃棒因失去电子而带正电，丝绸因得到电子而带负电 四、放电现象 闪电：闪电是一种大规模的瞬间放电现象，通常发生在带________种电荷的云层之间，或者带电云层与大地之间。在云层的形成和运动过程中，不同云层会因摩擦、感应等原因带上不同种类的电荷。当云层间或云层与大地间的电场强度达到一定程度时，空气被击穿，形成导电通道，电荷瞬间大量中和，产生强烈的光和热，这就是我们看到的闪电，同时伴随的巨大声响就是雷声。 尖端放电：当物体带电时，在物体的尖端部位，电荷会大量聚集，使得尖端附近的电场强度特别大。当电场强度超过空气的击穿强度时，空气就会被电离，形成导电通道，电荷从尖端释放到周围空间，这种现象就叫做尖端放电。例如，在高压输电线上安装的避雷针，其尖端设计就是利用尖端放电原理，将云层中的电荷提前中和，避免雷电直接袭击建筑物 。 生活中的火花放电：在日常生活中，我们也经常能观察到火花放电现象。比如，在干燥的秋冬季节，当我们脱下毛衣时，常常会听到 “噼啪” 声，并看到微小的火花，这是因为毛衣与其他衣物或身体摩擦后带上了电荷，在分离的瞬间，电荷发生中和，产生了火花放电 。五、静电现象的应用与防止 （一）应用 静电喷涂：在静电喷涂工艺中，将待喷涂物件接地，使其带上一种电荷（通常为正电荷），同时让油漆微粒在喷枪处带上相反电荷（通常为负电荷）。由于异种电荷相互吸引，带电的油漆微粒就会被吸附到待喷涂物件表面，从而实现均匀喷涂。这种方法不仅可以提高油漆的利用率，还能使涂层更加均匀、牢固。 静电除尘：静电除尘设备利用静电现象来去除空气中的尘埃等颗粒物。在静电除尘器中，设置有带正电的金属网和带负电的电极。当含尘空气通过时，尘埃颗粒会因与空气摩擦或感应而带上负电，然后在电场力的作用下被吸引到带正电的金属网上，从而达到净化空气的目的。这种方法广泛应用于工厂的废气处理、空气净化等领域。 静电复印：静电复印机的工作原理基于静电现象。首先，在硒鼓表面通过充电装置使其带上正电荷，然后利用光学系统将原稿上的图像投射到硒鼓表面，使硒鼓表面受光部分的电荷消失，形成与原稿相对应的静电潜像。接着，带负电的墨粉被吸附到静电潜像上，使潜像显影。最后，通过转印装置将墨粉图像转印到复印纸上，并经过定影处理，使墨粉牢固地附着在复印纸上，从而完成复印过程 。 （二）防止 避雷针：避雷针是防止雷电危害的重要装置，通常安装在建筑物的顶部。它利用尖端放电原理，当带电云层靠近时，避雷针的尖端会聚集大量电荷，与云层之间形成较强的电场，使空气电离，形成导电通道，将云层中的电荷逐渐中和并引入大地，从而避免雷电直接袭击建筑物，保护建筑物和内部人员、设备的安全。 油罐车拖铁链：油罐车在运输燃油过程中，由于燃油与罐体不断摩擦，会产生大量静电。如果静电不能及时导走，积累到一定程度就可能产生电火花，引发燃油爆炸。因此，油罐车尾部通常会拖着一条铁链，铁链与大地接触，将油罐车在行驶过程中因摩擦产生的电荷及时传导到大地，避免静电积累，确保运输安全。 六、静电现象的应用与防止 （一）摩擦起电实验 实验操作：在干燥的环境中，用塑料梳子在干燥的化纤衣服上快速反复摩擦多次，或者将玻璃棒与丝绸紧密接触并相互摩擦一段时间。 实验现象：摩擦后的塑料梳子或玻璃棒能够吸引纸屑、碎头发等轻小物体。这是因为在摩擦过程中，物体发生了电子转移，从而带上了电荷，带电体具有________________的性质。 （二）电荷相互作用实验 实验操作：分别用丝绸摩擦两根玻璃棒，使其都带上正电；用毛皮摩擦两根橡胶棒，使其都带上负电；再用丝绸摩擦一根玻璃棒，用毛皮摩擦一根橡胶棒。然后将两根带正电的玻璃棒、两根带负电的橡胶棒、带正电的玻璃棒与带负电的橡胶棒依次靠近。 实验现象：两根带正电的玻璃棒靠近时，会相互________；两根带负电的橡胶棒靠近时，同样相互________；而带正电的玻璃棒与带负电的橡胶棒靠近时，则会相互________。该实验直观地验证了同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的规律。 七、易错点辨析 1．带电体吸引轻小物体时，轻小物体可能不带电。因为带电体不仅能吸引带异种电荷的物体，还能吸引不带电的轻小物体。这是由于带电体周围存在电场，不带电的轻小物体在电场作用下，内部电荷会发生重新分布，靠近带电体的一端会感应出与带电体异种的电荷，从而产生吸引力 。 2．摩擦起电的本质不是创造电荷，而是电子的转移。在摩擦过程中，并没有新的电荷产生，只是不同物体间的电子发生了转移，使得一个物体失去电子带正电，另一个物体得到电子带负电 。整个过程中，电荷的总量始终保持不变，遵循电荷守恒定律。 13.2 电路的组成和连接方式 一、电路的基本概念 （一）电路的定义 电路是由导线将电源、________、开关等电路元件按一定方式连接，形成的电流闭合通路。作为电能传输与转换的基础载体，电路通过合理配置各元件，实现能量分配与功能执行，是现代电路系统运行的核心架构。 （二）电路的组成要素 电源：作为电路能量供应的核心部件，电源通过能量转换机制为电路提供电能。化学电源（如干电池）基于电化学反应实现化学能到电能的转化；而发电机等物理电源，则通过电磁感应原理将机械能等其他形式的能量转换为电能，广泛应用于电力系统。 用电器：用电器是实现电能转换的终端设备，通过电流驱动实现能量形式转换。以白炽灯泡为例，其利用电流热效应将电能转化为光能；而电视机、电冰箱等复杂电器，则分别实现电能到声能、光能、机械能的转换，满足多样化的社会需求。 开关：开关作为电路通断控制装置，通过机械或电子方式实现电路连接状态的切换。当开关闭合时，电路形成通路使电流流通；开关断开时，电路开路切断电流路径。常见开关类型包括拨动开关、按钮开关等，广泛应用于各类电路控制系统。 导线：导线采用铜、铝等高导电率金属作为内芯，外层包裹绝缘材料，用于连接电路各元件形成电流通路。其主要功能是实现电能的高效传输，同时通过绝缘层保障用电安全。 （三）常见电路 输电线路：输电线路是大规模电能传输系统，由高压输电线路、变电站等组成。通过高压输电技术降低线路损耗，实现发电端到用电端的长距离电能输送，保障城乡电力供应。 电子线路：电子线路是电子设备的核心组成部分，集成电阻、电容、晶体管等电子元件，通过复杂拓扑结构实现信号处理、放大、存储等功能，广泛应用于通信、计算机等现代电子技术领域。 家庭电路：家庭电路是民用电力分配系统，采用并联连接方式为各类家用电器供电。通过配置保险丝、漏电保护器等安全装置，在保障各电器独立运行的同时，确保用电安全。 二、电路的三种状态 （一）通路 当电路连接完成且开关闭合时，电流能够在整个电路中正常流通，形成闭合回路。在此状态下，电路各元件正常工作，用电器实现预定功能，如照明设备发光、电器设备运行等。 （二）开路（断路） 开路状态是指电路在某处断开，导致电流无法形成完整回路的情况。常见原因包括开关未闭合、导线断裂或连接松动等。处于开路状态的电路无法为用电器供电，导致设备停止工作，如灯丝熔断导致灯泡熄灭。 （三）短路 定义：短路分为电源短路和局部短路。电源短路指导线直接连接电源两极，导致电流绕过负载直接形成回路；局部短路则是指用电器或电路部分被短接，导致电流未按预定路径流通。 危害：根据欧姆定律，短路时电路电阻急剧减小，在电源电压不变的情况下，电流会显著增大。过大的短路电流会导致电源和导线产生大量焦耳热，可能引发设备烧毁甚至火灾等严重事故。 注意事项：在电路设计与实验操作中，必须严格避免电源短路情况。实验过程中需遵循规范操作流程，正确连接电路，确保实验设备与人员安全。 三、电路图 （一）定义 电路图是使用标准电路符号表示电路连接关系的图形化工具。作为电路设计与分析的重要载体，电路图清晰呈现各元件的连接方式和拓扑结构，为电路原理理解、故障诊断和系统设计提供可视化支持。 （二）画电路图的要求 使用标准电路符号：为确保电路图的通用性和规范性，每个电路元件均对应特定的国家标准符号。例如，电源符号 “” 中长线段代表正极，短线段代表负极；灯泡使用 “” 符号表示。绘图时必须严格遵循标准，禁止使用非规范符号。 规范连线绘制：电路图中导线应采用水平或垂直方式绘制，避免斜线或曲线。导线交叉时，无连接关系的交叉点不做标记；存在电路连接的交叉点需添加圆点标识，确保连接关系清晰准确。 保持图面规范美观：合理布局电路元件，避免过于密集或松散。去除冗余线条，保持图面简洁清晰，并通过调整符号大小和间距提升图纸规范性和可读性。 四、电路的连接方式 （一）串联电路 串联电路是将多个用电器首尾依次连接，形成单一电流通路的电路结构。在串联电路中，电流从电源________极出发，依次流经各用电器后回到________极，典型应用如节日装饰小彩灯串。电路中任一元件故障都会导致整个电路断路，影响其他元件正常工作。同时，串联电路中的开关无论位置如何，均可控制整个电路的通断。 （二）并联电路 并联电路是将多个用电器并列连接，形成多条电流支路的电路结构。各用电器两端分别连接至电源两极，电流在分支点分流，经各支路后在另一分支点汇合。并联电路中，干路电流等于各支路电流之和，各支路用电器独立工作互不影响，家庭电路中的电器连接即为典型的并联结构。各支路电流独立，支路用电器故障不影响其他支路正常工作。电路中干路开关控制整个电路，支路开关仅控制对应支路，实现分级控制功能。 13.3 电流与电流的测量 一、电流的认识 （一）电流的形成 依据电磁学基本原理，电流是导体中电荷作定向运动的物理现象。在金属导体体系内，自由电子（带负电荷）的定向迁移构成电流载体，其运动方向与电流方向呈反向关系；而在电解液等特殊导体中，正、负离子以相向运动的方式共同参与电流的形成过程。此现象可类比于车流、水流的定向运动，便于理解其本质特征。 （二）电流的方向 国际电工委员会（IEC）规定，电流方向以正电荷定向移动方向为基准。在闭合电路中，电流自电源正极出发，依次流经开关、导线及负载等元件后返回电源负极；而在电源内部，基于非静电力做功机制，电流方向表现为从负极至正极，从而维持电路的电流循环。 二、电流的强弱 （一）表示与单位 电流物理量符号：I 国际单位制（SI）单位：________（A），为纪念法国物理学家安培而命名 常用衍生单位：毫安（mA）、微安（μA） 单位换算关系：1mA = ________ A 1μA = ________A 换算原则：大单位转换为小单位需乘以进率（如 1 A = 1×103mA），小单位转换为大单位需除以进率（如 1000μA = 1000÷10-6A = 1×10-3 A） （二）典型电流数值参考 应用场景 电流值范围 应用场景 电流值范围 计算器 约100 μA 电饭煲 约2A 手电筒、写字台灯 约0.2A 家用空调 约5A 家用电冰箱 约1A 雷电现象 可达104A 注：人体安全电流阈值通常不超过30mA，干燥环境下人体电阻约为104~105Ω，潮湿环境中电阻显著降低，因此湿手接触电器存在更高触电风险。 三、电流的测量（电流表的使用） （一）测量仪器 电流表作为电流测量的专用仪器，其电路符号为。该仪器由灵敏电流计与分流电阻构成，通过分流原理实现多量程测量功能。。 （二）实验室电流表技术参数 双量程设计：0~ 0.6 A和________A，共用负极（-）接线柱 分度值：0~ 0.6 A量程：0.02A/格；0 ~3A量程：0.1A/格 量程选择依据：以0.2A 电流测量为例，0 ~0.6A量程指针偏转10格（满偏的1/3），0~ 3A量程仅偏转2格（满偏的1/15），故小量程测量具备更高精度。 （三）操作规范 1．仪器校准：使用前需检查指针是否归零，若存在偏移需进行机械________；未调零时测量值计算方法为：测量值=读数-初始偏移值 2．电路连接：必须________接入被测电路，确保电流从________接线柱流入，________接线柱流出；反接将导致指针反向偏转，可能损坏仪器 3．量程选择：测量前预估电流大小选择合适量程；无法预估时，采用大量程________法，根据指针摆动幅度调整量程 4．安全注意事项：严禁将电流表直接跨接于电源两极，因电流表内阻近似为零，直接连接将导致________，引发过流损坏。 四、电流测量实验规范 1．仪器准备：进行电流表机械调零；若缺乏专用旋钮，可通过断开电路观察指针回零状态。 2．电路搭建：根据预估电流选择量程≤0.6A选0~0.6A量程，0.6A~3A选0 ~3A量程，按电流流向串联接入电路，确保正负极连接正确。 3．数据读取：闭合开关后，优先采用小量程测量以减小读数误差；读数时视线需垂直于表盘，避免视差影响。 4．故障排查：①指针无偏转（或偏转角度过小）：可能原因________________________；②指针满偏（或偏转超出最大量程）：可能原因________________________________；③指针反偏：________________________________。 五、知识要点总结 1．电流方向：以正电荷定向移动方向为基准，外电路中电流由正极流向负极，电源内部方向相反； 2．电流表操作核心：遵循 "调零——串联——正进负出——量程适配——禁止短路" 原则； 3．量程选择策略：优先选用小量程以提高测量精度，试触法为有效预判手段； 4．常见错误规避：明确区分电流方向与电子运动方向，避免电流表并联或极性接反。 13.4 串联、并联电路中电流的特点 一、串联电路中电流的特点 1．核心结论：在串联电路中，电路中各位置的电流呈现恒等特性，即IA=IB=IC。从电荷迁移理论角度分析，在串联闭合回路内，自由电荷在电场力作用下产生定向移动，由于电路拓扑结构不存在分支节点，单位时间内通过电路任意横截面的电荷量保持恒定，由此形成电流处处相等的物理现象。 2．实验设计要点： 测量点布局：在串联电路实验装置中，需选取多个特征位置（如 A、B、C处）进行电流参数测量。为增强实验结果的可视化与可追溯性，建议在电路图中标注具体测量点位，如下图所示。根据串联电路电流特性，即使变更测量位置，所获电流数据仍保持一致性。 实验操作规范：在电路连接过程中，需合理选择电流表量程，推荐采用 "先大量程________，后小量程精测" 的操作流程。具体而言，首先选用 0~3A 量程进行试触操作，若指针偏转角度未达满刻度的 1/3，则需切换至 0~0.6A 量程进行精确测量。分别对各测量点电流进行采集，并通过更换不同额定参数的灯泡（如 "2.5V 0.3A" 与 "3.8V 0.3A"）或调整电源电压（设置 3V、4.5V、6V 等测试工况），重复开展2~3组实验，相关测量数据如下表所示，以验证实验结论的________。 实验次数 A点电流IA（A） B点电流IB（A） C点电流IC（A） 1 0.2 0.2 0.2 2 0.3 0.3 0.3 3 0.25 0.25 0.25 特性归纳：串联电路具有单一路径的拓扑特征，电流在传输过程中不存在分流现象。这一特性与流体力学中，水流通过等截面管道时流量保持恒定的原理具有相似性。基于此特性，串联电路中各电路元件的工作状态存在强耦合关系，任意位置出现断路故障，将导致整个电路系统失效。 二、并联电路中电流的特点 1．核心结论：在并联电路系统中，干路电流与各支路电流满足代数和关系，即IA=IB+IC（其中IA代表干路电流，IB、IC分别代表各支路电流）。从电路拓扑角度理解，干路电流相当于总电流通量，各支路电流则为分流后的子通量，总通量等于各分支通量的叠加。 2．实验设计要点： 测量点布局：在并联电路实验装置中，需分别对干路（如 A 处）及各支路（如 B、C 处）进行电流测量。建议采用 "节点分析法" 对电路节点进行标注，明确区分干路与支路的测量位置，参考电路图如下： 实验操作规范：连接电路时，需严格遵循 "先串联后并联" 的顺序，避免短路。同时合理选择电流表量程，采用逐步调试的测量方式。完成首次测量后，通过更换不同规格的负载元件（如不同电阻值的 LED 灯）或调整电源参数，重复多组实验以验证结论的________。 特性归纳：并联电路由干路和多条支路组成，电流在干路处分流进入各支路。这种结构使得各支路负载元件可独立工作，某一支路故障不会影响其他支路正常运行。这也是家庭电路采用并联连接，保障用电设备独立运行和系统稳定的理论依据。 三、记忆口诀 串联电路电流特性：路径单一电流恒 并联电路电流特性：干路电流支路和 采用 "串联如糖葫芦电流均一，并联似多岔路电流汇聚" 的形象比喻，有助于加深知识记忆。 13.5 电压与电压的测量 一、电压的基本概念 （一）电压的作用机制 根据电路理论，闭合电路中电流的形成需以电路两端存在电势差（即电压）为前提条件。电压作为驱动自由电荷定向移动的动力源，其本质是电源正负极间因电荷分布不均产生的电势差。可将其类比为流体力学中水管两端的压力差，压力差促使水流产生，而电压则促使电流在电路中流动。 （二）电源的功能与分类 电源作为电路系统中不可或缺的组件，兼具提供电压与电能转换的双重功能。常见电源类型涵盖化学电源（如干电池、纽扣电池、蓄电池）及物理电源（如发电机）。其中，化学电源通过电化学反应实现化学能与电能的双向转换；发电机则基于电磁感应原理，将机械能高效转化为电能，广泛应用于各类发电场景。 二、电压的单位体系与典型值 （一）单位制与换算关系 在国际单位制（SI）中，电压以字母________表示，主单位为________（符号V）。其衍生单位包括千伏（kV）、毫伏（mV）及微伏（μV），换算关系如下：1kV=________ V，1mV=________V，1V=________μV。不同应用场景中，电压量级差异显著，高压输电采用千伏级，而电子信号处理常涉及毫伏乃至微伏级。 （二）常见电压参数 干电池：标准电压为1.5V，广泛应用于便携式电子设备。 庭电路：我国采用220 V、50 Hz的交流电制式，需严格遵循电路安全规范操作。 安全电压：人体安全电压阈值为不超过36 V，潮湿环境下建议降至24 V或12 V。 锂离子电池：手机用锂电池标称电压约3.7 V，满电电压可达4.2 V。 工业用电：三相四线制供电系统电压为380 V，适用于大功率工业设备。 雷电现象：瞬间峰值电压可达106 V，需通过避雷装置防护。 三、电压表的操作规范 （一）测量原理 电压表基于欧姆定律，通过测量高阻值电阻上的电流，经计算间接获取电压值，本质为高内阻电流表。 （二）使用准则 1．校准流程：使用前需检查指针是否归零，通过调节表盘调零旋钮完成________。 2．电路连接：应采用________方式接入被测电路，利用并联电路各支路电压相等的特性实现准确测量。串联接入会因高内阻导致电路断路。 3．电流流向：确保电流从 ________接线柱流入，从________接线柱流出，避免指针反向偏转损坏仪表。 4．量程选择 ①实验室常用双量程电压表0～3V，分度值0.1V；0～15V，分度值0.5V。 ②根据预估电压值选择量程，未知时采用________法：若指针偏转不足满量程的1/3，需换小量程；若超量程则需换大量程。 四、干电池电压测量实验 串联电压特性：依据电路叠加原理，串联电池组总电压等于各单体电池电压代数U总= U1+U2+……+Un。电压升高将导致串联电路电流相应增大。 量程优化策略：测量单节干电池1.5V宜选用0~3 V量程以提高测量精度；测量多节串联电池组（如3节4.5V、3个蓄电池6 V）应采用0 ~15 V量程，避免量程失配造成测量误差或仪器损坏。 五、核心理论要点 电压是驱动电荷定向移动形成电流的必要条件，电源是电压的载体。 电压表操作需严格遵循 “并联接入、正进负出、量程适配” 原则。 串联电路电压遵循U总= U1+U2+……+Un的分压规律，是电路分析的基础理论。 13.4 串联、并联电路中电压的特点 一、串联电路中的电压 1．探究问题：在串联电路中，研究灯泡L1、L2两端的电压U1、U2与串联后总电压U之间的关系。 2．实验设计要点： 电路图绘制：运用导线将电源、开关、灯泡L1、灯泡L2进行依次串联连接。将电压表分别并联于L1两端以测量U1，并联于L2两端以测量U2，并联于电源两端以测量总电压U。通过实物连接图与等效电路图两种表现形式，辅助学生理解电路结构。 多次实验：实验过程中，需通过更换不同规格的灯泡或调整电源电压进行重复实验，以此规避实验结果的偶然性，使实验结论________________。可分别选取 “小电阻+大电阻”、“小电阻+小电阻”、“大电阻+大电阻” 的灯泡组合，同时采用 2V、3V、4.5V 等不同电源电压进行实验，每组实验至少获取 3 组测量数据。 核心结论：依据能量守恒原理，电荷在串联电路中移动时，电场力做功总量等于各部分电路电场力做功之和，由此可得串联电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压________。 公式：U=U1 +U2（其中U为总电压，U1、U2为各部分电路电压）。当电路中存在多个用电器串联时，该公式可拓展为U=U1 +U2+……+ Un。 二、并联电路中的电压 1．探究问题：在并联电路中，探究灯泡L1两端电压U1、L2两端电压U2与电源两端总电压U的关系。 2．实验设计要点： 电路图设计：将电源、开关与灯泡L1、L2构建为并联电路，分别使用电压表测量L1支路电压、L2支路电压以及电源两端总电压。着重标注电压表的并联位置，并强化电流路径的分析。 多次实验：通过多次更换灯泡规格或电源电压开展实验，从而验证结论的普遍性。可采用不同功率的灯泡组合，如 “10Ω+20Ω”、“5Ω+15Ω” 等，同时调整电源电压，记录不同实验条件下的电压数据。 核心结论：基于静电场中电势差的基本规律，并联电路各支路两端电势差相同，因此在并联电路中，各支路两端的电压等于电源两端的电压。 公式：U=U1 =U2（其中U为电源总电压，U1、U2为各支路电压）。对于具有多条支路的并联电路，公式可表示为U=U1 =U2 = …… = Un。 三、实验注意事项 电压表使用规范：在进行电压测量时，必须保证电压表与被测电路实现并联连接，并且 “+”“-” 接线柱连接准确无误。若接线柱连接错误，电压表指针将会反向偏转，可能导致电表损坏。 数据处理要求：为避免单次实验数据的偶然性，实验过程中需进行多次测量（如在探究串联电压关系时，需换用不同规格灯泡重复测量，对应习题 1 答案为 C）。建议采用表格形式对实验数据进行记录，并计算数据平均值，同时深入分析误差产生的原因。 四、规律总结（便于记忆） 串联电压规律：呈现 “和” 关系，即总电压等于各部分电压之和（U=U1 +U2）。记忆口诀：串联分压，电压相加。 并联电压规律：呈现 “等” 关系，即各支路电压等于总电压（U=U1 =U2）。记忆口诀：并联等压，电压相同。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十三章 简单电路（知识清单） 思维导图 13.1 两种电荷 一、电荷 1．电荷的定义：当物体展现出吸引纸屑、头发、羽毛等轻小物体的能力时，我们称该物体处于带电状态，即拥有了电荷。这种带电现象在日常生活中也有体现，例如干燥天气下，用塑料梳子梳理头发后，梳子就能吸附碎纸屑，这便是物体带电的直观表现。 2．摩擦起电：通过摩擦的方式使原本不带电的物体获得电荷，这一过程被称作摩擦起电。其实质是不同物质的原子核对核外电子的束缚能力不同，在摩擦过程中，电子从束缚能力弱的物体转移到束缚能力强的物体上。例如，在实验室里，将橡胶棒与毛皮快速摩擦，橡胶棒会带上负电；把玻璃棒与丝绸反复摩擦，玻璃棒则会带上正电 。 3．两种电荷分类 正电荷：与用丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷性质相同的电荷被定义为正电荷。丝绸与玻璃棒摩擦时，玻璃棒的部分电子转移到丝绸上，使得玻璃棒因缺少电子而带正电。 负电荷：与用毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷性质相同的电荷被定义为负电荷。在毛皮与橡胶棒摩擦的过程中，橡胶棒会从毛皮上夺取电子，从而使自身带上负电。 二、电荷间的相互作用 （一）规律：同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引 将两根都用丝绸摩擦过（带正电）的玻璃棒靠近，会明显观察到它们相互排斥；而将用丝绸摩擦过的玻璃棒（带正电）与用毛皮摩擦过的橡胶棒（带负电）靠近时，二者会相互吸引。 （二）应用 验电器：验电器是实验室检验物体是否带电的常用工具，主要分为金属箔验电器和指针验电器。其工作原理基于同种电荷相互排斥。当带电体接触验电器的金属球时，电荷会沿着金属杆传导到金属箔或指针上，使金属箔或指针带上同种电荷，由于同种电荷相互排斥，金属箔就会张开一定角度，或者指针发生偏转，且物体所带电荷越多，张开角度或偏转程度越大。 电荷间的吸引、排斥现象判断：在实际生活和科学研究中，我们可以通过观察物体间的吸引或排斥现象，判断物体是否带电以及所带电荷的种类。比如，已知一个物体带正电，若它与另一个物体相互吸引，那么另一个物体可能带负电，也可能不带电；若相互排斥，则另一个物体一定带正电。 三、原子结构与带电本质 （一）原子构成 原子是构成物质的基本微粒，由位于中心的原子核和核外电子组成。原子核由质子和中子构成，其中质子带正电，中子不带电，因此原子核整体带正电；核外电子带负电，它们在原子核外的空间内围绕原子核做高速运动。不同原子的核外电子数和质子数不同，这决定了元素的种类和性质。 （二）带电原因 通常情况下，原子中电子数等于质子数，原子整体呈电中性，对外不显示带电性质。 当物体发生摩擦时，电子会发生转移。束缚电子能力弱的物体，其电子会转移到束缚电子能力强的物体上。失去电子的物体，质子数大于电子数，整体带正电；得到电子的物体，电子数大于质子数，整体带负电。 示例：丝绸与玻璃棒摩擦时，由于玻璃棒对电子的束缚能力较弱，丝绸对电子的束缚能力较强，所以玻璃棒上的部分电子会转移到丝绸上。这样，玻璃棒因失去电子而带正电，丝绸因得到电子而带负电 四、放电现象 闪电：闪电是一种大规模的瞬间放电现象，通常发生在带异种电荷的云层之间，或者带电云层与大地之间。在云层的形成和运动过程中，不同云层会因摩擦、感应等原因带上不同种类的电荷。当云层间或云层与大地间的电场强度达到一定程度时，空气被击穿，形成导电通道，电荷瞬间大量中和，产生强烈的光和热，这就是我们看到的闪电，同时伴随的巨大声响就是雷声。 尖端放电：当物体带电时，在物体的尖端部位，电荷会大量聚集，使得尖端附近的电场强度特别大。当电场强度超过空气的击穿强度时，空气就会被电离，形成导电通道，电荷从尖端释放到周围空间，这种现象就叫做尖端放电。例如，在高压输电线上安装的避雷针，其尖端设计就是利用尖端放电原理，将云层中的电荷提前中和，避免雷电直接袭击建筑物 。 生活中的火花放电：在日常生活中，我们也经常能观察到火花放电现象。比如，在干燥的秋冬季节，当我们脱下毛衣时，常常会听到 “噼啪” 声，并看到微小的火花，这是因为毛衣与其他衣物或身体摩擦后带上了电荷，在分离的瞬间，电荷发生中和，产生了火花放电 。五、静电现象的应用与防止 （一）应用 静电喷涂：在静电喷涂工艺中，将待喷涂物件接地，使其带上一种电荷（通常为正电荷），同时让油漆微粒在喷枪处带上相反电荷（通常为负电荷）。由于异种电荷相互吸引，带电的油漆微粒就会被吸附到待喷涂物件表面，从而实现均匀喷涂。这种方法不仅可以提高油漆的利用率，还能使涂层更加均匀、牢固。 静电除尘：静电除尘设备利用静电现象来去除空气中的尘埃等颗粒物。在静电除尘器中，设置有带正电的金属网和带负电的电极。当含尘空气通过时，尘埃颗粒会因与空气摩擦或感应而带上负电，然后在电场力的作用下被吸引到带正电的金属网上，从而达到净化空气的目的。这种方法广泛应用于工厂的废气处理、空气净化等领域。 静电复印：静电复印机的工作原理基于静电现象。首先，在硒鼓表面通过充电装置使其带上正电荷，然后利用光学系统将原稿上的图像投射到硒鼓表面，使硒鼓表面受光部分的电荷消失，形成与原稿相对应的静电潜像。接着，带负电的墨粉被吸附到静电潜像上，使潜像显影。最后，通过转印装置将墨粉图像转印到复印纸上，并经过定影处理，使墨粉牢固地附着在复印纸上，从而完成复印过程 。 （二）防止 避雷针：避雷针是防止雷电危害的重要装置，通常安装在建筑物的顶部。它利用尖端放电原理，当带电云层靠近时，避雷针的尖端会聚集大量电荷，与云层之间形成较强的电场，使空气电离，形成导电通道，将云层中的电荷逐渐中和并引入大地，从而避免雷电直接袭击建筑物，保护建筑物和内部人员、设备的安全。 油罐车拖铁链：油罐车在运输燃油过程中，由于燃油与罐体不断摩擦，会产生大量静电。如果静电不能及时导走，积累到一定程度就可能产生电火花，引发燃油爆炸。因此，油罐车尾部通常会拖着一条铁链，铁链与大地接触，将油罐车在行驶过程中因摩擦产生的电荷及时传导到大地，避免静电积累，确保运输安全。 六、静电现象的应用与防止 （一）摩擦起电实验 实验操作：在干燥的环境中，用塑料梳子在干燥的化纤衣服上快速反复摩擦多次，或者将玻璃棒与丝绸紧密接触并相互摩擦一段时间。 实验现象：摩擦后的塑料梳子或玻璃棒能够吸引纸屑、碎头发等轻小物体。这是因为在摩擦过程中，物体发生了电子转移，从而带上了电荷，带电体具有吸引轻小物体的性质。 （二）电荷相互作用实验 实验操作：分别用丝绸摩擦两根玻璃棒，使其都带上正电；用毛皮摩擦两根橡胶棒，使其都带上负电；再用丝绸摩擦一根玻璃棒，用毛皮摩擦一根橡胶棒。然后将两根带正电的玻璃棒、两根带负电的橡胶棒、带正电的玻璃棒与带负电的橡胶棒依次靠近。 实验现象：两根带正电的玻璃棒靠近时，会相互排斥；两根带负电的橡胶棒靠近时，同样相互排斥；而带正电的玻璃棒与带负电的橡胶棒靠近时，则会相互吸引。该实验直观地验证了同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的规律。 七、易错点辨析 1．带电体吸引轻小物体时，轻小物体可能不带电。因为带电体不仅能吸引带异种电荷的物体，还能吸引不带电的轻小物体。这是由于带电体周围存在电场，不带电的轻小物体在电场作用下，内部电荷会发生重新分布，靠近带电体的一端会感应出与带电体异种的电荷，从而产生吸引力 。 2．摩擦起电的本质不是创造电荷，而是电子的转移。在摩擦过程中，并没有新的电荷产生，只是不同物体间的电子发生了转移，使得一个物体失去电子带正电，另一个物体得到电子带负电 。整个过程中，电荷的总量始终保持不变，遵循电荷守恒定律。 13.2 电路的组成和连接方式 一、电路的基本概念 （一）电路的定义 电路是由导线将电源、用电器、开关等电路元件按一定方式连接，形成的电流闭合通路。作为电能传输与转换的基础载体，电路通过合理配置各元件，实现能量分配与功能执行，是现代电路系统运行的核心架构。 （二）电路的组成要素 电源：作为电路能量供应的核心部件，电源通过能量转换机制为电路提供电能。化学电源（如干电池）基于电化学反应实现化学能到电能的转化；而发电机等物理电源，则通过电磁感应原理将机械能等其他形式的能量转换为电能，广泛应用于电力系统。 用电器：用电器是实现电能转换的终端设备，通过电流驱动实现能量形式转换。以白炽灯泡为例，其利用电流热效应将电能转化为光能；而电视机、电冰箱等复杂电器，则分别实现电能到声能、光能、机械能的转换，满足多样化的社会需求。 开关：开关作为电路通断控制装置，通过机械或电子方式实现电路连接状态的切换。当开关闭合时，电路形成通路使电流流通；开关断开时，电路开路切断电流路径。常见开关类型包括拨动开关、按钮开关等，广泛应用于各类电路控制系统。 导线：导线采用铜、铝等高导电率金属作为内芯，外层包裹绝缘材料，用于连接电路各元件形成电流通路。其主要功能是实现电能的高效传输，同时通过绝缘层保障用电安全。 （三）常见电路 输电线路：输电线路是大规模电能传输系统，由高压输电线路、变电站等组成。通过高压输电技术降低线路损耗，实现发电端到用电端的长距离电能输送，保障城乡电力供应。 电子线路：电子线路是电子设备的核心组成部分，集成电阻、电容、晶体管等电子元件，通过复杂拓扑结构实现信号处理、放大、存储等功能，广泛应用于通信、计算机等现代电子技术领域。 家庭电路：家庭电路是民用电力分配系统，采用并联连接方式为各类家用电器供电。通过配置保险丝、漏电保护器等安全装置，在保障各电器独立运行的同时，确保用电安全。 二、电路的三种状态 （一）通路 当电路连接完成且开关闭合时，电流能够在整个电路中正常流通，形成闭合回路。在此状态下，电路各元件正常工作，用电器实现预定功能，如照明设备发光、电器设备运行等。 （二）开路（断路） 开路状态是指电路在某处断开，导致电流无法形成完整回路的情况。常见原因包括开关未闭合、导线断裂或连接松动等。处于开路状态的电路无法为用电器供电，导致设备停止工作，如灯丝熔断导致灯泡熄灭。 （三）短路 定义：短路分为电源短路和局部短路。电源短路指导线直接连接电源两极，导致电流绕过负载直接形成回路；局部短路则是指用电器或电路部分被短接，导致电流未按预定路径流通。 危害：根据欧姆定律，短路时电路电阻急剧减小，在电源电压不变的情况下，电流会显著增大。过大的短路电流会导致电源和导线产生大量焦耳热，可能引发设备烧毁甚至火灾等严重事故。 注意事项：在电路设计与实验操作中，必须严格避免电源短路情况。实验过程中需遵循规范操作流程，正确连接电路，确保实验设备与人员安全。 三、电路图 （一）定义 电路图是使用标准电路符号表示电路连接关系的图形化工具。作为电路设计与分析的重要载体，电路图清晰呈现各元件的连接方式和拓扑结构，为电路原理理解、故障诊断和系统设计提供可视化支持。 （二）画电路图的要求 使用标准电路符号：为确保电路图的通用性和规范性，每个电路元件均对应特定的国家标准符号。例如，电源符号 “” 中长线段代表正极，短线段代表负极；灯泡使用 “” 符号表示。绘图时必须严格遵循标准，禁止使用非规范符号。 规范连线绘制：电路图中导线应采用水平或垂直方式绘制，避免斜线或曲线。导线交叉时，无连接关系的交叉点不做标记；存在电路连接的交叉点需添加圆点标识，确保连接关系清晰准确。 保持图面规范美观：合理布局电路元件，避免过于密集或松散。去除冗余线条，保持图面简洁清晰，并通过调整符号大小和间距提升图纸规范性和可读性。 四、电路的连接方式 （一）串联电路 串联电路是将多个用电器首尾依次连接，形成单一电流通路的电路结构。在串联电路中，电流从电源正极出发，依次流经各用电器后回到负极，典型应用如节日装饰小彩灯串。电路中任一元件故障都会导致整个电路断路，影响其他元件正常工作。同时，串联电路中的开关无论位置如何，均可控制整个电路的通断。 （二）并联电路 并联电路是将多个用电器并列连接，形成多条电流支路的电路结构。各用电器两端分别连接至电源两极，电流在分支点分流，经各支路后在另一分支点汇合。并联电路中，干路电流等于各支路电流之和，各支路用电器独立工作互不影响，家庭电路中的电器连接即为典型的并联结构。各支路电流独立，支路用电器故障不影响其他支路正常工作。电路中干路开关控制整个电路，支路开关仅控制对应支路，实现分级控制功能。 13.3 电流与电流的测量 一、电流的认识 （一）电流的形成 依据电磁学基本原理，电流是导体中电荷作定向运动的物理现象。在金属导体体系内，自由电子（带负电荷）的定向迁移构成电流载体，其运动方向与电流方向呈反向关系；而在电解液等特殊导体中，正、负离子以相向运动的方式共同参与电流的形成过程。此现象可类比于车流、水流的定向运动，便于理解其本质特征。 （二）电流的方向 国际电工委员会（IEC）规定，电流方向以正电荷定向移动方向为基准。在闭合电路中，电流自电源正极出发，依次流经开关、导线及负载等元件后返回电源负极；而在电源内部，基于非静电力做功机制，电流方向表现为从负极至正极，从而维持电路的电流循环。 二、电流的强弱 （一）表示与单位 电流物理量符号：I 国际单位制（SI）单位：安培（A），为纪念法国物理学家安培而命名 常用衍生单位：毫安（mA）、微安（μA） 单位换算关系：1mA = 10-3 A 1μA = 10-6A 换算原则：大单位转换为小单位需乘以进率（如 1 A = 1×103mA），小单位转换为大单位需除以进率（如 1000μA = 1000÷10-6A = 1×10-3 A） （二）典型电流数值参考 应用场景 电流值范围 应用场景 电流值范围 计算器 约100 μA 电饭煲 约2A 手电筒、写字台灯 约0.2A 家用空调 约5A 家用电冰箱 约1A 雷电现象 可达104A 注：人体安全电流阈值通常不超过30mA，干燥环境下人体电阻约为104~105Ω，潮湿环境中电阻显著降低，因此湿手接触电器存在更高触电风险。 三、电流的测量（电流表的使用） （一）测量仪器 电流表作为电流测量的专用仪器，其电路符号为。该仪器由灵敏电流计与分流电阻构成，通过分流原理实现多量程测量功能。。 （二）实验室电流表技术参数 双量程设计：0~ 0.6 A和0 ~3A，共用负极（-）接线柱 分度值：0~ 0.6 A量程：0.02A/格；0 ~3A量程：0.1A/格 量程选择依据：以0.2A 电流测量为例，0 ~0.6A量程指针偏转10格（满偏的1/3），0~ 3A量程仅偏转2格（满偏的1/15），故小量程测量具备更高精度。 （三）操作规范 1．仪器校准：使用前需检查指针是否归零，若存在偏移需进行机械调零；未调零时测量值计算方法为：测量值=读数-初始偏移值 2．电路连接：必须串联接入被测电路，确保电流从正极（+）接线柱流入，负极（-）接线柱流出；反接将导致指针反向偏转，可能损坏仪器 3．量程选择：测量前预估电流大小选择合适量程；无法预估时，采用大量程试触法，根据指针摆动幅度调整量程 4．安全注意事项：严禁将电流表直接跨接于电源两极，因电流表内阻近似为零，直接连接将导致短路，引发过流损坏。 四、电流测量实验规范 1．仪器准备：进行电流表机械调零；若缺乏专用旋钮，可通过断开电路观察指针回零状态。 2．电路搭建：根据预估电流选择量程≤0.6A选0~0.6A量程，0.6A~3A选0 ~3A量程，按电流流向串联接入电路，确保正负极连接正确。 3．数据读取：闭合开关后，优先采用小量程测量以减小读数误差；读数时视线需垂直于表盘，避免视差影响。 4．故障排查：①指针无偏转（或偏转角度过小）：可能原因包括电路断路或量程选择过大；②指针满偏（或偏转超出最大量程）：可能原因包括量程选择过小或电路短路；③指针反偏：正负接线柱接反。 五、知识要点总结 1．电流方向：以正电荷定向移动方向为基准，外电路中电流由正极流向负极，电源内部方向相反； 2．电流表操作核心：遵循 "调零——串联——正进负出——量程适配——禁止短路" 原则； 3．量程选择策略：优先选用小量程以提高测量精度，试触法为有效预判手段； 4．常见错误规避：明确区分电流方向与电子运动方向，避免电流表并联或极性接反。 13.4 串联、并联电路中电流的特点 一、串联电路中电流的特点 1．核心结论：在串联电路中，电路中各位置的电流呈现恒等特性，即IA=IB=IC。从电荷迁移理论角度分析，在串联闭合回路内，自由电荷在电场力作用下产生定向移动，由于电路拓扑结构不存在分支节点，单位时间内通过电路任意横截面的电荷量保持恒定，由此形成电流处处相等的物理现象。 2．实验设计要点： 测量点布局：在串联电路实验装置中，需选取多个特征位置（如 A、B、C处）进行电流参数测量。为增强实验结果的可视化与可追溯性，建议在电路图中标注具体测量点位，如下图所示。根据串联电路电流特性，即使变更测量位置，所获电流数据仍保持一致性。 实验操作规范：在电路连接过程中，需合理选择电流表量程，推荐采用 "先大量程试触，后小量程精测" 的操作流程。具体而言，首先选用 0~3A 量程进行试触操作，若指针偏转角度未达满刻度的 1/3，则需切换至 0~0.6A 量程进行精确测量。分别对各测量点电流进行采集，并通过更换不同额定参数的灯泡（如 "2.5V 0.3A" 与 "3.8V 0.3A"）或调整电源电压（设置 3V、4.5V、6V 等测试工况），重复开展2~3组实验，相关测量数据如下表所示，以验证实验结论的普适性。 实验次数 A点电流IA（A） B点电流IB（A） C点电流IC（A） 1 0.2 0.2 0.2 2 0.3 0.3 0.3 3 0.25 0.25 0.25 特性归纳：串联电路具有单一路径的拓扑特征，电流在传输过程中不存在分流现象。这一特性与流体力学中，水流通过等截面管道时流量保持恒定的原理具有相似性。基于此特性，串联电路中各电路元件的工作状态存在强耦合关系，任意位置出现断路故障，将导致整个电路系统失效。 二、并联电路中电流的特点 1．核心结论：在并联电路系统中，干路电流与各支路电流满足代数和关系，即IA=IB+IC（其中IA代表干路电流，IB、IC分别代表各支路电流）。从电路拓扑角度理解，干路电流相当于总电流通量，各支路电流则为分流后的子通量，总通量等于各分支通量的叠加。 2．实验设计要点： 测量点布局：在并联电路实验装置中，需分别对干路（如 A 处）及各支路（如 B、C 处）进行电流测量。建议采用 "节点分析法" 对电路节点进行标注，明确区分干路与支路的测量位置，参考电路图如下： 实验操作规范：连接电路时，需严格遵循 "先串联后并联" 的顺序，避免短路。同时合理选择电流表量程，采用逐步调试的测量方式。完成首次测量后，通过更换不同规格的负载元件（如不同电阻值的 LED 灯）或调整电源参数，重复多组实验以验证结论的可靠性。 特性归纳：并联电路由干路和多条支路组成，电流在干路处分流进入各支路。这种结构使得各支路负载元件可独立工作，某一支路故障不会影响其他支路正常运行。这也是家庭电路采用并联连接，保障用电设备独立运行和系统稳定的理论依据。 三、记忆口诀 串联电路电流特性：路径单一电流恒 并联电路电流特性：干路电流支路和 采用 "串联如糖葫芦电流均一，并联似多岔路电流汇聚" 的形象比喻，有助于加深知识记忆。 13.5 电压与电压的测量 一、电压的基本概念 （一）电压的作用机制 根据电路理论，闭合电路中电流的形成需以电路两端存在电势差（即电压）为前提条件。电压作为驱动自由电荷定向移动的动力源，其本质是电源正负极间因电荷分布不均产生的电势差。可将其类比为流体力学中水管两端的压力差，压力差促使水流产生，而电压则促使电流在电路中流动。 （二）电源的功能与分类 电源作为电路系统中不可或缺的组件，兼具提供电压与电能转换的双重功能。常见电源类型涵盖化学电源（如干电池、纽扣电池、蓄电池）及物理电源（如发电机）。其中，化学电源通过电化学反应实现化学能与电能的双向转换；发电机则基于电磁感应原理，将机械能高效转化为电能，广泛应用于各类发电场景。 二、电压的单位体系与典型值 （一）单位制与换算关系 在国际单位制（SI）中，电压以字母U表示，主单位为伏特（符号V）。其衍生单位包括千伏（kV）、毫伏（mV）及微伏（μV），换算关系如下：1kV=103 V，1mV=10-3V，1V=106μV。不同应用场景中，电压量级差异显著，高压输电采用千伏级，而电子信号处理常涉及毫伏乃至微伏级。 （二）常见电压参数 干电池：标准电压为1.5V，广泛应用于便携式电子设备。 庭电路：我国采用220 V、50 Hz的交流电制式，需严格遵循电路安全规范操作。 安全电压：人体安全电压阈值为不超过36 V，潮湿环境下建议降至24 V或12 V。 锂离子电池：手机用锂电池标称电压约3.7 V，满电电压可达4.2 V。 工业用电：三相四线制供电系统电压为380 V，适用于大功率工业设备。 雷电现象：瞬间峰值电压可达106 V，需通过避雷装置防护。 三、电压表的操作规范 （一）测量原理 电压表基于欧姆定律，通过测量高阻值电阻上的电流，经计算间接获取电压值，本质为高内阻电流表。 （二）使用准则 1．校准流程：使用前需检查指针是否归零，通过调节表盘调零旋钮完成校准。 2．电路连接：应采用并联方式接入被测电路，利用并联电路各支路电压相等的特性实现准确测量。串联接入会因高内阻导致电路断路。 3．电流流向：确保电流从 “+” 接线柱流入，从 “-” 接线柱流出，避免指针反向偏转损坏仪表。 4．量程选择 ①实验室常用双量程电压表0～3V，分度值0.1V；0～15V，分度值0.5V。 ②根据预估电压值选择量程，未知时采用试触法：若指针偏转不足满量程的1/3，需换小量程；若超量程则需换大量程。 四、干电池电压测量实验 串联电压特性：依据电路叠加原理，串联电池组总电压等于各单体电池电压代数U总= U1+U2+……+Un。电压升高将导致串联电路电流相应增大。 量程优化策略：测量单节干电池1.5V宜选用0~3 V量程以提高测量精度；测量多节串联电池组（如3节4.5V、3个蓄电池6 V）应采用0 ~15 V量程，避免量程失配造成测量误差或仪器损坏。 五、核心理论要点 电压是驱动电荷定向移动形成电流的必要条件，电源是电压的载体。 电压表操作需严格遵循 “并联接入、正进负出、量程适配” 原则。 串联电路电压遵循U总= U1+U2+……+Un的分压规律，是电路分析的基础理论。 13.4 串联、并联电路中电压的特点 一、串联电路中的电压 1．探究问题：在串联电路中，研究灯泡L1、L2两端的电压U1、U2与串联后总电压U之间的关系。 2．实验设计要点： 电路图绘制：运用导线将电源、开关、灯泡L1、灯泡L2进行依次串联连接。将电压表分别并联于L1两端以测量U1，并联于L2两端以测量U2，并联于电源两端以测量总电压U。通过实物连接图与等效电路图两种表现形式，辅助学生理解电路结构。 多次实验：实验过程中，需通过更换不同规格的灯泡或调整电源电压进行重复实验，以此规避实验结果的偶然性，使实验结论更具普遍适用性。可分别选取 “小电阻+大电阻”、“小电阻+小电阻”、“大电阻+大电阻” 的灯泡组合，同时采用 2V、3V、4.5V 等不同电源电压进行实验，每组实验至少获取 3 组测量数据。 核心结论：依据能量守恒原理，电荷在串联电路中移动时，电场力做功总量等于各部分电路电场力做功之和，由此可得串联电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压之和。 公式：U=U1 +U2（其中U为总电压，U1、U2为各部分电路电压）。当电路中存在多个用电器串联时，该公式可拓展为U=U1 +U2+……+ Un。 二、并联电路中的电压 1．探究问题：在并联电路中，探究灯泡L1两端电压U1、L2两端电压U2与电源两端总电压U的关系。 2．实验设计要点： 电路图设计：将电源、开关与灯泡L1、L2构建为并联电路，分别使用电压表测量L1支路电压、L2支路电压以及电源两端总电压。着重标注电压表的并联位置，并强化电流路径的分析。 多次实验：通过多次更换灯泡规格或电源电压开展实验，从而验证结论的普遍性。可采用不同功率的灯泡组合，如 “10Ω+20Ω”、“5Ω+15Ω” 等，同时调整电源电压，记录不同实验条件下的电压数据。 核心结论：基于静电场中电势差的基本规律，并联电路各支路两端电势差相同，因此在并联电路中，各支路两端的电压等于电源两端的电压。 公式：U=U1 =U2（其中U为电源总电压，U1、U2为各支路电压）。对于具有多条支路的并联电路，公式可表示为U=U1 =U2 = …… = Un。 三、实验注意事项 电压表使用规范：在进行电压测量时，必须保证电压表与被测电路实现并联连接，并且 “+”“-” 接线柱连接准确无误。若接线柱连接错误，电压表指针将会反向偏转，可能导致电表损坏。 数据处理要求：为避免单次实验数据的偶然性，实验过程中需进行多次测量（如在探究串联电压关系时，需换用不同规格灯泡重复测量，对应习题 1 答案为 C）。建议采用表格形式对实验数据进行记录，并计算数据平均值，同时深入分析误差产生的原因。 四、规律总结（便于记忆） 串联电压规律：呈现 “和” 关系，即总电压等于各部分电压之和（U=U1 +U2）。记忆口诀：串联分压，电压相加。 并联电压规律：呈现 “等” 关系，即各支路电压等于总电压（U=U1 =U2）。记忆口诀：并联等压，电压相同。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$