串並聯電路電流規律實驗 指南

概述

電路中電荷的流動遵循嚴格的守恆定律。在串聯電路中，電流只有一條路徑；而在並聯電路中，電流會發生分流。本實驗將通過實時模擬，幫助你通過數據對比發現串聯和並聯電路中的電流規律。

背景知識

• 伏打電堆：1800 年，伏打發明了電池，為研究穩恆電流提供了可能。
• 克希荷夫定律：1845 年，克希荷夫（Gustav Kirchhoff）提出了電路定律，精確描述了電路中節點電流和迴路電壓的守恆關係。
• 電氣化時代：愛迪生最初推崇直流電網絡（側重並聯負載），而特斯拉推廣交流電，最終奠定了現代電力系統的基礎。

核心概念

公式與推導

實驗步驟

1. 1

   觀察串聯電流

   在控制面板選擇「串聯電路」。設置 $R_1=10\Omega$, $R_2=20\Omega$，閉合開關。觀察電流表 $I$、$I_1$ 和 $I_2$ 的讀數。即使電阻不同，它們的電流是否完全一致？
2. 2

   切換並聯電路

   將電路切換為「並聯電路」。觀察此時電路圖中電流的分流情況。幹線電流與各支路電流的大小關係如何？
3. 3

   探究並聯分流

   在並聯模式下，保持 $R_1=10\Omega$ 不變，嘗試增大 $R_2$ 的阻值。觀察 $I_1$ 和 $I_2$ 的變化。支路電阻越大，分配到的電流越____？
4. 4

   驗證總電流公式

   記錄某一時刻的 $I_1$ 和 $I_2$ 讀數，計算它們的和是否等於總電流 $I_{total}$。嘗試改變電源電壓，看看這個規律是否依然成立。

學習目標

• 學會區分串聯電路和並聯電路的結構特徵
• 實驗驗證串聯電路中電流處處相等的規律
• 實驗驗證並聯電路中幹線電流等於支路電流之和的規律
• 理解電阻對並聯分流的影響：電阻越大，電流越小

生活應用

• 家庭電路：插座和燈具通常採用並聯，確保一個燈壞了其他依然能亮，且每個設備都能獲得總電流的分流
• 裝飾彩燈：老式彩燈串採用串聯，一個燈泡壞了整串都會熄滅
• 汽車儀表盤：各種傳感器和指示燈並聯連接，互不干擾

常見誤區

延伸閱讀

• 維基百科 - 串聯與並聯