串并联电路电压规律实验指南

物理初级阅读时间: 3 分钟

概述

电压是电路中两点之间的电势差。在不同连接方式下，各部分电压与总电压的关系截然不同。本实验将通过实时电压表监测，帮助你探索串联电路的分压作用和并联电路的等压特性。

背景知识

1845年，德国物理学家基尔霍夫（Gustav Kirchhoff）年仅21岁时提出了著名的基尔霍夫电压定律（KVL）：在任何闭合回路中，电压升降的代数和为零。这一定律直接奠定了串联电路分压和并联电路等压规律的理论基础。在电报通信兴起的时代，工程师们利用串联分压原理设计长距离信号传输电路，利用并联等压特性确保每个节点获得稳定电压。时至今日，这些规律仍是电子电路设计的基石。

核心概念

端电压

U

电源或电路元件两端的电压。在模拟中，由电源电压滑块直接控制总电压。

分压作用

U_n \propto R_n

在串联电路中，总电压被分配到各个电阻。电阻越大，分得的电压越多。

等压特性

U_1 = U_2 = U

在并联电路中，各支路两端的电压相等，且都等于总电压。

公式与推导

串联电压规律

U = U_1 + U_2

串联电路中，总电压等于各部分电压之和。能量在通过每个电阻时都会逐级降低。

并联电压规律

U = U_1 = U_2

并联电路中，各支路两端的电压相等，且等于电源电压。

实验步骤

1
设置串联电路
在面板选择「串联电路」。初始时两电阻均为 $10\Omega$ ，你可以将 $R_2$ 调整为 $20\Omega$ 或其他值。闭合开关，观察三个电压表 $U$ 、 $U_1$ 和 $U_2$ 的示数。此时 $U_1$ 和 $U_2$ 是否满足相加等于 $U$ ？
2
探究阻值对分压的影响
在串联模式下，尝试改变 $R_1$ 或 $R_2$ 的阻值。你会发现：电阻越大的部分，其电压表示数越____？这说明串联电路具有按电阻比例分配电压的特性。
3
切换并联电路
将电路切换为「并联电路」。注意观察 $R_1$ 和 $R_2$ 两端的电压表示数。即使两支路的电阻值设为不同，它们的电压是否保持一致？
4
改变总电压
调整电源电压滑块。观察并联电路中各支路电压如何随总电压变化。思考：各支路电压与电源电压之间存在怎样的关系？

学习目标

理解串联电路中总电压与各部分电压的加和关系
掌握并联电路各支路电压相等的物理特性
能根据电阻比例预测串联电路的分压数值
学会使用虚拟电压表测量电路中的电位差

生活应用

分压电路：电子设备中常用两个电阻串联来获得一个较低的参考电压
家庭插座：所有电器并联在 220V（或110V）电源上，确保每个电器都能获得额定电压
电压表量程扩展：在表头上串联一个大电阻，使其能够测量更高的电压

常见误区

误区

串联电路里，所有电阻两端的电压都应该相等

正解

错误。只有当串联的电阻阻值相等时，电压才平分。电阻不同，电压分配就不同。

误区

并联电路中，电阻越大的支路，电压越大

正解

错误。并联电路各支路电压完全相等，与电阻大小无关。电阻只影响该支路的电流。

准备好了吗？

现在你已经了解了基础知识，开始动手实验吧！

开始实验开始练习

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