串并联电路电流规律实验 指南

概述

电路中电荷的流动遵循严格的守恒定律。在串联电路中，电流只有一条路径；而在并联电路中，电流会发生分流。本实验将通过实时模拟，帮助你通过数据对比发现串联和并联电路中的电流规律。

背景知识

• 伏特电堆：1800 年，伏特发明了电池，为研究稳恒电流提供了可能。
• 基尔霍夫定律：1845 年，基尔霍夫（Gustav Kirchhoff）提出了电路定律，精确描述了电路中节点电流和回路电压的守恒关系。
• 电气化时代：爱迪生最初推崇直流电网络（侧重并联负载），而特斯拉推广交流电，最终奠定了现代电力系统的基础。

核心概念

公式与推导

实验步骤

1. 1

   观察串联电流

   在控制面板选择「串联电路」。设置 $R_1=10\Omega$, $R_2=20\Omega$，闭合开关。观察电流表 $I$、$I_1$ 和 $I_2$ 的示数。即使电阻不同，它们的电流是否完全一致？
2. 2

   切换并联电路

   将电路切换为「并联电路」。观察此时电路图中电流的分流情况。干路电流与各支路电流的大小关系如何？
3. 3

   探究并联分流

   在并联模式下，保持 $R_1=10\Omega$ 不变，尝试增大 $R_2$ 的阻值。观察 $I_1$ 和 $I_2$ 的变化。支路电阻越大，分配到的电流越____？
4. 4

   验证总电流公式

   记录某一时刻的 $I_1$ 和 $I_2$ 示数，计算它们的和是否等于总电流 $I_{total}$。尝试改变电源电压，看看这个规律是否依然成立。

学习目标

• 学会区分串联电路和并联电路的结构特征
• 实验验证串联电路中电流处处相等的规律
• 实验验证并联电路中干路电流等于支路电流之和的规律
• 理解电阻对并联分流的影响：电阻越大，电流越小

生活应用

• 家庭电路：插座和灯具通常采用并联，确保一个灯坏了其他依然能亮，且每个设备都能获得总电流的分流
• 装饰彩灯：老式彩灯串采用串联，一个灯泡坏了整串都会熄灭
• 汽车仪表盘：各种传感器和指示灯并联连接，互不干扰

常见误区

延伸阅读

• 维基百科 - 串联和并联