串联和并联

官方物理老师·19 页·进阶(有基础,想深入原理)·0 次浏览·2 天前
电路基础进阶原理电流电压

串联和并联

从灯泡亮度看电流路径与电压分配的底层规律

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电路基础进阶原理电流电压

串联和并联

从灯泡亮度看电流路径与电压分配的底层规律

1第 1 页 · 串联和并联

电路元件符号

上页我们说清了串联和并联,但要「画」出来讲给别人听,必须先有一套共同的画法——就像建筑师要先约定门、窗、墙怎么表示一样。

导线
一条直线就是一根电线,交叉不相连要画个小拱跨过
电源
长线代表正极,短线代表负极,一长一短就是一节电池
用电器
灯泡用圆圈加叉,电阻用方框或锯齿线
开关
断开的小线加一根斜杆,按下闭合就连通
地图上的图例对应 →电路元件符号

地图不画真山真水,用三角形代表山;电路图也不用实物照片,用约定符号

2第 2 页 · 电路元件符号

电路图的画法规则

从实物图到标准电路图,按这四步转换最稳。

1
数清元件
先把电路里所有实物标出来,电池、灯泡、开关一个不漏
2
换标准符号
每个实物对应一个固定符号,这样画出来全世界都看得懂
3
改画直线
把随意弯绕的实物导线拉成横平竖直,拐角用直角
4
核对拓扑
对照实物图,确认串并联关系没画错,元件没漏连
3第 3 页 · 电路图的画法规则

电路图识读小测

点击作答

两根规格相同的电阻,连在同一电源上。测得通过两电阻的电流相等,且每根电阻两端电压都等于电源电压。两电阻的连接方式是?

4第 4 页 · 电路图识读小测

什么是串联

上页我们画出了电路图。现在想个场景:教室灯串成一排接总闸,一盏灯烧坏整排全灭——这就是串联最直观的「脾气」。电流只能走一条道,每个元件都得经过。

单路径
电流从电源正极出发只有一条通道,必须依次穿过每个元件才能回到负极
首尾相接
元件一个接一个,前一个末端接着后一个起点,中间没有分叉
电流处处相等
串联回路各处电流大小相同,因为从头到尾是同一股电流
一断全断
任一处断开(如灯丝烧坏),整条电路立刻停止工作
教室灯串成一排对应 →串联电路

灯像元件首尾串接,一盏烧坏整排灭——电流沿唯一通道流过每个元件

U=U1+U2+U3U = U_1 + U_2 + U_3
5第 5 页 · 什么是串联

串联电路的电流规律

四个位置沿串联电路排列,平行箭头表示同一时刻各点发生的事。

图解渲染中…
a1电源,Δt 内推动电荷 qb1测量点1,首段导线c1测量点2,两元件之间d1测量点3,末段导线
6第 6 页 · 串联电路的电流规律

串联电路的电压规律

从电源出发,沿电流路径看电压如何分配与汇总,最后归结到能量守恒。

图解渲染中…
C1R1 两端的分压 U1,C2、C3 同理D1三段分压累加的总和E1回路走完一圈,验证总电压不变F1电源做功 = 各元件消耗电功之和
7第 7 页 · 串联电路的电压规律

串联中开关的控制作用

拆解串联中开关控制全电路的机制,分四步看清原理。

1
唯一通路
串联电路里电流只有一条可走的路径
2
开关入路
开关被接在这条唯一的电流通路上
3
断开断流
开关断开,路径被切断,电流消失
4
闭合复流
开关闭合,路径恢复,所有元件同时通电
8第 8 页 · 串联中开关的控制作用

开关位置对串联的影响

串联电路里开关放哪都一样?有同学以为开关得「守」在电源旁,其实位置根本不挑。

开关在电路前端
  • 位置:紧挨电源正极
  • 断开效果:所有用电器停止工作
  • 电流路径:先经开关再到用电器
  • 控制范围:整条串联电路
开关在电路后端
  • 位置:靠近用电器或电源负极
  • 断开效果:所有用电器停止工作
  • 电流路径:先经用电器再到开关
  • 控制范围:整条串联电路
串联电路只有一条电流通路,开关放在该路径任何位置,断开都会切断整条电路——位置不影响其控制作用。
9第 9 页 · 开关位置对串联的影响

什么是并联

用河流干支流比喻并联结构

什么是并联
用河流干支流比喻并联结构
10第 10 页 · 什么是并联

干路与支路

识别并联电路中的主干道和分支

干路与支路
识别并联电路中的主干道和分支
11第 11 页 · 干路与支路

并联电路的电压规律

顺着箭头读:从支路共端点出发,理解支路电压为何必然相等。

图解渲染中…
PA、B 是所有支路的公共端点VU_AB 是两点间的电位差,与支路无关
12第 12 页 · 并联电路的电压规律

并联电路的电流规律

承接上页电压规律,本图从左向右:电源→总电流→分流点→两支路→汇合点→公式。

图解渲染中…
C电流在此处分成两路G核心公式:干路电流=支路电流之和
13第 13 页 · 并联电路的电流规律

干路开关的控制作用

从左侧干路开关出发,沿箭头看它闭合与断开时两条支路灯泡的状态。

图解渲染中…
K装在干路起点的总开关L1第一条支路上的灯泡L2第二条支路上的灯泡
14第 14 页 · 干路开关的控制作用

支路开关的控制作用

看图:上半是并联电路结构,下半虚线展示断开支路开关后的影响

图解渲染中…
K干路开关,全局控制,与支路开关对比S1支路1开关,只控制本支路L1E1断开S1引发的结果:L1灭,L2正常E2断开S2引发的结果:L2灭,L1正常
15第 15 页 · 支路开关的控制作用

串联 vs 并联

结构、电流、电压、开关——四个维度一对照,混淆点全暴露。

串联
  • 元件首尾相连,仅一条电流路径
  • 电流处处相等:I = I₁ = I₂
  • 总电压等于各部分之和:U = U₁ + U₂
  • 一处断开,整条电路全停
并联
  • 元件并列于两点间,多条独立支路
  • 干路电流等于支路之和:I = I₁ + I₂
  • 各支路两端电压相等:U = U₁ = U₂
  • 干路开关控全局,支路开关控单支
口诀:串联分压不分流,并联分流不分压。结构决定规律。
16第 16 页 · 串联 vs 并联

串并联电路识别

前面分别讲了串联和并联的规律。但实际电路图常"长得奇怪"——元件东一个西一个,导线绕来绕去。靠形状判断不可靠。这套三步法:先找节点、再看归属、最后下结论,能判别任何复杂电路。

第一步·找节点
用导线直接连在一起的点视为同一节点,不管图上距离多远
第二步·看归属
用 A、B、C 给节点编号,标出每个元件两端分别接在哪两个节点上
第三步·下结论
两元件共享相同两个节点 → 并联;首尾相接成一串 → 串联
城市地铁换乘图对应 →电路节点与元件归属

换乘站 = 节点;两条线共用两站 = 并联;首尾相接成一串 = 串联

17第 17 页 · 串并联电路识别

综合应用测试

点击作答

R₁=10Ω 和 R₂=20Ω 并联在 6V 电源两端,电流表 A₁ 测 R₁ 支路电流,A₂ 测干路电流。A₁、A₂ 读数依次为?

18第 18 页 · 综合应用测试

课后思考

带着问题继续琢磨

课后思考
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19第 19 页 · 课后思考