◎電路
手電筒內(nèi)包含乾電池(電源)、燈泡(電器裝置)、金屬導(dǎo)體(導(dǎo)線)、開關(guān)，構(gòu)成一個簡單的迴路，稱為電路。如果將手電筒的開關(guān)向前推，使電路成為一封閉的迴路，則小燈泡立即發(fā)亮，稱為通路(圖1A)；將開關(guān)向後推，切斷電路則燈泡熄滅，稱為斷路(圖1B、動畫1)。一般電路所使用的電線都使用絕緣的塑膠包住金屬線，目的是避免形成不必要的通路，以及避免發(fā)生觸電的危險。如果使用一些電路符號(圖2)來表示所連接的電路，稱為電路圖。例如圖3為手電筒的電路圖。
圖1A 開關(guān)向前推，電路成通路，小燈泡發(fā)亮
圖1B 開關(guān)向後推，電路成斷路，小燈泡不亮
動畫1 電路
圖2 電路符號
圖3 手電筒的電路圖
如圖4所示，燈泡的玻璃球體內(nèi)部有鎢製的燈絲、連接銅片及燈頭尖端的細(xì)金屬導(dǎo)線，燈頭尖端和銅片之間則以絕緣體隔開。當(dāng)手電筒內(nèi)部從電池正極→燈頭尖端→細(xì)金屬導(dǎo)線→鎢絲→細(xì)金屬導(dǎo)線→銅片→電池負(fù)極，形成通路時，燈泡就會發(fā)亮；如果鎢絲斷掉則形成斷路，燈泡不會發(fā)亮。
圖4 燈泡的各部位名稱
將兩燈泡連接如圖5A，我們稱這兩燈泡串聯(lián)，按下開關(guān)，兩個燈泡都會發(fā)亮。如果將其中一個燈泡取下，雖按下開關(guān)，但整個電路成為斷路，因此另一個燈泡也不亮（圖5 B）。
圖5A 按下開關(guān)，兩個燈泡都發(fā)亮。
圖5B 取下一個燈泡，另一個不會發(fā)亮。
將兩燈泡連接如圖6A，我們稱這兩個燈泡並聯(lián)。如果將其中一個燈泡取下，按下開關(guān)，另一個小燈泡仍然會亮，並沒有因?yàn)椴糠蛛娐沸纬蓴嗦范プ饔?圖6B)。當(dāng)學(xué)校教室或家裡的任一個電燈損壞時，其他的電燈仍然會繼續(xù)發(fā)亮，因?yàn)檫@些電燈也都是以並聯(lián)的方式連接。
圖6A 按下開關(guān)，兩個燈泡都發(fā)亮。
6B 取下一個燈泡，另一個仍會發(fā)亮。
◎電壓
因?yàn)殡娮涌梢栽诮饘僦凶杂傻亓鲃?，所以圖1A手電筒的燈泡可以發(fā)亮，但是將電池拆下，金屬中仍有很多電子，小燈泡卻不亮，這是什麼原因呢？
讓我們藉水流的現(xiàn)象，說明電路中電子流動的情形(圖7)。
要使電子在導(dǎo)線中流動，必須在導(dǎo)線兩點(diǎn)間由電池提供一電位差，電子才能流動，並使電器(如燈泡)發(fā)生作用(圖7B）。這情形就如同將水由低水位水箱移至高水位水箱，必須靠幫浦提供能量，使水具有水位差，水才能向下流動，並使渦輪發(fā)生轉(zhuǎn)動(圖7A、動畫2)。電位差又稱為電壓，以伏特(Volt，簡記為V)為單位。當(dāng)一庫侖電子經(jīng)電池獲得一焦耳的能量時，稱此電池提供的電位差為一伏特，1伏特＝1焦耳/庫侖。
圖7 水流與電子流的比較
動畫2 點(diǎn)選電壓/水壓(Choose Voltage/Pressure)的高或低(High or Low)，觀察電流和水流的變化？兩者有何相同點(diǎn)？
測量電壓的儀器，稱為伏特計(圖8、動畫2)，伏特計使用前要先調(diào)整歸零鈕使指針歸零，測量時與待測電器並聯(lián)，即伏特計必須跨接待測電器的兩端。伏特計的構(gòu)造設(shè)計，是使電子由負(fù)極端流入，由正極端流出。因此，測量燈泡兩端的電壓時，伏特計的正極端連接燈泡與電池正極相接的一端，伏特計的負(fù)極端連接燈泡與電池負(fù)極相接的一端(圖9)。若伏特計本身有不同的測量範(fàn)圍時，先接測量範(fàn)圍較大的接線柱，如果指針偏轉(zhuǎn)幅度不明顯，再由大到小改接測量範(fàn)圍較小的接線柱，然後讀出正確的電壓讀數(shù)(圖10、影片1)。
圖8 伏特計
圖9 伏特計的連接方式
A.先接最大範(fàn)圍接線柱B.發(fā)現(xiàn)讀數(shù)小於15 V時， 可改接15 V接線柱C.當(dāng)發(fā)現(xiàn)讀數(shù)小於3 V時， 才能接3 V接線柱
圖10 伏特計有不同測量範(fàn)圍時的連接方式
影片1 認(rèn)識伏特計(來源︰國立教育資料館-教育頻道影片)
當(dāng)一電路中包含電池、開關(guān)和燈泡時，按下開關(guān)成通路，電池兩端的電壓和燈泡兩端的電壓約略相等；但如果拉起開關(guān)成斷路，則燈泡兩端的電壓變?yōu)榱?，表示燈泡兩端的電壓是由電池所提供?div style="height:15px;">
如圖11A所示，數(shù)個電池彼此以正、負(fù)極相接的方式連接，稱為串聯(lián)。以伏特計分別測量串聯(lián)電池的總電壓及各個電池的電壓，可以發(fā)現(xiàn)：串聯(lián)電池的總電壓等於各個電池電壓的和(動畫3)。電池串聯(lián)的數(shù)目愈多，總電壓愈大。在 【電壓的測量實(shí)驗(yàn)】中，串聯(lián)兩個電池時燈泡亮度比只接一個電池時為亮，即串聯(lián)電池愈多，燈泡愈亮。但如果串聯(lián)太多的電池，小燈泡的燈絲很容易因過熱而燒毀。
動畫3 串聯(lián)電池電壓的測量 (來源︰科學(xué)教育學(xué)習(xí)網(wǎng))
如圖11B所示，數(shù)個電池以正極端接在一起，負(fù)極端接在一起的方式連接，稱為並聯(lián)。以伏特計測量並聯(lián)電池兩端的電壓及各個電池的電壓，可以發(fā)現(xiàn)：並聯(lián)電池的總電壓與各個電池電壓相等(動畫4)。並聯(lián)兩個電池時燈泡亮度與只接一個電池時相同。
圖11A 兩個1.5 V的電池串聯(lián)時總電壓為3 V。圖11B 兩個1.5 V的電池並聯(lián)時總電壓為1.5 V。
動畫4 並聯(lián)電池電壓的測量 (來源︰科學(xué)教育學(xué)習(xí)網(wǎng))
