課程名稱:電壓與電流 編授教師: 中興國中 楊秉鈞 簡單電路 基本電路 電路三必要元件 電路三必要元件: 電源 、 導線 和 電器 。 (1)電源:提供電能 (2)導線:傳遞電能 (3)電器:消耗電能 電器 電線 燈泡 電池 開關 電源 導線.
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Transcript 課程名稱:電壓與電流 編授教師: 中興國中 楊秉鈞 簡單電路 基本電路 電路三必要元件 電路三必要元件: 電源 、 導線 和 電器 。 (1)電源:提供電能 (2)導線:傳遞電能 (3)電器:消耗電能 電器 電線 燈泡 電池 開關 電源 導線.
課程名稱:電壓與電流
編授教師:
中興國中 楊秉鈞
簡單電路
基本電路 電路三必要元件
電路三必要元件: 電源
、 導線
和
電器
。
(1)電源:提供電能 (2)導線:傳遞電能 (3)電器:消耗電能
電器
電線
燈泡
電池
開關
電源
導線
常見電路元件符號
燈泡
伏特計
電池
檢流計
開關
保險絲
導線
交流電
電阻
可變電阻
安培計
基本電路圖
電路三必要元件: 電源
、
電器 和
導線
。
通路與斷路
通路:燈泡亮時,導線將電源與電器連接成 封閉迴路
。
電能由電池傳遞出,經導線送至燈泡,又再回到電源
斷路:導線、電源與電器連接成 非封閉迴路 ,燈泡不亮。
斷路
通路
短路
短路:電能由電池傳出,沒有經過電燈消耗就回到電池
短路可能造成的結果:
(1)導線瞬間流經的電流過大,導致過熱而發生 電線走火
(2)使線路上的電器或電池 過熱或損毀
。
甲
甲 燈泡不亮
(短路)
(媒體:1,32”)
甲
甲 燈泡過熱
或燒毀
乙 燈泡不亮
(短路)
。
乙
電池過熱
(短路)
電路元件的聯接 串聯
電器串聯:電器連成一條沒有分支的電路 (媒體:1,1’09”)
串聯電路上,若任一電燈損壞,因成 斷路 ,其他電燈也無法使用
電池串聯:電池連成一條沒有分支的電路
串聯電路上,若任一電池損壞,因成 斷路 ,其他電池也無法使用
電池同向串聯時,燈泡最亮
(媒體:2,1’10”)
手電筒內的電路
開關
開關向前推,電路成通路,小燈泡會發亮。
開關
開關向後推,電路成斷路,小燈泡就不亮。
串聯示意圖
按下開關
兩個燈泡都發亮。
取下一個燈泡
另一個不會發亮。
電路元件的聯接 並聯
電器並聯:電器連成一條有分支的電路
並聯電路上,若任一電燈損壞,其他並聯上之電燈仍能發亮
家用的電器都採用 並聯 連接方式
電池並聯:電池連成一條有分支的電路
並聯電路上,若任一電池損壞,其他並聯之電池仍能使用
電池同向並聯時,燈泡亮度相同
(媒體:1,58”)
(媒體:2,23”)
(媒體:3 )
並聯示意圖
按下開關
兩個燈泡都發亮。
取下一個燈泡
另一個仍會發亮。
燈泡的構造與使用
上圖的燈泡連接方式,哪些小燈泡會亮?
ac
。
範例解說
1.如圖,五個燈泡的連結電路,其中會發亮的有幾個? B
(A) 2 (B) 3 (C) 4 (D) 5。
通路
斷
路
由電池作迴路, 迴路上的電燈會發亮
。
範例解說
2.在甲、乙、丙三個電路中,每個電路有A 、B 兩個燈泡,
按上開關後,依圖的電路圖回答下列問題:
(1) 甲電路中, A、B 燈泡會亮; 無 不會亮。
(2) 乙電路中, B 燈泡可能會亮; A
不會亮。
(3) 丙電路中, B 燈泡會亮; A
不會亮。
A、B 通路
A 短路
B 短路過熱
或燒毀
A 斷路
B 通路
範例解說
3.如圖中,四個燈泡(1、2、3、4)完全相同,則:
(1)如圖,會亮的是 2、3、4 。
(2)只按下(接通)K2,會亮的是 3、4
。
(3)只按下(接通)K1,會亮的是 1、2、3、4 。
3、4
(4)同時接通 K1、K2,會亮的是
。
範例解說
4. ( B )淑怡有一組燈泡,共9 顆燈泡,欲繞在耶誕樹上,如附圖所
示。若在燈泡組的電路上裝定時開關,藉由開關的定時切換
,使其中一圈燈泡產生亮、暗交替的閃爍效果,而其他兩圈
燈泡仍然持續發光,不受影響。下列哪一組燈泡的線路設計
,最符合上述要求?
(B)
(A)
(C)
【 94 基測 】
(D)
電位與電壓
重力位能的儲存
重力位能儲存:
一個質量 m 公斤物體,施以一外力將物體等速提高至高處 h 公尺處:
mgh
外力對物體作 正 功
。
物體自外界 得到 能量,物體將此能量儲存為 重力位能
。
F W mg
h
W mg
W FX mgh
F m g U m gh
電位能的儲存
電位能儲存:
一個正電荷物體,由如圖的電場中,由 A 點等速移至 B 點:
需施以一外力,外力對物體作 正 功。
正電荷物體自外界 得到 能量,物體將此能量儲存為 電位能 。
B
正電荷
受靜電力 F 吸引
r
F'
高電位能
欲使正電荷
由 A 點移至B 點
需抵抗靜電力 F
F F'
A
F
A 低電位能
電位的定義
電位的定義:由 正電荷
高電位能
甲
高電位
來定義
正電荷在靜電力作用下,受靜電
力 F 吸引,能由甲處 自由 移動
到 乙 位置:
以正電荷所在的高電位能處(甲)為高電位
F
低電位能
乙
以正電荷所在的低電位能處(乙)為低電位
低電位
水流與電流
電流的方向:電路中的
電位
高水位
高低,決定電流方向
電流
水流
高電位
抽水機
低電位
低水位
水流由高水位流向低水 位
電流由高電位流向低電 位
電池的電位
電池:利用 化學 能轉換成 電 能的裝置
電流由電池 正 極流出,經導線流向 負 極
正極為高電位
低電位
高電位
I
負極為低電位
電池的電位差(電壓)
電位差:電路中 電位 不同而產生的電位差,稱為 電壓 。
驅動電荷流動而產生電流,可藉 伏特計 測量而得
正極為高電位
低電位
高電位
I
電池電壓 1.5 伏特
正極電位比負極高 1.5 伏特
負極為低電位
電壓的單位 伏特
電壓的單位: 伏特
;符號
V 。
電能
電壓
E QV
庫侖
E 焦耳
V
Q 庫侖
焦耳
伏特 V
庫侖
『電池1.5 伏特 (1.5V)』表示:
每庫侖電量通過時,提供1.5焦
耳之電能。
伏特 Alessandro Volta
(1745-1827)
電流 I
電流的方向 I
電流的方向:是指
正
電荷流動的方向。
(1)導體中的電子可以自由移動稱為 自由電子 ,其移向稱為電子流。
(2)定義電流的方向是正電荷的方向。
(3)電流 I 的方向與電子流 e 的方向 相反
。
導線中真正移動的自由電子 ,而不是 正電荷 (不移動)。
+ -
電流I 電子流 e
電子流 e
電流I
導線內的電流與電子流
正極
石
墨
棒
電子流 e ←
電流 I→
電
流
I
↓
電
流
電
子
流
負極
電子流 e →
電流 I ←
導線內的電子流和電流:
(1)外線路:
電子流由負極經導線
至正極
電流由正極經導線至
負極
電
子
流
e
↑ (2)內線路:
電子流由正極流至
負極
電流由負極經流至
正極
(媒體:1 )
範例解說
5. ( B )如附圖為電路及導線放大之示意圖。在燈泡發光期間,有關
導線中帶電質點的運動情形,下列何者正確?(+表示帶正
電的質點,-表示帶負電的自由電子)
(A) 向上, ⊕ 向下
(B) 向上, ⊕ 不動
(C) 不動, ⊕ 向下
(D) 向下, ⊕ 不動 【 基測 】
6. 如上右圖,則:
離子移動
(1)電解質的導電原因:
(2)金屬導體的導電原因: 自由電子移動
。
。
電流強度
電流強度:符號 I 。
思考 水流量: 每秒鐘流出的水量
。
電流強度定義:每秒鐘流經某截面的電量
ne
Q
I
(n 個電子通過)
(電量)
(電流)
電量
Q ne
電流強度
I
秒
t
t
It Q ne
電流強度的單位 安培
電流強度的單位:
(1) 安培
;符號
A 。(2) 毫安培 ;符號 mA 。
電量
電流強度
秒
Q 庫侖 庫侖
I
安培 C
秒
t
t
秒
◎ 單位換算: 1安培=1000 毫安培
Q It
1A=1000 mA
Q ne n 1.610-19
It Q ne
電動力學之父 安培
Andre-Marie Ampere
法國人 1775-1836
範例解說
1 庫侖的電量
7. 電流1 A 係指每秒流經導線截面
相當每秒鐘約有 6.25 X1018 個電子通過該截面
It Q ne
11 1 n 1.610-19 n
1
18
6
.
25
10
1.610-19
8. ( A )某導線的截面在 4分鐘內通過3 X1021個電子,則流經此導線的
電流為多少安培?(A)2安培 (B)3安培 (C)4安培 (D)1安培。
It Q ne
I 4 60 3 1021 1.610-19 480 I 2 A
9. ( C )一截面積為0.1平方公分的導線,通過0.16安培的電流,問1秒
鐘內通過該導線截面的電子數量為多少個?
(A)1013 (B)1017 (C)1018 (D)1019。
It Q ne
0.161 n 1.610-19 n 1018
電壓的測量
伏特計(電位計)
◎ 電路符號:
指針
◎ 圖示伏特計:
可測量三種電壓範圍:
歸零鈕
(1)0~3 V
(2)0~15 V
負
極
端
子
(3)0~30 V
正極端子
使用法提要:
伏特計的使用
(1)歸零
(2)與待測元件 並聯 。與連接電池時,伏特計的正極與電池的 正 極
相接,伏特計的負極與電池的 負 極相接;可直接檢測電池。
(3)伏特計本身有不同的測量範圍時,應由大而小漸漸改變測量範圍。
(4)讀數判斷:先區分出使用的電壓範圍,再依比例換算
30V
3
⊕
若接 30V 端子時:讀數是 8 V。
若接 15V 端子時:讀數是 4 V。
若接 3V 端子時:讀數是 0.8 V。
伏特計使用圖示
_
_
+
_
_
+
+
+
伏特計使用圖示
(媒體:1,4’21”)
電流的測量
安培計(毫安培計,電流計)
◎ 電路符號:
指針
歸零鈕
負
極
端
子
◎ 圖示安培計:
可測量三種電流範圍:
(1)0~5 A
正極端子
(2)0~50 mA
(3)0~500 mA
使用法提要:
安培計的使用
(1)歸零
(2)與待測元件 串聯 。與連接電池時,安培計的正極與電池的 正 極
相接,安培計的負極與電池的 負 極相接;不可直接檢測電池。
(3)安培計本身有不同的測量範圍時,應由大而小漸漸改變測量範圍。
(4)讀數判斷:先區分出使用的電流範圍,再依比例換算
2.5
若接 5A 端子時:讀數是
A。
若接 50mA 端子時:讀數是 0.025 A。
若接 500mA 端子時:讀數是 0.25 A。
_
+
安培計使用圖示
_
+
_
+
_
_
+
+
(媒體:1,3’57”)
_
+
安培計的不正確連接
×
×
×
×
直接與電池相接
跨接在電器的兩端
電壓與電流
的關係
電池串聯時的總電壓關係
電池串聯時:
(1)同向串聯時,總電壓為各電池電壓之 總和
。
V V1 V2 V3 ......
(2)若有反向串聯之電池時,總電壓需扣除。
電池並聯時:
(1)同向並聯時,總電壓與各電池電壓
相等
V V1 V2 V3 ......
(2)若有反向串聯之電池時,總電壓需扣除。
。
範例解說
10.以下電池總電壓各為多少伏特?(每個電池電壓1.5 伏特)
6V
0V
1.5V
0V
3V
3V
1.5V
3V
1.5V
串聯電路的電壓關係
電燈串聯 電燈兩端電壓總和等於總電壓( 串聯 V 相加 )
V
V
V
V1
V1
V V1
V2
V V1 V2
V1
V2
V V1 V2 V3
◎ 若電路元件均相同(電阻相同):
電池電壓V與 n 個相同燈泡串聯,每個燈泡兩端的電壓均為
V V1 V2 ..... Vn
V1 V2 ........ Vn
V
V1 V2 ........ Vn
n
V3
V
n
。
並聯電路的電壓關係
電燈並聯 並聯電路電壓等於總電壓( 並聯 V 相等 )
V
V1
V
V1
V
V1
V2
V3
V2
V V1
V V1 V2
V V1 V2 V3
◎ 若電路元件均相同(電阻相同):
電池電壓V與 n 個相同燈泡並聯,每個燈泡兩端的電壓均為
V V1 V2 V3..... Vn
V
。
電流與水流
水流量1 水流量2 水流量3
水流量1 水流量2 水流量3 水流量4
串聯電路的電流關係
電燈串聯 流經電燈的電流等於總電流( 串聯 I 相等 )
Ia
Ic
Ib
I1
I a I1
I1
I2
I b I1 I 2
水流量1 水流量2 水流量3
I1
I2
I3
I c I1 I 2 I 3
並聯電路的電流關係
電燈並聯 並聯電路電流總和等於總電流( 並聯 I 相加
Ib
Ia
Ic
I1
I1
I a I1
)
I1
I2
I b I1 I 2
I2
I c I1 I 2 I3
◎ 若電路元件均相同(電阻相同):
電池總電流I與 n 個相同燈泡並聯,流經每個燈泡的電流均為
I I1 I 2 ..... I n
I1 I 2 ........ I n
I
I1 I 2 ........ I n
n
I3
I
n
。
(媒體:1,7’31”)
(媒體:2,6’59”)
單一電路 VIRPEQ關係
※ 圈內關係
V=IR E=QV=Pt Q=It
P=IV=I2R=V2/R
※ 圈間關係
電池總電壓=電阻二端之電壓
Q
V
P
I
E
t
R
V=V1
電池總電流=流經電阻之電流
I=I1
電池總電阻=線路上之電阻
R=R1
Q1
電池總電量=線路上電阻電量
P1
V1
I1
R1
E1
Q=Q1
t
電池提供功率=電阻消耗功率
P=P1
電池提供電能=電阻消耗電能
E=E1
串聯電路 VIRPEQ關係
※
圈內關係
V=IR E=QV=Pt Q=It
P=IV=I2R=V2/R
※ 圈間關係
電池總電壓=二電阻端電壓和
V Q
I
P
R
E
V=V1+ V2
t
電池總電流=流經各電阻電流
I=I1=I2
電池總電阻=線路上二電阻和
V2
V1
I1
R1
I2
P1
Q1
E1
t
R2
P2
R=R1+R2
電池總電量=流經各電阻電量
Q=Q1=Q2
Q2
t
E2
電池提供功率=電阻消耗功率和
P=P1+P2
電池提供電能=電阻消耗電能和
E=E1+E2
並聯電路 VIRPEQ關係
※
V
I Q
圈內關係
V=IR E=QV=Pt Q=It
P=IV=I2R=V2/R
※ 圈間關係
電池總電壓=電阻二端之電壓
R
t
P E
V=V1= V2
電池總電流=經二電阻電流和
V1 I1
R1 Q
1
P1 E1
t
I=I1+I2
電池總電阻=如下計算
1/R=1/R1+1/R2
電池總電量=經二電阻電量和
Q
V2 I2 2 R2
P2
E2
t
Q=Q1+Q2
電池提供功率=電阻消耗功率和
P=P1+P2
電池提供電能=電阻消耗電能和
E=E1+E2
範例解說
10.列出以下電路的電流關係?
I 2 I3
I1 I 2 I 4
I1 I 2 I 3
I3 I 4
IQ I R
I1 I 2 I 3
I P IQ I R
燈泡的亮度比較
燈泡亮度的比較
相同的電燈規格時:電燈的 電阻 相等。
定量計算詳見電功率之計算
燈泡兩端的電壓愈大或流經的電流愈大者,其燈泡亮度愈 大 。
(1)相同電路中之燈泡亮度比較:以串、並聯關係判斷
F
A
H
甲
B
乙
亮度 甲 乙
G
亮度 A B
C
亮度 H F G
Y
D
丙
丁
戊
亮度 丙 丁 戊
E
亮度 C D E
X
W
Z
亮度 X W Y Z
燈泡亮度的比較
相同的電燈規格時:電燈的 電阻 相等
(2)不同電路中之燈泡亮度比較:以串、並聯關係判斷
V
2
甲
V
2
乙
A
V
B
V
F
V
亮度 A B C D E F 甲 乙 丙 丁 戊
V
3
V
3
V
3
V
V
丙
丁
戊
C
D
E
V
範例解說
11.以下燈泡及電池均相同,試求各燈泡亮度之比較?
V
V
V
A
V
2
丁
戊
V
2
V
2
V
2
V
V
V
B
2V
2V
C
D
E
2V
亮度 C D E A B 丁 戊 P 丙 Q R 甲 乙
2007.11.7
Jim 312
課程結束