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一道電流的旅行

青出於藍編輯室・約 1012 字

電路與串並聯主角:一道電流每趟 3 題驗收

讀法:先看現象、猜一次;再把機制一段一段拆開;接著跟主角走完整趟;最後拆掉一個最常見的迷思,用 30 秒把整趟在腦中重播一次。

第一段:先看一個現象,猜一次

現象開場

教室後面的延長線插著電風扇和手機充電器。你拔掉其中一個插頭,另一個照常運轉。但家裡有一種耶誕燈串,壞了一顆,整串就全滅。

同樣是電線接燈泡,為什麼一種壞一顆沒事,另一種壞一顆全滅?答案藏在電路的接法裡。這一趟,我們跟著一道電流,從電池出發,把兩種接法各走一遍。

先猜:兩顆燈泡串聯接上電池,和一顆燈泡單獨接相比,燈泡會怎麼變?

猜錯沒關係。先猜再看答案,落差就是記憶點,這一段就是這樣設計的。

第二段:把機制一段一段拆開

先分清三個主角。電壓是推力,單位是伏特(V),想成水管的水壓。電流是流量,單位是安培(A),是電荷實際流動的快慢。電阻是阻力,單位是歐姆(Ω),是導線和電器對電流的阻擋。三者的關係是 V=I×R:推力固定時,阻力愈大,流量愈小。

再看接法一:串聯。所有元件接在同一條路上,像單線道。電流只有一條路,到處都一樣大;電阻直接相加,路愈長愈難走;電壓被各元件分著用,加起來等於電池的電壓。路上任何一處斷掉,整條路就斷了,所以一顆壞掉、全串熄滅。

接法二:並聯。元件各接各的支路,像多線道。每一條支路兩端的電壓都等於電池的電壓,所以每顆燈泡都拿到完整的推力;總電流是各支路電流加起來。一條支路斷掉,其他支路照常通行,所以家裡的電器壞一台,其他台不會跟著停。家用電器全部採並聯,就是這個道理。

第三段:跟著一道電流走完整趟

跟著電流出發。它從電池的正極出來,走進開關,再走進第一顆燈泡。串聯的路上沒有叉路,它只能穿過第一顆、再穿過第二顆燈泡,最後回到電池負極。一路上,兩顆燈泡的電流和它一樣大,電壓卻被兩顆分著用,所以兩顆都比單獨一顆時暗。只要有一顆燒壞,路就斷了,它哪裡也去不了。

換成並聯再走一次。電流出了電池,遇到叉路就分流:一部分走第一條支路穿過燈泡,另一部分走第二條。每條支路的燈泡都拿到和電池相同的電壓,所以亮度不打折。兩條支路的電流在終點會合,再一起回到電池。第一條支路的燈泡燒壞,第二條的電流照常走完自己的路。

把兩趟疊起來看:串聯看「同一條路」——電流相同、電阻相加、電壓分配;並聯看「各走各的」——電壓相同、電流相加、各支路獨立。會考最愛問的,就是給你一個新接法,看你能不能用這兩句話推出亮度怎麼變。

第四段:把最容易記錯的,當場拆掉

常見迷思一:「電流會被燈泡用掉,流回來變少。」正確圖景是:在串聯電路裡,同一條路上各處的電流都一樣大。被用掉的是電能(轉成光和熱),不是電流本身。電荷繞一圈回到電池,數量沒有少。

常見迷思二:「並聯多接一台電器,每台分到的電壓會變少。」家用電路是並聯,每條支路的電壓都等於電源電壓,不會因為多一台就被分薄。會變大的是總電流——這也是為什麼同一條延長線接太多高功率電器會危險:總電流過大,電線容易發熱。

30 秒覆盤:離開前,跟著默念一次

1. 電壓是推力、電流是流量、電阻是阻力,V=I×R 把三者綁在一起。

2. 串聯同一條路:電流相同、電阻相加、電壓分配,斷一處全斷。

3. 並聯各走各的:電壓相同、電流相加,壞一顆不影響其他顆。

走完了,練這一趟的 3 題 →

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