課程名稱:電壓與電流 課程名稱:電壓與電流

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(1)

課程名稱:電壓與電流 課程名稱:電壓與電流

編授教師:

中興國中 楊秉鈞

(2)

 基本電路

(3)

 電路:以電路元件連接的 。

( 1 )電路三元件:

 :電能提供者  交流電(家用)  直流電(電池)

 :電能傳遞者

 :導線形成封閉迴路,燈炮亮  :導線有中斷時,燈泡不亮  :非正常使用狀況

 :電能消耗者

( 2 )電路圖:以電路符號來表示連接的電路  基本電路符號:

電路

迴路

電源

通路 斷路 短路 導線

電器

(4)

 電路:以電路元件連接的 。

( 2 )電路圖:以電路符號來表示連接的電路  說明例:

電路

迴路

 前推,成通路  後推,成斷路

(5)

 電路:以電路元件連接的 。

( 3 )實驗室常見照明裝置:

電路

迴路

(6)

 短路: 短路

( 1 )發生:電能由電池傳出,沒有經過電燈消耗,電流直接行經電阻 極小的導線,就回到電池

( 2 )短路的後果:

 導線瞬間流經的電流過大,導致過熱而發生 。  使線路上的電器或電池 。

電線走火 過熱或損毀

 甲 燈泡不亮

(短路)  甲 燈泡過熱

或燒毀 乙 燈泡不亮 (短路)

 電池過熱 (短路)

(媒體: 1

, 32” )

Shortcut 捷徑

(7)

 電路元件的連接:

( 1 )串聯:串聯電路上,若有一元件損壞時,其他元件 。

 電池的串聯:正、負極順向連接(

 電器的串聯:電器彼此連成一串

電路元件的連接

都無法使用

- + - +

(媒體: 1

, 1’10” )

二燈泡串聯

二電池串聯

(8)

 電路元件的連接:

( 2 )並聯:並聯電路上,若有一元件損壞時,其他元件 。

 電池的並聯:正、正極同向連接( )  電器的並聯:電器彼此並排連接,如家用電器。

電路元件的連接

仍正常使用

(媒體: 1

, 58” )

+ +

+ +

- - - -

四電池並聯

二燈泡並聯

二電池串聯

(9)

範例解說

1. 如下圖所示,四個燈泡( 1 、 2 、 3 、 4 )完全相同,則:

 會亮的燈泡是 。

 只按下(接通) K2 ,會亮的是 。 2 、 3

、 4

3 、 4

短路

斷路,視作 ”無”

(10)

範例解說

1. 右圖中,四個燈泡( 1 、 2 、 3 、 4 )完全相同,則:

 只按下(接通) K1 ,會亮的是 。

 同時接通 K1 、 K2 ,會亮的是 。

斷路,視作 ”無”

1 、 2 、 3

、 4

3 、 4

短路

(11)

範例解說

2. 如圖所示,五個燈泡的連結電路,則:

 其中會發亮的有 個;分別為燈泡 。  其中不亮的有 個;分別為燈泡 。

斷路,視作 ”無”

3 甲乙丙

2 丁戊

(12)

範例解說

3. 如果將乾電池、導線及小燈泡連接如下圖,則

哪些小燈泡會亮? 。

( A ) ( B ) ( C ) ( D ) AC

 解析:燈泡內部

(13)

範例解說

4. 如圖所示,應如何連接才能使 LED 燈正常發光?

 接線夾 A ,連接 LED 燈的 端。(選填:甲、

乙)

 接線夾 B ,連接 LED 燈的 端。(選填:甲、

乙)

長腳,接正極

(14)

範例解說

5. ( )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,使其中二圈燈泡 產生亮、暗交替的閃爍效果,而其他一圈燈泡 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?

D

( A ) ( B ) ( C )

( D )

9 閃爍 6 亮 3 閃爍

9 閃爍 3 亮

6 閃爍

(15)

 基本電路的變化

【延伸學習】

(16)

基本電路的變化

 基本電路的變化:

( 1 )原則:

 元件連接:

 :元件同在一無分支點的導線上。

 :元件被分支點分開,不在同一導線上。

 電路變化:接線夾,在不越過 下可任意滑動 ( 2 )實例討論:

 二電池的並聯:

串聯 並聯

元件

(17)

基本電路變化討論一

接線夾,在不越過元件下 可任意滑動

(18)

基本電路變化討論二

接線夾,在不越過元件下 可任意滑動

(19)

基本電路的變化

( 2 )實例討論:

 元件的並聯:

(20)

基本電路的變化

( 2 )實例討論:

 複合電路: 二元件串聯後,再與一元件並聯

(21)

基本電路的變化

( 2 )實例討論:

 複合電路: 二元件並聯後,再與一元件串聯

(22)

範例解說

1. 如圖(一)、圖(二)的電路圖,線路上的三個燈泡 L1 、 L2 、 L3 , 其連

接的方式分別為何?

 圖(一) 。

( A )三者並聯 ( B )三者串聯 ( C ) L1 、 L2 並聯,再與 L3 串聯 ( D ) L2 、 L3 並聯,再與 L1 串聯

A

L1

L3

L2

接線夾,在不越過元件下 可任意滑動

L1

L3

L2

圖(一)

L1 L2 L3

(23)

範例解說

1. 如圖(一)、圖(二)的電路圖,線路上的三個燈泡 L1 、 L2 、 L3 , 其連

接的方式分別為何?

 圖(二) 。

( A )三者並聯 ( B )三者串聯 ( C ) L1 、 L2 並聯,再與 L3 串聯 ( D ) L2 、 L3 並聯,再與 L1 串聯

A

接線夾,在不越過元件下

可任意滑動 圖(二)

L1

L3

L2

L1

L3

L2

(24)

 電壓與電流的意義

Alessandro Volta 伏特 1745-1827 Andre-Marie Ampere

安培 1775-1836

(25)

 水流與電子流:

( 1 )概念比較:

 水流  。  幫浦  。  水管  。  渦輪  。

( 2 )水流因 而流動;電子流因 ( )而流 動

水流與電子流

燈泡

電池

導線

渦輪

幫浦

水管

電子流 電池

導線 燈泡

水位差 電位差 電壓

水位差 電位差

水流 電子流

(26)

 電壓:

( 1 )意義:驅使導線中的電子流動之原動力,又名 。 ( 2 )單位: ,單位符號: 。

 1 伏特=當 1 庫侖的電子經過電池獲得 1 焦耳的電能時,

稱此電池提供的電位差為 1 伏特。

 電池 1.5V :可知每庫侖電量通過時,電池提供 1.5 焦耳電能  電壓愈大,驅動電子運動的原動力愈大

電壓(電位差) V

電位差

伏特 V

V 1

1

E 1 V

:

V E

V E



伏特 焦耳庫侖

焦耳庫侖 單位 Q

電量 電壓 電能

電壓 Q 電量

電能 Q

C J 220 V

220 C

J 110 V

110 C

J 1.5

1.5V

(27)

 電流:

( 1 )意義:導線中 電荷流動方向。

 真正受電位差驅動的是 ,而非 (不移 動)。

( 2 )定義:

 電流的方向是正電荷的方向。

 電子流 e 的方向與電流 I 的方向 。 ( 3 )電流方向示例:

 外導線:電流由電池的 極流出,經導線至 極。

 電池內部:電流由電池的 極流至電池的 極。

電流 I

自由電子

相反

正電荷

正 負 負

I I

I I e

e e I

e

e

(28)

 電流方向示例:

電流方向示例 I

正電荷不移動

I e

 

 

 

 

微 觀

微 觀

微觀

負電荷移動

(29)

截面積 A

 電流: 電流強度

( 4 )電流強度:符號 。

 定義:單位時間內經過導線某一截面的 。

 電流強度單位: 、 。

 單位換算: 1 安培= 1000 毫安培 1A=1000 mA 電量

公升 時間

水流強度 水體積

  

   ne

Q

t ne I t

 

 Q

電流強度 電量

ne  Q  It

I

安培 A 毫安培 mA

Cs t

I 庫侖 安培

庫侖 Q

t

(30)

1. 阿華購買了一個行動電源,他在包裝上看到「 10000 mAh 」之標示,

如圖所示。則:

 ( )試問 mAh 與下列哪一種單位是屬於同一類的物理量(單位)?

 

( A )能量(單位:焦耳 J ) ( B )電位差(單位:伏 特 V ) 

( C )電流強度(單位:安培 A )( D )電量(單位:庫侖 C )。

範例解說

小時

 毫安

 h mA

Q

 t 

h I I t mA

D

(31)

1. 阿華購買了一個行動電源,他在包裝上看到「 10000 mAh 」之標示,

如圖所示。則:

 行動電源標示的 2.1 A ,表示每秒鐘可供應 庫侖電量。

 此行動電源若用於需要 2 A 電流的電器時,則可持續使用 小時。

範例解說

C S A

I  2 .1  2 . 1 t

Q

2.1

5 t

t 

2000 h

mA

t I

10000

Q

5

(32)

2. ( )一電路裝置如圖所示,流經導線上甲截面的電流為 2 安培,在 1 分

鐘內有 X 個電子通過導線上的此截面。若調整直流電源增加電 壓,

使流經導線上甲截面的電流變為 4 安培,則在 6 分鐘內會有多少 個

電子通過此導線上的甲截面?

( A ) 3X  ( B ) 6X  ( C ) 12X  ( D ) 18X 個。

[ 會考類題 ]

範例解說

60 6

4

60 1

2

2 1

 Q

Q Q e

n

e X

It ne

C

X n n

X 12 6

2

1 

 

2

(33)

範例解說

3. ( )某導線的截面在 4 分鐘內通過 3 1021 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。

A

A t I

ne

I t 2

60 4

10 6

. 1 10

3

21 19

 

 

 Q

t n

I

(34)

範例解說

4. 一截面積為 2 平方公分的導線,每分鐘通過 900 庫侖的電量,則:

 流經該導線的電流大小為 安培。

 每分鐘通過該截面的電子數量為多少個?

。(列出算式,不用化簡)

15

1.6 10

-19

60 I

e

It

n n 900

Q

A 60 15

900 

I 1 . 6 10

19

900

n

10

19

6 . 1

900

(35)

 電壓與電流的測量

(36)

 電壓與電流的測量:

( 1 )測量器材介紹及電路符號:

 :測量電壓,亦稱 。

 :測量電流,亦稱 。

測量器材

伏特計 電位計

(毫)安培計 電流計

歸零鈕 正、負極端子

指針

正端子

(紅) 負端子 伏 (黑)

特 計

安 培

(37)

( 2 )器材使用與注意事項:

 歸零:用螺絲起子調整歸零鈕

 連接:正端子,連電池 極;負端子,連電池 極。

 伏特計:與待測元件 。  安培計:與待測元件 。

 伏特計可直接連接電池,安培計不可。

 乾電池型號有 1 、 2 、 3 、 4 號,大小不同,以何型號 電壓最大? 。

器材使用注意事項

正 負

並聯 串聯

_

+

正接正;負接負

相同

_

+

(38)

( 2 )器材使用與注意事項:

 測量時,應先測量大範圍端子,再漸漸至小範圍端子。

(避免 )

器材使用注意事項

破表燒壞

(39)

30V 3

 電壓與電流的測量:

( 3 )測量值的讀取:先區分「端子範圍」,再依「刻度比例換算」。

 伏特計:

 若接 30V 端子,刻度如圖時:讀數是 V 。  若接 15V 端子,刻度如圖時:讀數是 V 。  若接 3V 端子,刻度如圖時:讀數是 V 。

測量值的讀取

8 4 0.8

格 端子 0 . 5 /

10

15

V

 5 

V

端子 0 . 1 / 格 10

3

V

 1 

V

(40)

 電壓與電流的測量:

( 3 )測量值的讀取:先區分「端子範圍」,再依「刻度比例換算」。

 安培計:

 若接 5A 端子,刻度如圖時:讀數是 A 。  若接 50mA 端子,刻度如圖時:讀數是 A 。  若接 500mA 端子,刻度如圖時:讀數是 A 。

測量值的讀取

2.5 0.025

0.25

+

_

5 50 500

m

(41)

安培計的錯誤連接示意圖

不可直接接電池

不可並聯

× ×

× ×

(42)

 電路中的

電壓與電流關係

(43)

 電壓與電流的關係:

( 1 )電源的電壓關係: 串聯 V ;並聯 V 。  電池串聯時:電池總電壓=各電池電壓之 。  電池並聯時:電池總電壓與各電池電壓 。  電池複合串、並聯時:逐次簡化求之

 若有反向連接者,其電壓需扣除

電路中的電壓與電流關係

總和 相等

( 若每個電池電壓為 1.5 V

相加 相 等

V

6 1 . 5

V

3

V

V

5 . 1

反向

V

3

反向

0

(44)

串聯與並聯電壓的概念圖

  串聯 V 相加

 並聯 V 相等

(45)

1.5V 2A

 電路中的電壓與電流關係:

( 2 )電路中的電壓與電流關係:

 單一電路:

 V 關係: 。  I 關係: 。

單一電路

V

V1 I

I1

V1

V

I1

I

1.5V

2A

(46)

 電路中的電壓與電流關係:

( 2 )電路中的電壓與電流關係:

 串聯電路: 串聯 V ; I 。

 V 關係:  燈泡相同(電阻相同)時, V 等 分。

 I 關係: 。

 亮度比較判斷:燈泡相同時,其 V 或 I 愈 ,亮度愈 大。

串聯電路

2

1 V

V V

 

2

1 I

I I

 

V

V1 I

I1

V2 I2

3V

1V

2A 相加 相

2A 2A

2V ( 電阻相 大

同 )

3 2

1

I I

I  

(47)

 電路中的電壓與電流關係:

 並聯電路: 並聯 V ; I 。

 V 關係: 。

 I 關係:  燈泡相同(電阻相同)時, I 等 分。

 亮度比較判斷:燈泡相同時,其 V 或 I 愈 ,亮度愈大。

並聯電路

2

1 V

V V

 

2

1 I

I I

 

相等 相 加

I2 大 V

V1 I

I1

V2 I2

4 3

2

1

I I I

I   

12 V

3A 4A 12V

12V

1A

(48)

 電路中的電壓與電流關係:

 複合電路: 將電路分區域來觀察

 串聯: V 相加、 I 相等  並聯: V 相等、 I 相加  當電燈相同時,串聯 V 、並聯 I 有等分效果

 亮度比較判斷:燈泡相同時,其 V 或 I 愈 ,亮度愈大。

複合電路

大 V

V1

V2

V3

I

I1

I2

I3

 

   

1 12 3 2 3

3 2

1

2 1

:

V V

1

: V

I I

I I

I

I I

I

V V

 關係

關係

I I

1

I

2

I

3

(49)

V V1 V2

V3

V4

I

I1 I2

I3

I4

範例解說

1. 請寫出下列三電路的電壓與電流關係:

  12 II1 II42 I1 I3 I2 I3

   

 

VV VV VV V

V V

V

4 2

1

4 3

3 2

1

3 2 1

V V

1

V

2

V

3

V

4

I I

1

I

2

I

3

I

4

3 2

1

V V

V   V

3

V

4

V V

V V

V

1

2

4

(50)

V V1

V2

V3

I I1

I2

I3

範例解說

1. 請寫出下列三電路的電壓與電流關係:

  1

I

I1

I2

I3

  1

V1

V2

V3

V

V V

1

V

2

V

3

I I

1

I

2

I

3

V V

V

V

1

2

3

3 2

1

I I

I

I   

(51)

V V1 V2

V3

I

I1 I2 I3

範例解說

1. 請寫出下列三電路的電壓與電流關係:

  1

I

I1

I2

I3

  12 VV21 VV23 V1 V3 V

V V

1

V

2

V

3

I

I

1

I

2

I

3

3 2

1

I I

I

I    V

2

V

3

V

V V

V

V

1

2

1

3

(52)

範例解說

2. 下列三電路中的燈泡都相同,則請排列燈泡亮度大小:

丙 甲

乙 丁

亮度 :

 甲 乙 丙

亮度 :

 甲 乙 丙

亮度 :

V V/3

V/3

V/3

(媒體: 1

, 23” )

電流丁最大 V

V/2 V/2

電流甲最大 V

V

(53)

課程結束

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