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5.1 基本电路

传感器及其在物理实验中的应用 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 由电源、用电器、导线和开关组成的电流路径,分为通路、断路和短路三种状态。

从哪来 建立在 7.1 交变电流图像 之上。通过观察交变电流图像中电流随时间周期性变化且方向不断反转的特性,反向推导并对比出“基本电路”中直流电流方向恒定、路径单一且稳定的核心特征,从而确立基本电路作为恒定电流研究基础的地位。

为什么 电流的形成需要两个条件:一是存在自由电荷的定向移动,二是存在持续的电势差(电压)。 1. 闭合回路是必要条件:如果电路断开(断路),电荷无法形成连续流动,电流为零。 2. 电源的作用:电源通过非静电力做功,将正负电荷分离,维持电路两端电势差,提供能量。 3. 短路的本质:当导线直接连接电源两极,电阻极小,根据 $I=U/R$,电流极大,导致电能迅速转化为内能,破坏电路安全。 因此,基本电路必须包含提供能量的电源、消耗能量的用电器、传输电流的导线和控制通断的开关,且必须构成闭合回路才能正常工作。

实物连接法** **适合学生
形象思维强、动手能力强、对抽象符号感到困难的学生。 操作:拿出电池、小灯泡、开关、导线。先让学生尝试点亮灯泡,记录成功步骤;再故意断开开关、用导线短接电池,观察现象。通过“做”来建立“通路、断路、短路”的直观物理图景,最后再画出对应的电路图。
水流类比法** **适合学生
逻辑推理能力强、喜欢抽象模型、擅长跨学科联想的学生。 操作:将电路比作水循环系统。电源是水泵(提供压力/电压),导线是水管,用电器是水轮机(消耗能量),开关是阀门。 - 通路:阀门打开,水循环流动。 - 断路:阀门关闭或水管破裂,水停止流动。 - 短路:水管直接连通水泵进出口,水不经过水轮机直接回流,水泵过热损坏。 通过类比帮助理解能量流向和电路状态。
符号规范法** **适合学生
严谨细致、注重规则、准备参加标准化考试的学生。 操作:直接引入标准电路符号。强调“方框化”原则:元件画在方框内,导线画成直角折线,不交叉(交叉处无节点)。重点讲解电源正负极符号、开关断开/闭合符号、灯泡符号的规范画法。通过绘制标准电路图来理解电路结构,强调“图”与“物”的一一对应关系。
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练一道
基础题
如图所示,电路中电源电压为 3V,闭合开关 S 后,小灯泡 L 发光。若此时用一根导线直接连接小灯泡 L 的两端,请分析电路中电流的变化及可能产生的后果。
变式
某同学连接电路时,发现闭合开关后灯泡不亮,但电流表有示数且很大,电压表(并联在灯泡两端)示数为零。请判断电路故障类型,并说明理由。
看解答过程
1. 初始状态:闭合开关 S,电路为通路,电流流经灯泡 L,灯泡发光。 2. 操作分析:用导线连接灯泡 L 两端,相当于在灯泡两端并联了一根电阻极小的导线。 3. 电流路径:电流倾向于走电阻最小的路径。因此,绝大部分电流将直接通过导线从电源正极流向负极,绕过灯泡 L。 4. 结果:灯泡 L 被短路,不再发光。由于外电路总电阻急剧减小,根据欧姆定律 $I=U/R$,干路电流急剧增大。 5. 后果:电源和导线发热严重,可能烧坏电源或引起火灾。
试试手自己判
检测题
如图所示电路,电源电压恒定。闭合开关 S 后,灯泡 L1 和 L2 都发光。若此时用一根导线连接 a、b 两点(a 点在 L1 左侧,b 点在 L2 右侧,即导线并联在 L1 和 L2 串联组合的两端),请判断: 1. 灯泡 L1 和 L2 是否还发光? 2. 电源是否安全? 3. 此操作属于哪种电路状态?
看答案和判分标准
答案:1. 灯泡 L1 和 L2 都不发光。 2. 电源不安全,可能烧坏。 3. 电源短路。
判对标准:
- 答出“都不发光”得 1 分。
- 答出“电源不安全/烧坏”得 1 分。
- 答出“电源短路”得 2 分。
- 若答成“局部短路”或“断路”则不得分。
- 总分 4 分,全对为掌握。
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