电磁学
串联与并联电路
测量两个电阻串联和并联电路中的电流与电压。验证 、 及基尔霍夫电流电压定律。
⚠ 真实电路:只用低压电源,电压表并联、电流表串联——电流表接错会造成短路。
器材
- 双电阻电路模型与「切换到并联」按钮
- 电源电压、电阻R₁与R₂滑块
- 虚拟电流表/电压表与各支路读数
实验步骤
考察串联电路
设 U = 9 V、R₁ = 3 Ω、R₂ = 6 Ω。读取每个电阻的电流——相同, A——以及各电阻电压: V、 V,合计恰为9 V(基尔霍夫回路定律)。
切换到并联
按「切换到并联」,保持 U、R₁、R₂ 不变。两条支路同受9 V;读支路电流 A、 A;总电流 A(基尔霍夫节点定律)。等效电阻 Ω——符合 。
比较功率与亮度
在图2中观察各支路中的载流子流动并比较其「密度」——电流的直观像。对每种接法计算 :因 ,并联总功率远大于串联——这正是家用灯泡并联的原因。
自选参数预测
任选 U、R₁、R₂;先算 与 ,再切换模式验证。试并联中令 R₂ → 1 Ω:该支路「主导」电流——并联中小电阻主导,串联中大电阻主导。
模拟
实验历史
电阻组合规律是基尔霍夫两条定律的直接推论——古斯塔夫·基尔霍夫21岁时在1845年关于分支电路的论文中提出,距欧姆定律发表仅18年,当时欧姆定律尚存争议。基尔霍夫在电子学诞生之前就奠定了一般电路分析的基础。
其首个壮观应用是1850–60年代的跨大西洋电报,基尔霍夫与汤姆孙(开尔文勋爵)分析了海底电缆中的电流。如今节点/回路定律是从手机电路板到国家电网一切电路分析的语言,也是电荷与能量守恒的经典范例。