串联与并联

进阶

串联只有一条电流路径,一处断全停、灯泡较暗;并联有多条支路,一处断其他照常。家中电器全部并联。

适合:中二科学 · 单元:电的使用 · 建议学习路径第 8/19 课

学完呢课,你会识:
  • 串联:一条路径,一处断全停,灯泡较暗。
  • 并联:多条支路,一处断其他照常,灯泡各自正常亮度。
  • 串联时电池电压由各灯泡分担。
文体:科普知识有声朗读

文体小知识:科普知识文章用生活实例解释科学概念,先看现象再讲原理,读完就能解释日常见到的东西。

科学Science

§课文原文 Passage

1实验桌上两个灯泡、一枚电池:把灯泡首尾相连成一条线是一种接法,把两个灯泡各占一条支路又是另一种。前者叫串联,后者叫并联 — 接法不同,表现完全两样。

2串联电路只有一条电流路径:电流依次流过每个元件,每个灯泡只分到部分电压,所以偏暗;任何一处断开,全部熄灭。并联电路则在分流点分成多条支路:每条支路都直接取得电池电压,灯泡亮度正常;一条支路断开,其余照常。

3家中正是并联的世界:电灯、风扇、雪柜、电视各自开关、互不干扰。试想像如果全家电器串联 — 关掉一盏灯,全屋电器都要停;一个灯泡烧坏,整屋陷入黑暗。

4并联方便,但同一插座插满电器又会带来新问题:电流过大怎么办?下一课讲用电安全。

1重点摘要 Summary

串联只有一条电流路径,一处断全停、灯泡较暗;并联有多条支路,一处断其他照常。家中电器全部并联。

2生字卡 Vocabulary

S
Series circuit串联电路

元件首尾相连、电流只有一条路径的接法。

P
Parallel circuit并联电路

电流分成两条或以上支路流动的接法。

B
Branch支路

并联电路中电流可通过的其中一条分路。

J
Junction分流点

电路中电流分开或汇合的位置。

B
Brightness亮度

灯泡发光的强弱:串联的灯泡较暗,并联的灯泡各自保持正常亮度。

B
Break断路

电路某处断开令电流停止:串联一处断全停,并联只停该支路。

H
Household wiring家居电路

家中电器以并联方式连接的电路,各电器可独立开关、互不影响。

C
Current split电流分配

并联时总电流在分流点分成多份,各支路只取得其中一部分。

3逐步讲解 Steps

  1. 串联:一条路径串联是把元件逐个首尾相连,电流只有一条路可走:把两个灯泡依次连接后再接上电池,电流便依次流过两个灯泡,流过每个灯泡的电流都相同,这是串联最重要的特点。不过两个灯泡要分担电池的电压,每个分到的电压减半,所以两灯都比单灯时暗。旧式圣诞灯串正是串联的典型例子。
  2. 串联一断全停串联电路的最大弱点是一断全停:旋出串联电路中任何一个灯泡,电路立即断开,另一个灯泡也马上熄灭,因为唯一的路径中断了,电流无处可走。旧式圣诞灯一粒烧坏,整串便失去照明,正反映这个缺点;修理时也要逐粒检查,相当费时。这解释了为什么家居电路不采用串联。
  3. 并联:多条支路并联是把元件分别接在相同的两个接点之间,形成多条支路:电流在分流点分成两路,各自流过一个灯泡,每条支路都取得电池的全部电压,所以每个灯泡都像单独接电池一样亮。家居电路全部采用并联,各电器接在不同支路上,互不影响,可以独立开关,正是因为这个特性。
  4. 并联一断另一仍亮并联的优点是各支路独立运作:旋出并联电路中一个灯泡,另一个照常亮著,因为电流改走仍然接通的支路,电源不受影响。家居中一盏灯坏了,其他灯和电器照常工作;墙上插座即使空著,也不妨碍其他插座供电,全是并联的功劳。这种可靠性正是现代电路设计追求的目标。
  5. 亮度比较把同一电池接上不同组合,亮度立即分出高下:一个灯泡直接接电池最亮;两个并联时,每个都取得全部电压,各自接近正常亮度;两个串联时,电压被平分,明显较暗。串联的灯泡越多,每粒分到的电压越少,整串也越暗。这个比较实验能直观展示两种接法的差异,宜亲自动手做一次。
  6. 日常例子判断接法先数电流共有多少条路径:家中的电灯、电视、雪柜全部并联,可以独立开关,一件坏了不影响其他;旧式圣诞灯饰则是串联,一粒坏全串熄。汽车的车头灯也并联,一边烧坏另一边仍亮,夜间行车才有保障。可见并联既可靠又灵活,是现代生活用电的主流选择,串联则见于特殊场合。

4图解 Diagrams

串联 vs 并联 Series vs parallel串联 Series:一条路径 one loop一处断 → 全部熄两灯摊薄电压 → 较暗 dimmer并联 Parallel:多条支路 branches一处断 → 其他支路照亮家中电器全部并联 everything at home圣诞灯用串联(悭线);屋企插座用并联(独立开关、电压一样)
图 1:串联与并联电路对照
家中电路:全部并联 Household circuits are parallel配电箱consumer unit开关电灯Lamp开关雪柜Fridge开关冷气Air-con开关电视TV每条支路独立开关:坏一部其他照用,每边电压都一样 Each branch works on its own
图 2:家中电器并联示意

5例题示范 Example

例题:一串旧式圣诞灯由 10 个相同灯泡串联而成。为什么每粒都相当暗?若其中一粒烧坏,会发生什么事?

  1. 串联电路只有一条电流路径,10 个灯泡依次通过同一电流。
  2. 电池的电压由 10 个灯泡分担,每粒只分到约十分之一的电压。
  3. 每粒灯泡分到的电压小,发出的光暗。
  4. 其中一粒烧坏即令电路断开,整串灯全部熄灭。
  5. 答案:串联电路只有一条路径,同一电流依次通过 10 个灯泡;电池的电压由 10 个灯泡平均分担,每粒只得到约十分之一,所以光度远低于正常。若其中一粒烧坏,整条电路断开,电流无法通过,整串灯便全部熄灭。要灯泡互不影响,应改用并联接法。

6常见错误 Mistakes

✗ 「并联电路拆走一个灯泡,全部都熄。」
✓ 恰恰相反:并联只影响该支路,其他灯泡照常亮;串联才会全停。
✗ 「串联灯泡同单灯一样光。」
✓ 串联时电压被各灯泡分担,每个都比单独接电池时暗。
✗ 「家居电器是串联。」
✓ 家居电路是并联 — 各电器可以独立开关,一件故障不影响其他。
✗ 「并联支路越多,每个灯泡越暗。」
✓ 并联各支路都取得电池电压,灯泡亮度基本不变。

75 题快测 Quick check

Q1串联电路中电流有几条路径?

Q2并联电路中拆走其中一个灯泡,其余灯泡会怎样?

Q3同一电池下,两灯串联与两灯并联,哪个组合较亮?

Q4家中电器采用哪种接法?有什么好处?

Q5旧式圣诞灯饰一粒烧坏全串熄灭,说明它采用什么接法?

8重点回顾 Recap

  • 串联:一条路径,一处断全停,灯泡较暗。
  • 并联:多条支路,一处断其他照常,灯泡各自正常亮度。
  • 串联时电池电压由各灯泡分担。
  • 家居电路用并联,电器可独立开关。
  • 判断接法先看电流路径:一条是串联,有分流是并联。

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