電流、電壓與電阻

進階

電流是電荷流動的強弱(安培 A),電壓是推動電荷的推力(伏特 V),電阻是阻礙電流的性質(歐姆 Ω)。電壓增大電流增大,電阻增大電流減小。

適合:中二科學 · 單元:電的使用 · 建議學習路徑第 7/19 課

學完呢課,你會識:
  • 電流是電荷流動的強弱,單位安培(A)。
  • 電壓是推動電荷的推力,單位伏特(V)。
  • 電阻阻礙電流通過,單位歐姆(Ω)。
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文體小知識:科普知識文章用生活實例解釋科學概念,先看現象再講原理,讀完就能解釋日常見到的東西。

科學Science

§課文原文 Passage

1同一枚電池,接一個燈泡很亮,加多一個電阻器就變暗 — 決定電路表現的,是三個基本量:電流、電壓和電阻。

2電流描述「流過多少電荷」,單位是安培(A);電壓是電源推動電荷的「推力」,單位是伏特(V);電阻則是元件阻礙電流的性質,單位是歐姆(Ω)。三者的關係可以用一句話概括:電壓越大,電流越大;電阻越大,電流越小。

3量度它們各有專用儀器:安培計串聯接進電路量電流,伏特計並聯跨接在元件兩端量電壓。接法錯了,輕則量不到數,重則燒毀儀器。

4掌握了三個量和兩種接法,下一課就能解釋一個日常現象:為什麼家中一盞燈壞了,其他燈還亮着?

1重點摘要 Summary

電流是電荷流動的強弱(安培 A),電壓是推動電荷的推力(伏特 V),電阻是阻礙電流的性質(歐姆 Ω)。電壓增大電流增大,電阻增大電流減小。

2生字卡 Vocabulary

E
Electric current電流

電荷流動的強弱,單位是安培(A),用安培計量度。

A
Ampere安培

電流的單位,簡稱安,符號 A。

V
Voltage電壓

電源推動電荷流動的「推力」,單位是伏特(V),用伏特計量度。

V
Volt伏特

電壓的單位,符號 V;一枚乾電池約 1.5 V。

R
Resistance電阻

物質阻礙電流通過的性質,單位是歐姆(Ω)。

O
Ohm歐姆

電阻的單位,符號 Ω。

A
Ammeter安培計

量度電流的儀器,必須串聯接入電路。

V
Voltmeter伏特計

量度電壓的儀器,必須並聯跨接在元件兩端。

3逐步講解 Steps

  1. 電流:流過多少電荷電流表示每秒有多少電荷流過電路中的一點,想像成水管:電流就像每秒流過管子的水量,水流越大,輸水越多;電流越大,燈泡越亮。電路中多加一粒電池,推動力增強,電流便增大。量度電流的儀器是安培計,單位是安培(A);實驗室小燈泡的電流往往不足一安培,電熱水壺卻可達十安培左右。
  2. 電壓:推動的力電壓是推動電荷流動的力量,就像水塔的高度:水塔越高,水壓越大,水流越急;電壓越大,推動電荷的力量越強,電流也越大。一枚乾電池的電壓約 1.5 V,兩枚串聯約 3 V,所以兩枚電池的燈泡更亮。量度電壓的儀器是伏特計,單位是伏特(V),名字來自物理學家伏特。
  3. 電阻:阻礙的角色電阻是電路中阻礙電流的角色:把一段幼而長的鐵線接入電路,燈泡明顯變暗,因為鐵線電阻大,電流便小;把鐵線剪短,燈泡又亮起來,可見導線越長電阻越大。材料也決定電阻:同樣尺寸下,銅的電阻遠小於鐵,所以電線多用銅。電阻的單位是歐姆(Ω),符號來自德國物理學家歐姆。
  4. 三者關係入門電流、電壓與電阻三者緊密相連:電流 = 電壓 ÷ 電阻。例如電壓 3 V、電阻 3 Ω 時,電流為 3 ÷ 3 = 1 A;電壓加倍到 6 V,電流便加倍到 2 A;若電阻加倍到 6 Ω,電流則減半為 0.5 A。只要知道其中兩個量,代入公式便能求出第三個量,這是分析電路最基本的工具。
  5. 安培計的接法安培計必須串聯接進電路,讓全部電流都流過它:就像收費站設在唯一的道路上,所有車輛都必須經過,安培計才能量出準確的電流。接錯成並聯會令過大電流湧入安培計,可能損壞儀器。讀數時留意單位是安培,別與伏特混淆;也要選擇合適量程,先由大量程試接,才能保護儀器。
  6. 伏特計的接法伏特計必須並聯跨接在待測元件兩端,例如量度燈泡電壓時,把伏特計兩端分別接在燈泡兩側,它便顯示燈泡兩端相差的電壓。若錯接成串聯,因為伏特計電阻極大,電路中幾乎沒有電流,燈泡熄滅,讀數也失去意義。接線前先想清楚要量電流還是電壓,再決定串聯或並聯,才不會出錯。

4圖解 Diagrams

電壓・電流・電阻(水路比喻)V · A · Ω電壓 Voltage伏特 V推動電荷嘅壓力 the push電流 Current安培 A每秒流過幾多電荷 charge flow電阻 Resistance歐姆 Ω阻礙電流 resists the flow水路比喻 Water analogy水泵= 電壓 push窄管=電阻 narrow pipe水流=電流 flow電壓越大 → 電流越大;電阻越大 → 電流越小 More push → more flow; more resistance → less flow
圖 1:電壓電流電阻(水路比喻)
安培計串聯 · 伏特計並聯 Ammeter in series, voltmeter in parallelA串聯 in series安培計跟電流走同一條路break the loop to insert itV並聯 in parallel伏特計跨住燈泡兩端no need to break the loop接錯會燒錶:安培計絕對唔可以直接駁電池兩端! Never wire an ammeter straight across a battery
圖 2:安培計與伏特計接法

5例題示範 Example

例題:3 V 電池接一個電阻 3 Ω 的燈泡,電流是多少?若換成電阻 6 Ω 的燈泡,電流又如何?

  1. 應用關係式:電流 = 電壓 ÷ 電阻。
  2. 第一個燈泡:3 V ÷ 3 Ω = 1 A。
  3. 第二個燈泡:3 V ÷ 6 Ω = 0.5 A。
  4. 比較:電阻加倍,電流減半 — 電阻越大,電流越小。
  5. 答案:應用電流 = 電壓 ÷ 電阻:第一個燈泡的電流 = 3 V ÷ 3 Ω = 1 A;換上 6 Ω 燈泡後,電流 = 3 V ÷ 6 Ω = 0.5 A。可見電壓保持 3 V 不變時,電阻加倍,電流便減半,即電流與電阻成反比;電阻越大,對電流的阻礙越大。

6常見錯誤 Mistakes

✗ 「安培計並聯在燈泡兩端。」
✓ 安培計必須串聯;錯誤並聯會令大電流流過安培計,可能燒毀儀器。
✗ 「伏特計串聯接入電路。」
✓ 伏特計必須並聯跨接在元件兩端;串聯的伏特計令電路近乎斷路。
✗ 「電阻越大,電流越大。」
✓ 恰恰相反:電壓不變時,電阻越大電流越小。
✗ 「電流的單位是伏特。」
✓ 電流單位是安培(A);伏特(V)是電壓的單位。

75 題快測 Quick check

Q1電流的單位是什麼?用什麼儀器量度?

Q2一枚乾電池的電壓大約是多少?

Q3電壓不變時,電阻增大,電流怎樣變化?

Q4伏特計應該怎樣接入電路?

Q56 V 電池接一個 3 Ω 的電阻,電流是多少?

8重點回顧 Recap

  • 電流是電荷流動的強弱,單位安培(A)。
  • 電壓是推動電荷的推力,單位伏特(V)。
  • 電阻阻礙電流通過,單位歐姆(Ω)。
  • 電壓增大電流增大;電阻增大電流減小(電流 = 電壓 ÷ 電阻)。
  • 安培計串聯接入;伏特計並聯跨接。

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