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第十五章
电流和电
第2节
电流和电路
如图 15.2-1所示，取两个相同的验电器A和B，使A带电、B不带电。用带有绝缘柄的金属棒把A和B连接起来，A的金属箔张开的角度减小，B的金属箔由闭合变为张开。
图15.2-1用金属棒连接验电器
这表明，有一部分电荷通过金属棒从A移动到了B，但是，电荷移动会很快结束。怎样才能使电荷持续不断地流动呢
图15.2-1用金属棒连接验电器
正在发光的电灯、转动的风扇都需要有电荷持续不断地流动。我们通过下面的活动看看，想要电荷持续地流动需要满足哪些条件。
图15.2-2 连接电路的主要器材
有如下器材：小灯泡、小电动机、蜂鸣器各一个，一个开关、两节电池(图15.2-2)以及一些导线。先后三次连接电路，分别使小灯泡发光、小电动机转动、蜂鸣器发声。小灯泡、小电动机、蜂鸣器要受开关的控制。
不能把电池的两端用导线直接连在一起!
×
小灯泡、小电动机、蜂鸣器持续工作，说明有电荷持续流过它们。
实验结果表明，要想使小灯泡等有电荷持续流过，就必须要有电池 (ce1l)，还要用导线将它们与电池连接成闭合的电路。
电流
导线、小灯泡的灯丝都是用金属做的，电荷在金属中可以定向移动，电荷的定向移动形成电流 (electric current)，类似水定向移动形成水流。
电荷有正、负两种，回路中有电流时，发生定向移动的电荷可能是正电荷，也可能是负电荷，还可能是正、负电荷同时向相反方向发生定向移动。
电流的形成主要包括三种情况
在 19 世纪初，物理学家刚刚开始研究电流时，并不清楚在各种情况下究竟是哪种电荷在移动，当时就把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。
按照这个规定，当电池、导线、小灯泡组成的电路闭合时，在电池外部，电流的方向是从电池正极经过小灯泡流向负极(图15.2-3)。
图15.2-3 电流的方向
发光二极管 (LED) 是一种电子元件它的两根引脚中较长的为正极，较短的为负极。当电流由正极经过 LED 流向负极时，LED发光，表明它处于导通状态；反之，电流不能从负极流向正极，此时 LED 不会发光 (图15.2-4)。
图15.2-4 发光二极管具有单向导电性
所以，根据 LED 发光与否可以判断电路中是否有电流及电流的方向。
请你将LED接入某电路中，闭合开关，观察LED是否发光，判断电路中电流的方向。
图15.2-4 发光二极管具有单向导电性
导体与绝缘体
用金属丝将小灯泡和电池连成闭合的电路，小灯泡就会发光；如果用橡皮筋将小灯泡和电池连接起来，小灯泡就不会发光。这说明金属可以导电，橡皮筋不可以导电。容易导电的物体叫作导体 (conductor)，金属人体、大地、石墨、食盐水溶液等都是导体。不容易导电的物体叫作绝缘体 (insulator)，胶、玻璃、塑料等都是绝缘体。
在金属中，部分电子可以脱离原子核的束缚而自由移动，这种电子叫作自由电子。金属之所以能导电，靠的就是自由电子。平时金属内自由电子运动的方向杂乱无章，但是接上电池之后，它们就会做定向移动。
电路的构成
物理学中将电池 (图15.2-5) 这类提供电能的装置叫作电源(power supply)，将灯泡、电动机、蜂鸣器等这类消耗电能的装置叫作用电器。
图15.2-5 各种电池
电源、用电器再加上导线，往往还有开关，组成了电流可以流过的路径——电路(electric circuit)。
只有电路闭合时，电路中才有电流。
发电机也是一种常见的电源，家庭电路中的电流是靠远方电站中的发电机来维持的。
电路图
画图时如果把电源、用电器等元器件原样画出，既麻烦又不清楚。为了便于研究，人们通常用符号来表示这些元器件(图15.2-6)。
图15.2-6 几种常用的元器件及其符
用符号表示电路连接的图，叫作电路图。电路图是对实际电路的有效抽象。有了元器件的符号，我们就可以用它来方便地替代实物电路了(图15.2-7)。
图15.2-7 电路和电路图
通路 断路 短路
正常接通的电路，即用电器能够工作的电路叫作通路。电路中如果某处被切断，电路中就不会有电流通过，这种情况叫作断路。直接用导线将电源的正、负极连接起来，这种情况下电源被短路，电路中会有很大的电流，可能把电源烧坏，这是不允许的!
电路的三种状态
状态 定义 电路 特点
通路 正常接通的电路，即用电器能够工作的电路 电路中有持续电流经过用电器，用电器工作
状态 定义 电路 特点
断路 电路中某处被切断的电路，电路中不会有电流通过，又叫开路 电路中无电流，用电器不工作
状态 定义 电路 特点
短路 直接用导线将电源的正、负极连接起来的电路 用电器不工作，电路中有很大的电流，会损坏电源甚至烧坏导线的绝缘皮，引起火灾
如果电路是接通的，但用电器两端被导线直接连通，这种情况下该用电器被短路，不能工作。
小灯泡被短路
图15.2-8是由两个小灯泡、两节干电池一个开关组成的电路。闭合开关，小灯泡发光。
图15.2-8 小灯泡被短路
把导线接在一个小灯泡的两端，你会看到这个小灯泡熄灭了，而另一个小灯泡还发光。想一想这是为什么。
图15.2-8 小灯泡被短路
实验现象表明，小灯泡被短路而熄灭，这是因为电流通过外加导线而绕过了小灯泡。
常见的两种电路故障
电路故障 产生原因 结果
断路 开关未闭合、导线断开、接头松动接触不良等 电路中无电流，用电器不能工作
电路故障 产生原因 结果
短路 电源短路——导线不经过用电器，直接与电源两极连接起来，如图所示 会烧坏电源、导线，甚至引起火灾
电路故障 产生原因 结果
短路 用电器被短路——当电路中有多个用电器时，把其中部分用电器两端直接用导线连接起来，如图所示 被短路的部分用电器不能工作
图 15.2-9 甲是把电池和玩具电风扇连接起来的电路图。请在图15.2-9乙中用笔画线表示导线，连接相应的电路，并标出电流的方向。
甲
乙
图 15.2-9
在图15.2-10中有电子门铃、电源和开关，请用笔画线表示导线，把它们连起来，使电子门铃能够正常工作，并画出相应的电路图。
电子门铃可以用 —————— 这样的符号表示。
电子门铃
图 15.2-10
观察图 15.2-11 所示的手电简结构图。按下按键时，电路是怎样接通的 请在图中画出电流通过的路径。另外再画出手电筒的电路图。
图15.2-11
图15.2-12 是某同学连接的电路，小电动机能转动吗 如果不能，请在接错的那根导线上画一个“×”，表示不要这根导线，再把正确接法的导线画出来，并在三根导线上分别标明电流的方向。
图 15.2-12
×
在图15.2-13甲、乙中，各有一根导线接错而使小灯泡和电源被短路。请分别把这根导线找出来，在上面画一个“×”。
图 15.2-13
×
×
1. (多选)关于电流的方向，下列说法正确的是 ( )
A.在金属导体中是自由电子定向移动形成电流，所以自由电子定向移动的方向就是电流方向
B.在导电溶液中有自由移动的正、负离子,所以电流的方向不能确定
C.不论何种导体，电流方向都规定为正电荷定向移动的方向
D.正电云对着楼顶的避雷针放电时，电流方向是从正电云到避雷针
E.玻璃棒和丝绸摩擦时，产生的电流方向是从玻璃棒到丝绸
CD
2. 关于导体和绝缘体，下列说法正确的是 ( )
A. 绝缘体在任何条件下都不能变成导体
B. 一般情况下，纯净水、石墨、大地都是导体
C. 绝缘体不容易导电，是因为在绝缘体中没有电荷
D. 金属容易导电，是因为金属内部有大量的自由电子
D
3. (泰州检测)电路中电源的作用是 _____________。如图甲所示在充电过程中，手机电池相当于电路中的 ____________ (填电路元器件)。如图乙所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插人槽中，房间内的灯和插座才能有电。
房卡的作用相当于一个 _________
(填电路元器件) 接在电路中。
提供电能
用电器
开关
4. 根据图中的实物连接，在虚线框中画出电路图。
5. 如图所示，当开关 S1、S2 断开时，电路是 _________；当 S1 闭合、S2 断开时，电路是 __________；当 S1、S2 都闭合时，电路是 _________。(均选填“通路”“断路”或“短路”)
断路
通路
短路

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