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小狐貍皮皮的物理世界

2021-02-13 21:28:13曹遠(yuǎn)強(qiáng)
第二課堂(小學(xué)版) 2021年10期
關(guān)鍵詞:用電器皮皮燈泡

曹遠(yuǎn)強(qiáng)

電流

自從小狐貍皮皮知道了電,他對(duì)電就產(chǎn)生了濃厚的興趣。他會(huì)盯著電視機(jī)看,但不是關(guān)心電視節(jié)目,而是好奇電視機(jī)是怎么用電的??粗砩系娜f(wàn)家燈火,看著一排排路燈,看著商店門(mén)口閃爍的霓虹燈,看著通上電就能燒開(kāi)水的電壺,他感到電真是太神奇了!這是一個(gè)電的世界,而他對(duì)此了解得很不夠,這讓他充滿了探索的欲望。

這天,皮皮對(duì)著臺(tái)燈看了半晌,然后找來(lái)螺絲刀,想把臺(tái)燈拆開(kāi)來(lái)看一看里面的電是怎么工作的。狐貍爺爺看到后制止了他,并很嚴(yán)肅地告誡他:“電是一個(gè)天使,可以使生活變得更加美好。同時(shí),電又是一個(gè)魔鬼,使用不當(dāng)會(huì)帶來(lái)巨大災(zāi)難,會(huì)造成重大損失?!?/p>

狐貍爺爺說(shuō)得這么嚴(yán)重,皮皮害怕了,他說(shuō):“電這么可怕嗎?您快講講吧!”

狐貍爺爺說(shuō):“電的知識(shí)很復(fù)雜,你不要著急,今天我先來(lái)講一講電流!”

皮皮問(wèn)道:“電流?這個(gè)詞我聽(tīng)說(shuō)過(guò)。電是流動(dòng)的嗎?”狐貍爺爺說(shuō):“物質(zhì)中既有正電荷也有負(fù)電荷,在一定條件下(電壓),其中的一種電荷(或兩種同時(shí))發(fā)生定向移動(dòng),就會(huì)形成電流。簡(jiǎn)單地說(shuō),就是電荷的定向移動(dòng)形成了電流。”

接著,狐貍爺爺拿出一根帶塑料皮的銅導(dǎo)線,說(shuō):“銅導(dǎo)線里面有大量的自由電子,這些自由電子運(yùn)動(dòng)的方向是雜亂無(wú)章的,但是加上電壓后,所有的自由電子就會(huì)向著同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng),這樣就形成了電流?!?/p>

導(dǎo)休和絕緣休

皮皮點(diǎn)了點(diǎn)頭,又問(wèn):“電壓是什么呀?”

狐貍爺爺說(shuō):“和水流動(dòng)需要有水壓一樣,電荷要定向流動(dòng)也需要有電壓?!?/p>

皮皮問(wèn):“物體有了電壓就能產(chǎn)生電流嗎?”

狐貍爺爺說(shuō):“不是的。有的物體容易形成電流,也就容易導(dǎo)電,這種物體叫導(dǎo)體。各種金屬,還有鹽水等電解質(zhì)溶液都是導(dǎo)體,大地也是導(dǎo)體。有的物體不容易導(dǎo)電,它們就是絕緣體,比如塑料、橡膠、玻璃、干木材等?!?/p>

皮皮舉起手中的導(dǎo)線說(shuō):“這里面包的銅絲是導(dǎo)體,而外面的塑料皮是絕緣體?!?/p>

狐貍爺爺說(shuō):“對(duì)!用塑料皮把銅絲包起來(lái),這樣就不容易漏電。”

皮皮說(shuō):“哦,我明白了?!?/p>

狐貍爺爺說(shuō):“常溫下,導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體叫半導(dǎo)體,半導(dǎo)體在無(wú)線電方面有著很廣泛的應(yīng)用?!?/p>

通路.斷路與短路

皮皮問(wèn):“有了電壓,有了導(dǎo)體,就能形成電流了嗎?”

狐貍爺爺笑了,說(shuō):“別著急,還不行。把導(dǎo)體做成導(dǎo)線,加上電源(電池)、開(kāi)關(guān)、用電器,就可以組成電流工作的路徑——電路。”

皮皮說(shuō):“電路就是電流走的路吧,有了電路是不是就有電流了呢?”

狐貍爺爺說(shuō):“還不行!電路有三種狀態(tài),一種叫通路,就是電路連接是正確的,閉合開(kāi)關(guān)電流工作。如果開(kāi)關(guān)斷開(kāi),或者電路中有故障,比如線沒(méi)有接好,導(dǎo)致電流不能正常流動(dòng),就叫斷路,斷路時(shí)電路中沒(méi)有電流。第三種叫短路,就是電源兩端或用電器兩端直接用導(dǎo)線連通的電路,這樣的電路中電流非常大,會(huì)燒壞用電器和電源,甚至可能引起火災(zāi),是一種嚴(yán)重錯(cuò)誤的電路?!?/p>

皮皮驚訝地說(shuō)道:“好可怕!我們用電前一定要好好檢查電路,千萬(wàn)不能出現(xiàn)短路哇!”

狐貍爺爺點(diǎn)了點(diǎn)頭。

電流的方向

學(xué)習(xí)了關(guān)于電的知識(shí)后,皮皮躍躍欲試:“爺爺,您說(shuō)了這么多,我都認(rèn)真聽(tīng)了,現(xiàn)在能不能讓我嘗試著連接一下電路?”

“行啊,我已經(jīng)準(zhǔn)備好了?!闭f(shuō)完,狐貍爺爺把準(zhǔn)備好的東西放在桌上,有電線、開(kāi)關(guān)、小燈座、燈泡、電池盒、干電池等。狐貍爺爺說(shuō):“這些組成電路時(shí)會(huì)用到的東西都可以稱為元件?!焙偁敔斠贿呏笇?dǎo)皮皮連接電路,一邊講解。

皮皮問(wèn):“電流一定是從電源的正極出來(lái),然后流回電源的負(fù)極嗎?”

狐貍爺爺說(shuō):“對(duì)!因?yàn)殡娏鞯姆较蚴沁@樣規(guī)定的:正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?。但在電路中,?shí)際流動(dòng)的是負(fù)電荷,電子從負(fù)極流向正極,因此電流方向是它的反方向?!?/p>

皮皮問(wèn):“爺爺,那電路中正電荷不流動(dòng)嗎?”

狐貍爺爺回答說(shuō):“不流動(dòng),流動(dòng)的是負(fù)電荷?!?/p>

皮皮看到自己連接的電路中的小燈泡亮了,感到十分高興。狐貍爺爺說(shuō):“你可以根據(jù)連接的電路的實(shí)際情況,在紙上畫(huà)出電路圖?!?/p>

皮皮問(wèn):“怎么在紙上畫(huà)電路圖?。课也粫?huì)呀!”

看著皮皮為難的樣子,狐貍爺爺笑了:“別著急,畫(huà)電路圖時(shí)是用一些簡(jiǎn)單的符號(hào)來(lái)表示元件的,不需要畫(huà)得像實(shí)物?!?/p>

說(shuō)完,狐貍爺爺畫(huà)了一些符號(hào),并告訴皮皮它們對(duì)應(yīng)的分別是什么元件。

狐貍爺爺說(shuō):“一個(gè)完整的電路至少要包含四部分:電源、開(kāi)關(guān)、用電器、導(dǎo)線。電源是提供電能的,用電器是消耗電能的,導(dǎo)線是輸送電能的,開(kāi)關(guān)是控制電路的?!?/p>

皮皮說(shuō):“爺爺,電源就是電池,對(duì)嗎?”

狐貍爺爺說(shuō):“電池是一種電源,除了電池,發(fā)電機(jī)等也是電源?!?/p>

皮皮在狐貍爺爺?shù)闹笇?dǎo)下,畫(huà)出了一幅最簡(jiǎn)單的電路圖。

皮皮看著正在發(fā)光的小燈泡問(wèn)狐貍爺爺:“電流越大燈泡越亮,對(duì)嗎?”

狐貍爺爺說(shuō):“是的!電流的大小叫電流強(qiáng)度,簡(jiǎn)稱電流。單位是安培,用字母A表示?!?/p>

皮皮笑道:“安培肯定是一位科學(xué)家的名字?!?/p>

狐貍爺爺說(shuō):“對(duì)!電壓的單位伏特,電阻的單位歐姆,都是科學(xué)家的名字。”

學(xué)習(xí)了電流的知識(shí)后,皮皮打算繼續(xù)了解電的其他知識(shí),他向狐貍爺爺提出要求:“您再講一講電壓和電阻吧?!?/p>

狐貍爺爺說(shuō):“不行,今天太晚了,以后再講吧!”

皮皮忽然想起了什么,對(duì)狐貍爺爺說(shuō):“爺爺,明天晚上我們?nèi)ド鐓^(qū)游樂(lè)場(chǎng)玩吧,那里的工程竣工了,有慶祝演出?!?/p>

狐貍爺爺也想起來(lái)了:“是嗎?終于竣工啦!我們大家都參與建設(shè)了,是應(yīng)該去看看。那就這樣說(shuō)定了,明天晚上一起

去游樂(lè)場(chǎng)?!?/p>

皮皮高興地說(shuō):“好的,那現(xiàn)在我去

睡覺(jué)了。”

電路的兩種連接方式

第二天晚上,皮皮和狐貍爺爺果然去游樂(lè)場(chǎng)了。皮皮玩得很開(kāi)心,他對(duì)藝術(shù)品般的燈光裝飾特別感興趣。小橋上,一排排彩燈不停閃爍,倒映在水中,十分好看。所有的小樹(shù)上都掛著小彩燈,一會(huì)兒紅燈亮綠燈滅,一會(huì)兒綠燈亮紅燈滅。廣場(chǎng)上亮著各種霓虹燈,流光溢彩,分外漂亮。忽然,皮皮發(fā)現(xiàn)身邊的小樹(shù)上只有綠燈會(huì)亮,而那一串紅色的小燈泡卻不亮。皮皮覺(jué)得很奇怪,問(wèn)道:“爺爺,這串紅色的小燈泡怎么不亮呢?”

狐貍爺爺說(shuō):“可能是這串紅色的小燈泡中有一個(gè)燈泡的燈絲斷了。這些小燈泡是串聯(lián)在一起的,只要有一個(gè)燈泡的燈絲斷了,電流不通,這一串燈泡就都不會(huì)亮了。”

皮皮問(wèn):“串聯(lián)是怎么回事?”

狐貍爺爺說(shuō):“回去我用家里的小燈泡演示給你看?!?/p>

該回家了,皮皮和狐貍爺爺走在寬闊的馬路上,路燈為他們照亮了路。突然,皮皮指著一盞路燈說(shuō):“爺爺,那盞路燈怎么壞了?”

狐貍爺爺看了看,說(shuō):“可能是溫度過(guò)高,路燈自動(dòng)斷電了,也可能是電路發(fā)生了斷路?!?/p>

皮皮說(shuō):“這樣一來(lái),電流就流不過(guò)去了!”

狐貍爺爺說(shuō):“是的,這種情況需要電工來(lái)修理?!?/p>

皮皮看著這一排路燈,忽然想到一個(gè)問(wèn)題:“爺爺,這一盞路燈出現(xiàn)了斷路,那整個(gè)電路就應(yīng)該不通了啊,為什么這一排的其他路燈還亮著呢?”

“哦,這是因?yàn)樗鼈兊倪B接方式不是串聯(lián),而是并聯(lián)。因此,這一盞路燈的通與斷不會(huì)影響其他路燈?!焙偁敔斀忉屨f(shuō)。

皮皮說(shuō):“剛才您說(shuō)那一串小燈泡是串聯(lián),現(xiàn)在又說(shuō)這一排路燈是并聯(lián),而它們的情況又這么的不同,這到底是怎么回事啊?我都糊涂啦!”

狐貍爺爺說(shuō):“等你弄懂了這兩種連接方式,知道了它們的特點(diǎn),就不會(huì)糊涂了。走,回家去,我演示給你看?!庇谑撬麄兗涌炝嘶丶业哪_步。

回到家,皮皮趕緊把元件擺在桌子上,狐貍爺爺指導(dǎo)他把兩個(gè)小燈泡按順次,首尾連接接入電路,組成一個(gè)串聯(lián)電路,并在紙上畫(huà)出了串聯(lián)電路的電路圖。

狐貍爺爺說(shuō):“電路有串聯(lián)和并聯(lián)兩種基本連接形式。復(fù)雜一些的電路,既有串聯(lián)也有并聯(lián)。現(xiàn)在你連接的就是一個(gè)串聯(lián)電路,在這個(gè)電路中電流只有一條路徑,它依次通過(guò)用電器,因此它有一個(gè)特點(diǎn):只要有一處斷了,整個(gè)電路中就沒(méi)有電流了,因此所有的用電器都不能工作了?!?/p>

皮皮把一個(gè)小燈泡擰松,讓它滅掉,果然另一個(gè)小燈泡也不亮了。

皮皮說(shuō):“我明白了,今天晚上那一串紅色的小彩燈是串聯(lián)的,因此,當(dāng)一個(gè)小燈泡壞了,燈絲斷了,所有的紅色小燈泡就都不亮了?!?/p>

皮皮在狐貍爺爺?shù)闹笇?dǎo)下,又用元件組成了一個(gè)并聯(lián)電路:把兩個(gè)小燈泡并排接入電路,這樣一來(lái),電流到此處就會(huì)分成兩條路徑。狐貍爺爺在每個(gè)燈泡的后面都接上了一個(gè)開(kāi)關(guān),然后又將兩條導(dǎo)線匯合在一起,接到另一個(gè)開(kāi)關(guān)上,最后再接到了電源上。

皮皮對(duì)這個(gè)電路進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)每個(gè)和燈泡直接連接的開(kāi)關(guān)只管這個(gè)燈泡,不能控制另外一個(gè)燈泡,而另外一個(gè)單獨(dú)的開(kāi)關(guān)則能控制這兩個(gè)燈泡。

狐貍爺爺說(shuō):“并聯(lián)電路有干路、支路之分,干路就是電流流出未分開(kāi)的部分,以及電流匯合后回到電源的部分,支路就是電流分開(kāi)的這幾條分路。干路開(kāi)關(guān)控制整個(gè)電路,支路開(kāi)關(guān)只能控制它所在的支路,無(wú)法控制另外的支路。因此,并聯(lián)電路最大的好處就是,如果有一條支路發(fā)生故障斷開(kāi)了,不會(huì)影響其他支路的工作,因此生活中絕大多數(shù)用電器都是并聯(lián)的?!?/p>

皮皮恍然大悟:“哦,我明白了,路燈是并聯(lián)的,因此一盞壞了,其他的燈不受影響?!?/p>

狐貍爺爺欣慰地點(diǎn)了點(diǎn)頭。

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