简单电路

无论是手电筒一按下开关立刻发出明亮光芒，还是台灯插上插头便可照亮书桌，又或是电视机接通电源后屏幕开始显示节目——这些看似五花八门的用电器，其实都有一个共同的基础，那就是电路。电路就像是一条为电流“修建”的道路，只有在这条道路上，电流才能顺利流动，从而驱动各种用电器高效工作。我们身边的所有电气设备，归根结底都是通过电路实现取能与控制。理解电路的结构、工作原理和基本特性，是深入学习电学、了解现代生活用电奥秘的第一步。在后续学习中，你会看到，从最简单的手电筒、玩具汽车，到复杂的电脑、冰箱、智能家居系统，都是由一个个电路有机组成。认清电路的本质，有助于我们分析、排查生活中遇到的用电现象与故障，也为安全用电、科技创新打下坚实的基础。

电路的组成

一个能正常工作的电路，必须具备四个基本组成部分：电源、导线、开关和用电器。缺少其中任何一个，电路就无法正常工作。

以手电筒为例：电池是电源，金属弹片是导线，按压式开关控制通断，灯泡是用电器。四个部分缺一不可——没有电池灯泡不亮，没有开关无法控制，导线断裂电路中断，灯泡烧毁也无法工作。

在绘制电路时，通常用标准的电路图符号代替实物画法。

电路的三种状态

电路在实际使用中有三种不同的状态：通路、断路和短路。三种状态的性质和后果截然不同，必须仔细区分。

• 通路是指电路各部分连接完好，开关闭合，形成完整的闭合回路，电流能够正常流通，用电器正常工作。这是电路的正常工作状态。

• 断路是指电路中某处断开，电流无法流通，用电器停止工作。断路的原因可能是开关断开、导线折断、灯泡灯丝熔断等。断路不会损坏电器，只是电流无法通过。

• 短路是指导线将用电器两端直接连通，电流绕过用电器走了一条阻力极小的捷径，电路中的电流会急剧增大，造成导线过热甚至起火。

用电路图来区分三种状态：通路中电流从电源正极出发，经过导线、开关、用电器，回到负极；断路中任意一处断开，电流中止；短路中导线直接连接了正负极，电流不经过用电器。

一个由电池、开关、灯泡组成的手电筒电路，灯泡不亮，可能是什么原因？

电流

电荷在导体中定向移动形成电流。就像水管中流动的水，导线中流动的是电荷，而电流的强弱反映的是单位时间内通过导线截面的电荷量的多少。

电流用字母 $I$ 表示，国际单位是安培，简称安，符号为 A。在实际应用中还常用毫安（mA）和微安（μA）：

$1\text{ A} = 1000\text{ mA}, \quad 1\text{ mA} = 1000\text{ μA}$

电流是有方向的。物理学规定，正电荷定向移动的方向为电流方向。在外电路（电源外部的电路）中，电流从电源正极流出，经过导线和用电器，回到电源负极。这个规定是一个人为约定，实际上在导线中移动的是自由电子，电子的移动方向与电流方向相反。

测量电流的工具是电流表（安培表）。使用电流表时，必须将它串联在电路中，电流从电流表的“+”接线柱流入，“-”接线柱流出，不能接反。

串联电路

将两个或多个用电器依次首尾相连，组成一条不分叉的电流通道，这种连接方式叫做串联。串联电路中，电流只有一条路径，所有用电器依次通过同一股电流。

串联电路最重要的特点是：各处电流相等。无论电路中串联了多少个用电器，通过每个用电器的电流值都相同，等于总电流。

$I = I_1 = I_2 = I_3$

其中 $I$ 是总电流，$I_1$、$I_2$、$I_3$ 是各用电器的电流。

例题：如图所示，两个灯泡 $L_1$ 和 $L_2$ 串联在电路中，电流表 $A_1$ 测得通过 $L_1$ 的电流为 ，求通过 的电流和干路总电流。

由串联电路各处电流相等的特点：

$I_2 = I_1 = 0.3\text{ A}$

$I = I_1 = I_2 = 0.3\text{ A}$

通过 $L_2$ 的电流为 $0.3\text{ A}$，干路总电流也为 $0.3\text{ A}$。

串联电路有一个明显的缺点：某处断路会导致整个电路中断。早期的节日彩灯就是串联的，一旦某个灯泡断路，所有灯泡都会同时熄灭，查找故障非常麻烦。

并联电路

将两个或多个用电器的两端分别连接在电路的两个公共节点之间，电流可以同时通过多条路径，这种连接方式叫做并联。并联电路中，电流在节点处分叉，各支路相互独立。

并联电路最重要的特点是：干路电流等于各支路电流之和。

$I = I_1 + I_2 + I_3$

其中 $I$ 是干路（总）电流，$I_1$、$I_2$、$I_3$ 是各支路的电流。

例题：两个灯泡 $L_1$ 和 $L_2$ 并联，通过 $L_1$ 的电流为 $0.4\text{ A}$，通过 的电流为 ，求干路总电流。

由并联电路干路电流等于支路电流之和：

$I = I_1 + I_2 = 0.4\text{ A} + 0.6\text{ A} = 1.0\text{ A}$

干路总电流为 $1.0\text{ A}$。

家庭用电中的各个电器都是并联连接的。客厅的灯、卧室的灯、电视机、空调，各自独立接在两根电源线（火线和零线）之间。这样，每个电器都可以独立开关，互不干扰。

串联与并联的比较

串联和并联是两种基本的电路连接方式，它们在结构特征和应用场合上有明显区别。

实际电路中，串联和并联往往混合使用。以一套家庭照明为例：客厅的多盏射灯可能相互并联（各灯独立工作），而控制这组射灯的总开关与这组灯串联（总开关断开则所有射灯熄灭）。

例题：一个电路中，$L_1$ 和开关 $S_1$ 串联后，再与 $L_2$ 并联，最后连接到电源上。当 $S_1$ 断开时， 和 各有什么状态？

$S_1$ 只控制 $L_1$ 所在支路，$L_2$ 所在支路不受影响。这体现了并联电路各支路互不干扰的特点。

练习题

第1题（电路的组成）

下列关于电路组成的说法，正确的是（　　）

A. 电路中只要有电源和导线，用电器就能工作

B. 开关断开时，电路中仍有电流通过用电器

C. 电路必须由电源、导线、开关和用电器四部分组成，才能正常工作

D. 没有开关的电路无法使用

第2题（电路的三种状态）

小明用一节干电池、一个灯泡、一个开关和导线连成一个电路，闭合开关后灯泡不亮。他将一根导线直接连在灯泡两端，发现电池发热，但灯泡仍不亮。出现这种现象的原因是（　　）

A. 电路发生了断路，电流无法通过

B. 电路发生了短路，电流绕过了灯泡

C. 灯泡功率太大，电流不够用

D. 开关没有真正闭合

第3题（电流的单位换算）

一个小型电动玩具正常工作时，通过电动机的电流为 $250\text{ mA}$。下列换算结果正确的是（　　）

A. $250\text{ mA} = 2.5\text{ A}$

B. $250\text{ mA} = 0.025\text{ A}$

C. $250\text{ mA} = 0.25\text{ A}$

D. $250\text{ mA} = 25\text{ A}$

第4题（串联与并联的判断）

家庭中，卧室的灯和客厅的灯可以分别用各自的开关控制，互不影响。这说明卧室的灯和客厅的灯的连接方式是（　　）

A. 串联，共用一个开关控制

B. 串联，各自有独立开关

C. 并联，共用一个开关控制

D. 并联，各自有独立开关

第5题（计算题）（并联电路电流计算）

一个并联电路中，$L_1$、$L_2$、$L_3$ 三个灯泡并联连接在电源两端。已知通过 $L_1$ 的电流为 ，通过 的电流为 ，通过 的电流为 。

（1）求干路上的总电流 $I$。

（2）若将 $L_3$ 所在支路的开关断开，干路上的电流变为多少？$L_1$ 和 $L_2$ 是否还能正常工作？

第6题（计算题）（串联电路电流计算）

一个串联电路由电源、开关 $S$、灯泡 $L_1$ 和灯泡 $L_2$ 依次串联而成。用电流表分别测量各处的电流，测得通过 $L_1$ 的电流为 。

（1）通过 $L_2$ 的电流和干路总电流各是多少？

（2）若将电路中再串联一个灯泡 $L_3$，且 $L_3$ 正常工作时电阻较大，整个电路总电流减小为 $0.2\text{ A}$，此时通过 $L_1$ 和 的电流各是多少？

干路总电流为 $\boldsymbol{1.0\text{ A}}$。

（2）$L_3$ 支路开关断开后，$L_3$ 支路电流为零，但 $L_1$ 和 $L_2$ 所在支路不受影响，仍正常工作。

此时干路总电流为：

$I' = I_1 + I_2 = 0.3\text{ A} + 0.5\text{ A} = 0.8\text{ A}$

干路电流变为 $\boldsymbol{0.8\text{ A}}$，$L_1$ 和 $L_2$ 继续正常工作。这正是并联电路“各支路互不影响”的体现。

通过 $L_2$ 的电流为 $\boldsymbol{0.4\text{ A}}$，干路总电流也为 $\boldsymbol{0.4\text{ A}}$。

（2）再串联 $L_3$ 后，总电流减小为 $0.2\text{ A}$。串联电路中各处电流仍然相等，所以：

$I_1 = I_2 = I_3 = I = 0.2\text{ A}$

此时通过 $L_1$ 和 $L_2$ 的电流均为 $\boldsymbol{0.2\text{ A}}$。

串联更多用电器后，电路总电流减小，每个用电器两端能利用的电能也相应减少，灯泡会变暗。这也是串联电路在实际使用中的局限性。