连一连电路：通路、断路与短路

电学的第一课不是公式，是一条闭合的回路。这个模拟把电池、开关、导线和小灯泡摆在一起，让学生先看清“电流从哪来、往哪走”，再回头去记那些符号和公式。

实验目的

这一页的目标很具体：

• 认出一个完整电路的四个组成：电源、用电器、导线、开关；
• 分清通路、断路、短路三种状态，并说出各自的现象；
• 说明电源电压（电池节数）如何影响灯泡亮度和电流大小；
• 建立“电流是持续的定向流动”这一图像，为欧姆定律打底。

如何操作

1. 打开时电路默认是通路：灯泡发亮，橙色小圆点沿导线循环流动，表示电流方向。
2. 点击下方“开关：合上”按钮，或直接点图中的开关，让开关断开，观察灯泡和电流点的变化。
3. 再点一次让开关合上，灯泡重新亮起。
4. 拖动“电池节数”滑块，从 1 节（1.5V）加到 2 节（3.0V）、3 节（4.5V）。注意电池盒里亮起的格数、灯泡光晕的大小和电流点移动的快慢。
5. 把滑块调回 1 节，再断开开关，用一句话说出现在电路处于什么状态。

实验现象

预期现象逐条列出，方便课堂核对：

• 开关合上：电流点连续流动，灯泡发光。这是通路。
• 开关断开：电流点停住，灯泡熄灭，回路在开关处被切断。这是断路。
• 电池从 1 节加到 3 节：灯泡光晕明显变大变亮，电流点跑得更快，说明电流变大了。
• 无论几节电池，只要开关断开灯泡一定不亮：电压再高，断了路也没有电流。

实验原理

一个能持续工作的电路需要四个角色：电源提供电压（电池把化学能转化为电能），导线提供电流通路，用电器把电能转化成其他形式的能（灯泡→光能和内能），开关控制通断。

电池两极之间存在电压，就像水管两端有高度差。回路闭合后，导体中的自由电子在电压作用下发生定向移动，形成电流。物理上规定正电荷定向移动的方向为电流方向，所以在外电路里电流从正极流向负极，图中橙色点走的就是这个规定方向。

灯泡为什么亮：灯丝很细、电阻较大，电流通过时做功产生热量（电流的热效应 Q = I²Rt），灯丝温度升到 2000℃ 以上就会发光。

电池节数越多，串联后的总电压越大。由 I = U/R，灯丝电阻大致不变时电压越大电流越大，灯泡的电功率 P = UI 也越大，所以更亮。

断路时回路某处不连续，自由电子无法形成持续的定向移动，电流为零；灯泡两端虽然还有电压，却没有电流通过。

短路是另一种极端：用导线把电池两极直接连起来，回路里只剩导线极小的电阻。由 I = U/R，R 趋近于零时电流会非常大，导线和电池迅速发热，可能烫伤或使电池漏液。真实实验里这是最需要避免的接法。

常见误区

• “灯泡把电流用掉了” —— 串联回路里电流处处相等，灯泡消耗的是电能，不是电流。
• “电流方向就是电子移动方向” —— 金属导体里自由电子的实际移动方向与规定的电流方向相反，这是历史约定，不影响解题。
• “电压和电流是一回事” —— 电压是形成电流的原因，电流是结果。开关断开时电池两极仍有电压，但电流为零。

应用与延伸

• 手电筒就是这个电路的实物版：电池 + 开关 + 小灯泡。
• 真实器材建议：一节 5 号干电池（配电池盒）、两段鳄鱼夹导线、1.5V～2.5V 小灯珠。绝不要用 220V 市电做连接实验，也绝不要把电池两极直接连通。
• 在回路上留一个缺口，分别用回形针、铅笔芯、橡皮、塑料尺去连接，顺手就能做一次“导体与绝缘体”的判断。

通路、断路、短路三态对照

三种状态名字相近，考题最爱混在一起问。把它们的回路、电流、灯和电压四项并排：

用模拟里的数字算一遍“通路”一行：小灯泡电阻按 10 Ω 算，1 节电池 1.5 V 时电流 0.15 A、功率 0.225 W；2 节 3.0 V 时 0.30 A、0.9 W；3 节 4.5 V 时 0.45 A、约 2 W。功率随电压的平方涨，所以模拟里灯的光晕不是线性变大的。真实的小灯泡额定电压常是 2.5 V，接 4.5 V 会很亮但很快烧断灯丝，这一点演示时要提前说清。

课堂上怎么用这个模拟

先让学生看着默认的通路说出电流从哪里出发、经过什么、回到哪里，再亲手断开开关，确认“断一处就全停”。加到三节电池时让学生描述灯的变化，并问一句“是电流变了还是电压变了”，引出两者的关系。最后把开关断开、电池加到三节，让学生判断此时有没有电流，这一题正好考“电压不等于电流”。

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