國中教育會考 理化(三)・九年級上學期 理化

電與磁

電路、歐姆定律、電流磁效應與電磁感應

內容概述

電荷分正負,同性相斥、異性相吸。電流 I 為單位時間通過的電量(單位:安培 A),電壓 V 為推動電荷流動的原因(單位:伏特 V),電阻 R 為阻礙電流的程度(單位:歐姆 Ω)。歐姆定律:V=IR。串聯電路電流處處相等、電壓分配於各電阻;並聯電路電壓相等、電流分流。電功率 P=IV=I²R,電能 W=Pt(度=千瓦小時)。電流磁效應(厄斯特發現):通電導線周圍產生磁場,方向以安培右手定則判斷;電磁感應(法拉第發現):磁場變化使線圈產生感應電流。電動機利用電流在磁場中受力轉動;發電機利用電磁感應發電,兩者原理互逆。

學習重點

  1. 1歐姆定律 V=IR:電壓一定時,電阻愈大電流愈小
  2. 2串聯:電流相同、總電阻 R=R1+R2;並聯:電壓相同、總電阻變小(1/R=1/R1+1/R2)
  3. 3電功率 P=IV,1 度電=1 千瓦·小時=3.6×10⁶ 焦耳
  4. 4電流磁效應:通電直導線周圍磁場成同心圓,安培右手定則(拇指電流、四指磁場)
  5. 5電磁感應:磁場『變化』才產生感應電流,磁鐵靜止於線圈內不生電
  6. 6電動機=電能→力學能(電流磁效應);發電機=力學能→電能(電磁感應)

國中教育會考出題趨勢:會考必考:串並聯電路的電流電壓計算、電費(度數)計算、安培右手定則判斷磁場方向、辨別電動機與發電機的原理差異。常見陷阱:並聯總電阻比最小的分電阻還小;磁鐵不動則無感應電流。

108 課綱對應

進階探究・深度解析

串並聯的直覺理解:串聯像單一水管接長(阻力累加、水流變小);並聯像多開一條水管(總流量變大、總阻力變小)。家庭電路採並聯,才能讓每個電器都得到相同電壓、且一個關閉不影響其他。

電費計算是會考最貼近生活的題型:一台 800 W 的電暖器使用 5 小時,耗電 0.8 kW × 5 h = 4 度。若每度 3 元則花費 12 元。關鍵是先把瓦特換成千瓦,再乘以小時數。

厄斯特(1820)偶然發現通電導線使磁針偏轉,開啟電與磁統一的大門;法拉第(1831)反向思考『磁能否生電』,發現電磁感應,成為發電機的基礎。這段科學史常入題:電流磁效應→厄斯特,電磁感應→法拉第,切勿對調。

章節試題(4 題・附詳解)

1.基礎一個電阻為 20 Ω 的電熱線,接在 100 V 的電源上,通過電熱線的電流為多少?

測驗重點:歐姆定律計算

  1. (A) 0.2 A
  2. (B) 5 A
  3. (C) 20 A
  4. (D) 2000 A
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正確答案:(B) 5 A

依歐姆定律 V=IR,I=V/R=100/20=5(A),故選(B)。此為會考電學最基本的計算題型,務必熟記公式與單位。

2.中等兩個相同的燈泡,分別以串聯與並聯方式接在相同的電池組上。下列敘述何者正確?

測驗重點:串並聯電路比較

  1. (A) 串聯時每個燈泡較亮
  2. (B) 並聯時每個燈泡較亮
  3. (C) 兩種接法燈泡亮度相同
  4. (D) 串聯時總電阻較小
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正確答案:(B) 並聯時每個燈泡較亮

並聯時每個燈泡兩端電壓等於電源電壓,功率 P=V²/R 較大,故較亮;串聯時電壓由兩燈泡平分,每個燈泡分得電壓減半、功率降為四分之一。串聯總電阻為兩電阻相加,比並聯大。故選(B)。

3.中等某冷氣機的消耗功率為 2000 W,每天使用 5 小時,若每度電費 4 元,則使用 30 天的電費為多少元?

測驗重點:電費計算

  1. (A) 300 元
  2. (B) 600 元
  3. (C) 1200 元
  4. (D) 2400 元
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正確答案:(C) 1200 元

2000 W=2 kW,每天耗電 2×5=10 度,30 天共 300 度,電費 300×4=1200 元,故選(C)。關鍵步驟:先將瓦特換算為千瓦(除以 1000),度數=千瓦×小時。

4.進階將條形磁鐵的 N 極插入線圈時,檢流計指針偏轉。下列哪一種操作『不會』使檢流計指針偏轉?

測驗重點:電磁感應判斷

  1. (A) 將磁鐵從線圈中抽出
  2. (B) 磁鐵靜止置於線圈內不動
  3. (C) 將磁鐵更快速地插入線圈
  4. (D) 改用 S 極插入線圈
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正確答案:(B) 磁鐵靜止置於線圈內不動

電磁感應的關鍵是通過線圈的磁場必須『發生變化』才會產生感應電流。磁鐵靜止在線圈內時磁場不變,故無感應電流,選(B)。抽出、插入(無論快慢或哪一極)都造成磁場變化,皆會使指針偏轉;插入愈快感應電流愈大。