第一章直流电路(1)

1、第第1 1章章 直流电流直流电流电路及其基本物理量电路及其基本物理量1.11.1电阻电阻1.21.2欧姆定律欧姆定律1.31.3电能和电功率电能和电功率1.41.4电阻的串并联电阻的串并联1.51.5基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.61.61. 1. 欧姆定律欧姆定律3. 3. 基尔霍夫定律基尔霍夫定律l 本章本章重点：重点：2. 2. 电能和电功率电能和电功率1.1 1.1 电路及其基本物理量电路及其基本物理量功能功能a a 完成传输、转换电能完成传输、转换电能b b 传递、处理信号传递、处理信号一、电路的组成和作用一、电路的组成和作用电路的概念电路的概念电流的流通路径电流的流通路径电路的组成1

2、、电源供电设备，将各种形式的能量转换为电能并将其供给用电设备2、负载用电设备，将电能转换成为非电形态的能量3、中间环节a,连接导线 b,控制开关 c,保护装置10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡sRLRsU(a)实物电路(a)原理电路图三、电流1、电流的形成电荷的有规则移动即形成电流2、电流的方向通常规定正电荷移动的方向为电流的正方向。a,直流电流（DC） b,交变电流（AC）1、任意选定、任意选定 2、用箭头表示、用箭头表示参考方向的原则：参考方向的原则：实际方向实际方向参考方向参考方向实际方向实际方向参考方向参考方向I0I0AB3、电流的大小电流强度：电流

3、强度：电流的大小是用单位时间内通过导体横截面的电荷量衡量的，称为电流强度。QIt单位单位A（安培）、（安培）、kA、mA、A4、电流的测量原则原则a 选择合适的电流表b 电流表串联在电路中C 让直流电流从电流表的正极流入，负极流出四、电位、电压和电动势1、电位定义：电位是衡量电荷在电路中某点所具有能量的物理量表示：a点电位，Ua参考点：选大地为电路参考点：选机壳或多个元器件汇聚的公共点：2、电压电压又称电位差，是衡量电场力做功本领大小的物理量。在数值上等于这两点电位之差。定义定义计算方法计算方法V (伏)、kV、mV、V单位单位参考方向参考方向URURUabRab1、2、3、箭头表示极性符号表

4、示双下标表示（3）电压的测量原则原则a 选择合适的电压表b 先用大的量程，粗略测量后再用合适的量程c 把电压表并联在被测电路两端3、电动势定义：电路中因其他形式的能量转换为电能所形成的电位差表示：字母 E 单位： V方向：在电源内部负极指向电源正极，即是电位升高的方向意义：非电能转换为电能，电场力做功EE直流电动势的两种表示方法（a）（b）电位，电压，电动势三者的关系a 电位是相对的，大小与参考点有关c 方向b 电压是绝对的，大小与参考点无关电压：在电路中，从正极指向负极电动势：在电源内部，从负极指向正极1.2 1.2 电阻电阻一、电阻和电阻定律一、电阻和电阻定律电阻定义：导体对电流的阻碍作用

5、就叫该导体的电阻表示：字母 R单位： (欧姆)、k 、M 电阻定律：电阻定律：导体的电阻R与跟它的长度L成正比，跟它的横截面积S成反比，还跟导体的材料有关系。LRS电阻率电阻率半导体：a,负温度系数热敏电阻（NTC）b,正温度系数热敏电阻（PNC）金属的随温度的升高而增大二、电阻器二、电阻器电阻定义：作用：在电路中用于稳定、调节、控制电压或电流的大小如：分流器，分压器，负载分类分类a,固定式 b,可变式a,固定电阻a,可变电阻a,滑动触点电位器2、电阻器的主要技术指标额定功率额定功率标称阻值（标称阻值（如书中表）电阻器在电路中长时间连续工作不损坏或不显著改变其性质所允许消耗的最大功率a,阻值范

6、围的不同b,阻值精度的不同电阻定律：电阻定律：导体的电阻R与跟它的长度L成正比，跟它的横截面积S成反比，还跟导体的材料有关系。LRS复习复习一段导线，其电阻为R，将其从中对折合并成一段新的导线，则其电阻为（）。A、2R；B、R；C、R2；D、R4。试题分数：1答案:D 将一根导线均匀拉长为原长的2倍，则它的阻值为原阻值的（）倍。A、2；B、1；C、0.5；D、4。试题分数：1答案:D 基本公式基本公式一、部分电路欧姆定律一、部分电路欧姆定律1.3 1.3 欧姆定律欧姆定律UR导体中的电流与导体两端的电压成正比，与该导体的电阻成反比，这就是欧姆定律UIRUIR金属导体电阻的大小与加在其两端的电压

7、有关（）。A、正确B、错误答案:B 在一电阻电路中，如果电压不变，当电阻增加时，电流也就增加（）。A、正确B、错误答案:B 【例1-2】在某段电路中，电压是一定的，当接上20 的电阻时，电路中产生的电流是1.5A；若用100 电阻代替20 电阻，电路中的电流是多少？URI20 100 解：电路中电阻为20 时，由欧姆定律得：1.5 2030UIR用100 电阻代替20 电阻时，电路中电流为：300.3100UIR答：电路中的电流是0.3A。（V）（A）作业一：欲使I200mA的电流流过一个R85的电阻，问在该电阻的两端需要施加的电压U( )V。表达式表达式二、全电路欧姆定律二、全电路欧姆定律全

8、电路欧姆定律：闭合电路中的电流与电源电动势成正比，与整个电路的电阻成反比。EIRr()EI RrUREr推：全电路欧姆定律是用来说明在一个闭合电路中，电流与电源的电动势成反比，与电路中电源的内阻和外阻之和成正比（）。A、正确B、错误试题分数：0.5答案:B 【例1-3】有一闭合电路，电源电动势E=40V，其内阻r=2,负载电阻R=18。试求电路中的电流、负载的电压及电源内阻上的电压降。解：根据全电路欧姆定律有：402182EIRr负载两端电压：（A）URErI2 1836RUIR（V）电源内阻上的电压降：224rUIr（V）答：电路中的电流为2A、负载的电压为36V，电源内阻上的电压降为4V。

9、作业二：蓄电池的电源电动势E6V，将R2电阻接在它两端，测出电流I2A.求电源内部电压降Ur( )V，它的内阻r（ ），端电压U( )V。三、电路的三种状态三、电路的三种状态REr1、开路开关断开或连接导线折断时的断路状态，称为开路，也称为空载状态。（1）电路中的电流为零，即I=0。特性特性IU（2）电源的端电压为开路电压U,并且有U=E。2、通路电源与负载接通，构成回路，称为通路或有载状态。（1）当E与r一定时，I的值取决于R的大小。特性特性（2）电源的端电压等于负载两端的电压。EIrR电路中的电流：即:UIREIrREr3、短路状态因绝缘损坏或操作不当，导致电源的两输出端线相接触，电源没有

10、经过负载被直接连在一起，称为短路状态。（1）电路中的电流最大，但对外电路的输出电流为零。特性特性即:SEIr（短路电流，一般很大）（2）电源和负载的端电压均为零。短路是电路中最严重，最危险的事故，是被禁止的状态。措施措施在电路中接入过载或短路保护。作业三：简答题：“ 开路，通路，短路状态”的概念和特征。一、电能一、电能1.4 1.4 电能和电功率电能和电功率电流具有做功的本领，做功的同时伴随着能量的转换，其大小可以用能量进行度量：即：WUItJ(焦耳) 或 Ws(瓦特秒)单位单位并有：1J=1WskWh(千瓦时)工程实际中常用单位：=(10003600)WS=3.6106Ws=3.6106J1

11、kWh(千瓦时)换算公式换算公式1kWh=3.6106J通常用电能表测量电能测量测量1J=1/(3.6106) kWh【例】一额定电流In20A的电炉箱接在电压U220V的电源上，则该电炉用电10小时，电炉所消耗电能W=( )kWh=( )J？解：W=UInt =22020(103600)=1.584108（Ws）=1.584108(J)8261.584 100.44 10443.6 10(kWh)答：电炉所消耗电能W=44kWh=1.584108J二、电功率二、电功率电流在单位时间内做的功叫做电功率表示表示作用作用 表示消耗电能的快慢字母P表示 单位：W计算方法计算方法用电器1s内所消耗的电

12、能（单位时间内所做的功）WPt即：根据电能和欧姆定律 可得：WPtUIttUI()IRI2I R2UUURR()()( )W sWs( )( )Js即：11 /WJs通常使用功率表测量电路的功率测量测量且有：W=UIt=Pt单位单位【例1-4】有一个电饭锅，额定功率为1000W,每天使用2h;一台25寸电视机，功率为60W，每天使用4h；一台电冰箱，输入功率为120W，电冰箱的压缩机每天工作8h。计算每月（30天）耗电多少？解：1 12 23 3WPtPtPt1 (2 30)0.06 (4 30)0.12 (8 30) 607.228.896()kW h答：每月（30天）耗电96kWh【例1-

13、5】一个蓄电池的电动势是20V，内阻是3，外接负载电阻为7，试求蓄电池发出的功率、负载消耗的功率为多少？RErI解：电路中的电流:202( )73EIARr蓄电池发出的功率:2()EPIRr22(73)40()W负载消耗的功率:2RPI R22728()W答：蓄电池发出的功率为40W，负载消耗的功率为28W。某带电值班室内有额定电压Un220V、额定功率Pn40W日光灯8盏，每日平均开灯时间t2h，求一个月(30天)所消耗的电能W（ ）kWh。一只额定电压220V，额定功率60W的灯泡，把它改接到110V的电源上，消耗功率为多少W？作业五：作业六：二、电源向负载输出的功率二、电源向负载输出的功

14、率电源输出给负载的功率P和负载电阻R有关负载为纯电阻时：2PI R2()ERRr22()RERr22222()224RrRrRrRrRrRr2()4RrRr2222()()44REEPRrRrRrrR0R 0r 当R=r时，P值(即电源的输出功率)最大最大值：2max4EPrmax12EPP212ERr2122Er【例1-6】在下图中，R1=16,电源的电动势E=100V，内阻r=4，R2为变阻器。要使变阻器消耗功率最大，R2应多大？这时R2消耗的功率是多少？ErR1R2解：把R1看做是电源内阻的一部分，这样电源的内阻就是R1+r2116420()RRr 利用电源输出功率最大的条件：可得：R2

15、消耗的功率:2121()2ErRR22122ER12EP2P22122ER2100125()4 20W答：要使变阻器消耗功率最大，R2应为20，这时R2消耗的功率是125W。四、电流的热效应（焦耳定律）四、电流的热效应（焦耳定律）电阻有两个特征a，阻碍电流的流通b，电流通过时，导体要发热，变电能为热能（耗能元件）焦耳定律是定量说明将电能转换为热能的定律。电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比焦耳定律数学表达式2QI Rt在纯电阻电路中：电流所作的功全部产生热量，即电能全部转划为内能此时： W=Q纯电阻电路：非纯电阻电路：电灯，电烙铁，熨斗变压器，发动

16、机，电风扇【例1-7】有一个220V，1000W的电炉，接在200V的电路中，求10min产生的热量为多少？解：电炉的电阻值是：2URP222048.4( )1000接在200V电路中，产生电流：UIR2004.13( )48.4A产生热量：2QI R24.1348.4 10 60495332.4( )J答： 10min产生的热量为495332.4J。等效电路：等效电路：1.5 1.5 电阻的串并联电阻的串并联对于电路中的电流而言，如果一个电阻产生的效果和另外几个电阻共同作用时所产生的效果相同，则这个电阻叫做那几个电阻的等效电阻，或总电阻。 电路特点电路特点一.电阻的串联如下图，几个电阻依次连

17、接、当中无分支的电路叫串联电路。（1）流过各电阻中的电流相等123nIIII即：+_R1R n+_ i+_U1+_UnUR2U2（2）电路的总电压等于各电阻两端的电压之和12nUUUU即：+_R1R n+_ i+_U1+_UnUR2U2（3）电路的总电阻等于各电阻之和12nRRRR即：等效等效+u_iR（4）电路中每个电阻的端电压与电阻值成正比11RUUR即：+_R1R n+_ i+_U1+_UnUR2U2（5）串联电阻电路消耗的总功率P等于各串联电阻消耗的功率之和12inPPPPP即：22RUURnnRUUR例例 两个电阻的分压：两个电阻的分压：+_UR1R2+-U1+-U2i1112RUU

18、RR2212RUURR实际应用实际应用（1）用几个电阻串联以获得较大的电阻（2）分压器，使同一电源能供给几种不同数值的电压(如书上图)（3）当负载的额定电压低于电源电压时，可用串联电阻的方法将负载接入电源（4）限制和调节电路中电流的大小（5）串联分压电阻，可使电压表扩大量程 电路特点电路特点二.电阻的并联如下图，几个电阻的首尾分别连接在电路中相同的两点之间，叫并联电路（1）各并联电阻的端电压相等，且等于电路两端的电压12nUUUU即：InR1R2RkRnI+UI1I2Ik_ABInR1R2RkRnI+UI1I2Ik_（2）并联电路中的总电流等于各电阻中流过的电流之和12nIIII即：（3）并联

19、电路的总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和121111nRRRR即：等效等效+u_iReq例例求两并联电阻的求两并联电阻的总电阻：总电阻：R1R2I1I2I12111RRR121212111R RRRRRR解：（4）并联电路中，流过各电阻的电流与其电阻值成反比2112RIIRR1212RIIRRInR1R2RkRnI+UI1I2Ik_当只有两个电阻并联时,求分支电流：R1R2I1I2I（5）并联电阻电路消耗的总功率等于各电阻上消耗的功率12nPPPP即：22212nUUURRR推导：1PP21212nURURRR212URUR221URRU1RR结论结论11PRPR得：11RPPR即：各并联电

20、阻消耗的功率与其电阻值成反比实际应用实际应用（1）工作电压相同的负载都是采用并联接法（2）具有分流作用。并联分流电阻，可以扩大电流表量程（2）利用电阻的并联来获得较小电阻二.电阻的混联既有电阻的串联，又有电阻的并联，这样的电路叫做电阻的混联电路。计算方法计算方法按着串联和并联电路的计算方法，把电路一步一步地简化，求出等效电阻。【例1-8】如图，已知：R1=1， R2=2， R3= R4=3。求等效电阻RAB。若AB间电压为50V，则电路的总电流为多少？解：123R答：-1R2R3R4RAB123R4RAB123RRR1236( ) ABR12341234RRRR3 62( )36ABABUIR

21、5025( )2A1.6 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律复杂电路不能用简单串并联方法简化为单一回路的电路称为复杂电路。（利用基尔霍夫定律分析计算）支路支路指一个或几个元件相串联后，连接于电路的两个节点之间，使通过其中的电流值相同的电路。1Rcdba2R1E2E1I2I3I3R节点节点电路中三条或三条以上支路的会合点称为节点。回路回路电路中任意一条或多条支路组成的闭合路径称为回路。a,b节点abca, adba, adbca 1Rcdba2R1E2E1I2I3I3R网孔网孔电路中不包含其它支路的单一闭合回路称为网孔。abca, adba二.基尔霍夫第一定律（节点电流定律KCL）汇于节点的各支路电流的代数和等于零。0I 公式表示理论基础稳恒电流条件下的电荷