《电工电子技术》课件-项目一

直流电路直流电路1工程导读电路是电工技术和电子技术的根底，它可分为直流电路和交流电路。本工程将主要介绍直流电路中的定律及常用的电路分析方法。由于在辅以适当的数学工具后，这些定律及分析方法也可适用于正弦交流电路及其他各种线性电路，因此，直流电路是电路分析研究的根底。工程导读电路是电工技术和电子技术的根底，它可分为直流电路和交2目录CONTENTS简单直流电路的分析与测量复杂直流电路的分析与测量目录简单直流电路的分析与测量复杂直流电路的分析与测量3简单直流电路的分析与测量简单直流电路的分析与测量4你能画出手电筒的实际电路吗？12你能简单分析该电路吗？任务引入你能画出手电筒的实际电路吗？12你能简单分析该电路吗？任务引5一、电路的组成及功能电路是电流的通路，它是由电源、负载和中间环节三局部按一定方式组合而成的。实现信号的传递和处理。实现电能的传输、分配和转换。12电路的主要功能如下：一、电路的组成及功能电路是电流的通路，它是由电源、负载和中间6一、电路的组成及功能实际电路比较复杂，为了方便对其进行分析和研究，通常将实际电路元件理想化〔模型化〕，近似看作理想电路元件。例如，电阻元件、电感元件和电容元件等都是理想电路元件。由理想电路元件组成的电路称为实际电路的电路模型。一、电路的组成及功能实际电路比较复杂，为了方便对其进行分析和7二、电路模型干电池在对外提供电压的同时，其内部也有电阻消耗能量，故在电路模型中可用电动势E和内阻R0串联表示；灯泡在通电流时，除了具有消耗电能的性质〔电阻性〕外，还具有电感性，但由于其电感性很弱，可忽略不计，故在电路模型中可用一电阻元件R表示；导线的电阻很小，可忽略不计，故在电路模型中可看作是一无电阻的理想导体。（实际电路）（电路模型）二、电路模型干电池在对外提供电压的同时，其内部也有电阻消耗能8三、电路的根本物理量在电场力的作用下，电荷有规那么地定向移动就形成了电流。习惯上规定电流的方向为正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，它是客观存在的，称为电流的实际方向。1．电流电流的大小为单位时间内通过导体横截面的电量，称为电流强度，简称电流，用i表示，即式中，dq为dt时间内通过导体横截面的电量，单位为C。三、电路的根本物理量在电场力的作用下，电荷有规那么地定向移动9三、电路的根本物理量在国际单位制中，电流的单位为安培〔A〕。常用的电流单位还有千安〔kA〕、毫安〔mA〕和微安〔μA〕。小写字母i表示电流随时间变化。大小和方向都不随时间变化的电流称为直流电流，用大写字母I表示，于是，式可写为三、电路的根本物理量在国际单位制中，电流的单位为安培〔A〕。10三、电路的根本物理量在分析简单电路时，可以直观地确定电流的实际方向，但在分析复杂电路时，往往很难判断电流的实际方向。因此，为了方便分析和计算，可以任意选定一个方向作为电流的参考方向，如下图，假设电流的实际方向与参考方向一致，那么电流为正值；假设电流的实际方向与参考方向相反，那么电流为负值。电流的参考方向可以用箭头表示，也可以用双下标表示。例如，iab表示电流的参考方向是从a指向b的。（a）(b)三、电路的根本物理量在分析简单电路时，可以直观地确定电流的实112．电压三、电路的根本物理量在电路中任选一点作为参考点，则电场力把单位正电荷从某点移动到参考点所做的功称为该点的电位，用v（V）表示。电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功称为a，b两点间的电压，用uab（Uab）表示，即式中，dw为电场力将dq的正电荷从a点移动到b点所做的功，单位为J。2．电压三、电路的根本物理量在电路中任选一点作为参考点，则电12三、电路的根本物理量习惯上规定电压的实际方向为由高电位（“+”极性）端指向低电位（“-”极性）端，即电位降低的方向。因此，电路中两点间的电压也可用两点间的电位差来表示，即在国际单位制中，电位和电压的单位相同，都为伏特（V）。常用的电压单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）和微伏（μV）。三、电路的根本物理量习惯上规定电压的实际方向为由高电位（“+13三、电路的根本物理量与电流类似，分析电路时，也需先任意选定一个方向作为电压的参考方向，如图所示。若电压的实际方向与参考方向一致，则电压为正值；若电压的实际方向与参考方向相反，则电压为负值。电压的参考方向可以用箭头表示，也可以用“+”“-”表示，还可以用双下标表示。三、电路的根本物理量与电流类似，分析电路时，也需先任意选定一14在分析计算电路时，必须首先标出电流、电压的参考方向。参考方向一经选定，在分析电路过程中就不能再变动，并以此标准进行分析计算，最后根据答案的正负来确定电流和电压的实际方向。三、电路的根本物理量在分析计算电路时，必须首先标出电流、电压的参考方向。参考方向15一般来说，同一段电路上电流和电压的参考方向彼此独立无关，可以各自选定。但为了方便分析，通常将电流和电压的参考方向选得一致，称为关联参考方向〔否那么，称为非关联参考方向〕。这时，只需标出电流或电压中一个的参考方向即可。三、电路的根本物理量一般来说，同一段电路上电流和电压的参考方向彼此独立无关，可以16三、电路的根本物理量3．电动势电动势是指电源内部的非电场力把单位正电荷由低电位b端移到高电位a端所做的功，用e（E）表示，即三、电路的根本物理量3．电动势电动势是指电源内部的非电场力把17电动势的实际方向为由低电位端指向高电位端，即电位升高的方向，因此，电动势和电压的实际方向相反，如图〔a〕所示。在开路情况下，电源电动势与电源两端的电压大小相等，方向相反，如图〔b〕所示。三、电路的根本物理量（a）(b)电动势的实际方向为由低电位端指向高电位端，即电位升高的方向，18三、电路的根本物理量4．功率功率是指电能量对时间的变化率，也就是电场力在单位时间内所做的功，用p（P）表示，即在国际单位制中，功率的单位为瓦特（W）。常用的功率单位为千瓦（kW）。日常生活中所说的1度电就是指功率为1kW的元件在1h内消耗的电能，即。三、电路的根本物理量4．功率功率是指电能量对时间的变化率，也19当元件中流过的电流与其两端电压在关联参考方向时：三、电路的根本物理量p=ui＞0p=ui＜0流经元件的电流实际方向与元件两端电压的实际方向是一致的，电场力对正电荷做了功，元件吸收功率流经元件的电流实际方向与元件两端电压的实际方向是相反的，一定有外力克服电场力做了功，元件发出功率（消耗功率）当元件中流过的电流与其两端电压为非关联参考方向时，上述结论正好相反当元件中流过的电流与其两端电压在关联参考方向时：三、电路的根20三、电路的根本物理量电路元件在t0～t时间内所消耗或提供的能量W为:直流时:三、电路的根本物理量电路元件在t0～t时间内所消耗或提供的能21如图1-5所示直流电路中，U1=4V，U2=-8V，U3=6V，I=4A，求各电路元件吸收或发出的功率P1，P2，P3，并求整段电路的功率P0。三、电路的根本物理量【例1-1】如图1-5所示直流电路中，U1=4V，U2=-8V，U3=622三、电路的根本物理量【例1-1解】对元件1，其电流和电压为关联参考方向，且P1=U1I=4×4=16（W）＞0，所以，元件1吸收功率16W。对元件2，其电流和电压为非关联参考方向，且P2=U2I=-8×4=-32（W）＜0，所以，元件2吸收功率32W。对元件3，其电流和电压为非关联参考方向，且P3=U3I=6×4=24（W）＞0，所以，元件3发出功率24W。设吸收功率为正，发出功率为负，则整段电路的功率P为三、电路的根本物理量【例1-1解】对元件1，其电流和电压为关23四、电路的工作状态1．通路工作状态如图所示，将开关合上，接通电源与负载，电路即处于通路工作状态，又称为有载工作状态。四、电路的工作状态1．通路工作状态如图所示，将开关合上，接通24四、电路的工作状态1〕电压与电流的关系根据欧姆定律可知，电路中的电流I为（1-9）电源的输出电压U为负载R两端的电压，由式（1-9）和欧姆定律可得四、电路的工作状态1〕电压与电流的关系根据欧姆定律可知，电路25由式U=E-IR0可知，电源的输出电压U小于电动势E，两者之差为电流通过电源内阻所产生的电压降IR0。电源的输出电压U与输出电流I之间的变化关系称为电源的外特性，其外特性曲线如下图。四、电路的工作状态（电源的外特性曲线）由式U=E-IR0可知，电源的输出电压U小于电动势E，两者之26四、电路的工作状态2〕功率与功率平衡将式U=E-IR0各项同乘以电流I，可得PE—电源产生的功率，单位为WP—电源的输出功率，单位为WP0—电源内阻上所损耗的功率，单位为W称为功率平衡式，它说明，整个电路的功率是平衡的，即由电源发出的功率等于电路各局部所消耗的功率之和。四、电路的工作状态2〕功率与功率平衡将式U=E-IR0各项同27为了保证电气设备的平安可靠和经济运行，制造厂规定了其在正常运行条件下的使用限额，称为额定值，如额定电压UN、额定电流IN和额定功PN率等。电气设备的额定值通常标在产品的铭牌或说明书上。四、电路的工作状态3〕电气设备的额定值及工作状态为了保证电气设备的平安可靠和经济运行，制造厂规定了其在正常运28电源设备的额定值一般包括额定电压UN、额定电流IN和额定容量SN。其中，UN和IN是指电源设备平安运行所规定的电压和电流限额；SN=UNIN，表征电源的最大允许输出功率。电源设备工作时不一定总是输出规定的最大允许电流和功率，具体输出的电流和功率大小取决于所连接的负载。四、电路的工作状态电源设备的额定值一般包括额定电压UN、额定电流IN和额定容量29负载的额定值一般包括额定电压UN、额定电流IN和额定功率PN。对于电阻性负载，由于这三者与电阻R之间存在一定的关系，所以它的额定值不一定会全部标出。四、电路的工作状态

点拨四、电路的工作状态点拨30四、电路的工作状态满载(额定工作状态)过载轻载电气设备在额定值情况下的工作状态电气设备超过额定值的工作状态电气设备低于额定值的工作状态电气设备的使用是最经济合理和安全可靠的由于温度升高需要一定时间，因此，电气设备短时间过载时，不会发生损坏;但若过载时间较长，则会大大缩短电气设备的使用寿命，严重时甚至损坏电气设备。严重轻载时，电气设备就不能正常工作，或不能充分发挥其工作能力*过载和严重轻载都是应该避免的四、电路的工作状态满载(额定工作状态)过载轻载电气设备在额定31一热水器的额定功率为800W，额定电压为220V，求该热水器的额定电流和电阻。假设将其接在电压为110V的电路上，该热水器的输出功率为多少？四、电路的工作状态【例1-2】一热水器的额定功率为800W，额定电压为220V，求该热32四、电路的工作状态【例1-2解】由可得其额定电流和电阻分别为若将其接在电压为110V的电路上，则该热水器的输出功率P为四、电路的工作状态【例1-2解】由33如下图，当开关断开时，电源未与负载接通，电路处于开路工作状态，又称为空载工作状态。此时，电路中的电流为零，电源的端电压U0〔称为开路电压或空载电压〕等于电源电动势，电源不能输出电能，电路的功率为零。四、电路的工作状态2．开路工作状态如下图，当开关断开时，电源未与负载接通，电路处于开路工作状态34四、电路的工作状态开路工作状态的特征可表示为四、电路的工作状态开路工作状态的特征可表示为35如下图，当电源两边的导线由于某种原因而直接相连时，电路处于短路工作状态。短路时，电源的输出电流IS称为短路电流。由于电源内阻R0一般都很小，故短路电流IS很大。短路时，外电阻可视为零，电源的输出电压也为零，电源所产生的电能全部被电源内阻消耗掉，故电源的输出功率为零。四、电路的工作状态3．短路工作状态如下图，当电源两边的导线由于某种原因而直接相连时，电路处于短36四、电路的工作状态短路工作状态的特征可表示为四、电路的工作状态短路工作状态的特征可表示为37由于短路电流很大，发生短路时将会烧毁电源、导线及电气设备等。因此，在实际工作中，应经常检查电气设备和线路的绝缘情况，以防止发生电源短路事故。此外，还应在电路中接入熔断器等保护装置，以便在发生短路事故时能迅速切断电路，到达保护电源及电路元器件的目的。四、电路的工作状态由于短路电流很大，发生短路时将会烧毁电源、导线及电气设备等。38五、电路的根本元件电路元件无源元件指无须外接能量源就能够实现其本身功能的元件有源元件指需要外接能量源才能够实现本身功能的元件如电阻元件、电感元件及电容元件等如电源等五、电路的根本元件电路元件无源元件有源元件如电阻元件、电感元39五、电路的根本元件1）电阻元件的伏安特性曲线线性电阻在电路中的符号如图所示，它遵循欧姆定律，其两端的电压与流过的电流成正比，即式中，R为该元件的电阻，单位为欧姆（Ω）1．电阻元件（是一种消耗电能的元件）五、电路的根本元件1）电阻元件的伏安特性曲线线性电阻在电路中40五、电路的根本元件线性电阻R是一个与电压和电流无关的常数，其电压和电流的关系曲线是一条通过原点的直线，称为伏安特性曲线，如图所示。式u=iR还可写为式中，G为电导，单位为西门子（S）。五、电路的根本元件线性电阻R是一个与电压和电流无关的常数，其41五、电路的根本元件2〕电阻的串联与并联如果电路中有n个电阻元件顺序相接，中间没有分支，则这样的连接形式称为电阻的串联，如图所示。（1）电阻元件的串联五、电路的根本元件2〕电阻的串联与并联如果电路中有n个电阻元42五、电路的根本元件串联电路的特点是通过每个电阻的电流都相同，总电压等于各串联电阻的电压之和，即············（1-16）······（1-17）用式（1-17）除以式（1-16），可得五、电路的根本元件串联电路的特点是通过每个电阻的电流都相同，43五、电路的根本元件R称为串联电阻的等效电阻，如下图，其等效条件为在同一电压作用下电流保持不变。式R=R1+R2+···+Rn说明，串联电路的等效电阻等于各个串联电阻之和。五、电路的根本元件R称为串联电阻的等效电阻，如下图，其等效条44五、电路的根本元件2．电感元件电感元件工作时，能够将电能转换为磁场能量储存起来，它是一种储能元件。如图〔a〕所示，电感元件是由导线绕制而成的，它在电路中的符号如图〔b〕所示。设电感线圈有N匝，当线圈通过电流i时，在线圈内部将产生磁通Φ。磁通与线圈匝数的乘积称为磁通链，用Ψ表示，Ψ=NΦ。在国际单位制中，磁通Φ与磁通链Ψ的单位都为韦伯〔Wb〕。（a）(b)五、电路的根本元件2．电感元件电感元件工作时，能够将电能转换45五、电路的根本元件当磁通Φ与磁通链Ψ的参考方向与电流i的参考方向之间符合右手螺旋定则时，有式中，L为线圈的自感或电感，单位为亨利（H）。当磁通发生变化时，线圈中将会产生感应电动势。根据电磁感应定律可知，感应电动势et为将式代入式后可得五、电路的根本元件当磁通Φ与磁通链Ψ的参考方向与电流i的参考46五、电路的根本元件由上式可以看出，L一定时，磁场能量WL随电流的增大而增大。由式可以看出，只有电流发生变化时，才会产生感应电动势。在直流电路中，电流不随时间变化，因此，eL=0，电感元件相当于短路。电感元件在0到t时间内所储存的磁场能量WL为五、电路的根本元件由上式可以看出，L一定时，磁场能量WL随电47五、电路的根本元件3．电容元件电容元件工作时，能够将电能转换为电场能量储存起来，它也是一种储能元件。电容元件是由两块金属板间隔以不同的绝缘材料而制成的，它在电路中的符号如下图。五、电路的根本元件3．电容元件电容元件工作时，能够将电能转换48五、电路的根本元件电容元件所储存的电量q与其两端的电压u成正比，即C称为该元件的电容，单位为法拉（F），简称法。法的单位较大，在实际使用中常采用微法（μF）和皮法（pF），其换算关系为。五、电路的根本元件电容元件所储存的电量q与其两端的电压u成正49五、电路的根本元件由上式可以看出，只有电容元件上的电压发生变化时，电容元件两端才有电流。在直流电路中，电容两端的电压不发生变化，因此，i=0，电容元件相当于开路。当电容元件两端的电压u与流入正极板的电流i的参考方向为关联参考方向时，有五、电路的根本元件由上式可以看出，只有电容元件上的电压发生变50五、电路的根本元件由上式可以看出，C一定时，电场能量WC随电压的增大而增大。电容元件在0到t时间内所储存的电场能量WC为五、电路的根本元件由上式可以看出，C一定时，电场能量WC随电51五、电路的根本元件电路的正常工作离不开电源。实际电源可以用两种不同的电路模型来表示：4．电源用电压形式来表示的电压源用电流形式来表示的电流源五、电路的根本元件电路的正常工作离不开电源。实际电源可以用两52五、电路的根本元件任何一个电源都含有电动势E和内阻R0，从电路结构上来看，它们是紧密结合在一起的。但为了便于对电路进行分析与计算，往往将它们分开，这样由电动势E和内阻R0串联组成的电源电路模型称为电压源，如下图。1〕电压源五、电路的根本元件任何一个电源都含有电动势E和内阻R0，从电53五、电路的根本元件由图所示电压源和理想电压源的外特性曲线可以看出，电压源对外提供的电压U与电流I之间的关系为五、电路的根本元件由图所示电压源和理想电压源的外特性曲线可以54五、电路的根本元件根据式U=E-IR0可作出电压源的外特性曲线，如下图a线。电压源开路时，I=0，U=US=E；电压源短路时，U=0，I=IS=E/R0。显然，内阻R0越小，外特性曲线越平坦。五、电路的根本元件根据式U=E-IR0可作出电压源的外特性曲55五、电路的根本元件当R0=0时，输出电压U恒等于电动势E〔或US〕，为一定值，与流过的电流I无关，其电流I由负载电阻R及输出电压U本身确定。这样的电压源称为理想电压源或恒压源，其符号如下图。五、电路的根本元件当R0=0时，输出电压U恒等于电动势E〔或56五、电路的根本元件图17〔a〕既可表示直流恒压源，也可表示交流恒压源；而图17〔b〕仅表示直流恒压源。理想电压源的外特性曲线是一条与横轴平行的直线，如图16中b线所示。（a）(b)图17图16五、电路的根本元件图17〔a〕既可表示直流恒压源，也可表示交57五、电路的根本元件理想电压源是一种理想的情况，实际中并不存在。但如果电源的内阻R0远小于负载电阻R，即，则内阻电压降，于是，电压源对外提供的电压，基本保持恒定，此时可以认为是理想电压源。例如，稳压电源在其工作范围内就可认为是一理想电压源。五、电路的根本元件理想电压源是一种理想的情况，实际中并不存在58五、电路的根本元件2〕电流源如将式U=E-IR0两端同除以R0，则可得即五、电路的根本元件2〕电流源如将式U=E-IR0两端同除以R59五、电路的根本元件根据式可作出如图所示电路图。其中，由电流IS和内阻R0并联组成的电源电路模型称为电流源。五、电路的根本元件根据式60五、电路的根本元件电流源的外特性曲线如下图a线。电流源开路时，I=0，U=US=ISR0；电流源短路时，U=0，I=IS。显然，内阻R0越大，外特性曲线越陡。五、电路的根本元件电流源的外特性曲线如下图a线。电流源开路时61五、电路的根本元件当R0=∞时，电流I恒等于电流IS，为一定值，与电流源两端的电压U无关，其电压U由负载R及电流I本身确定。这样的电流源称为理想电流源或恒流源，其符号如下图。五、电路的根本元件当R0=∞时，电流I恒等于电流IS，为一定62五、电路的根本元件理想电流源的外特性曲线是一条与纵轴平行的直线，如图所示b线。理想电流源也是一种理想的情况，实际中并不存在。但如果电源的内阻R0远大于负载电阻R，即，则I≈IS，基本保持恒定，此时可以认为是理想电流源。五、电路的根本元件理想电流源的外特性曲线是一条与纵轴平行的直63五、电路的根本元件3〕电压源与电流源的等效变换一个实际电源可以用电压源表示，也可以用电流源表示，这说明电压源和电流源对同一外电路而言是等效的，可以进行等效变换，如图所示。等效变换的条件为变换后保持输出电压和输出电流不变，即或五、电路的根本元件3〕电压源与电流源的等效变换一个实际电源可64五、电路的根本元件在对电压源和电流源进行等效变换时，还应注意以下几点。（1）电压源和电流源的等效变换关系只是相对于外电路而言的，而对电源内部是不等效的。（2）等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。（3）理想电压源与理想电流源之间无等效关系。（4）任何一个电动势为E的理想电压源和某个电阻R串联的电路，都可化为一个电流为IS的理想电流源和这个电阻并联的电路，两者是等效的，即或

。五、电路的根本元件在对电压源和电流源进行等效变换时，还应注意65如下图，US1=24，R01=4Ω，US2=30V，R02=6Ω，试计算其等效电压源的电压US和内电阻R0。【例1-3】五、电路的根本元件如下图，US1=24，R01=4Ω，US2=30V，R0266先将两个电压源等效变换为电流源，如下图，其中【例1-3解】五、电路的根本元件先将两个电压源等效变换为电流源，如下图，其中【例1-3解】67然后，再将两个电流源合并为一个等效电流源，如下图，其中【例1-3解】五、电路的根本元件然后，再将两个电流源合并为一个等效电流源，如下图，其中【例68最后，再将这个等效电流源变换为等效电压源，如下图，其中【例1-3解】五、电路的根本元件最后，再将这个等效电流源变换为等效电压源，如下图，其中【例69测量电流所使用的仪器是电流表，又称为安培表，其外形如图1-23所示。测量时，电流表应串联在电路中，如图1-24所示。为了使电路工作不因接入电流表而受影响，电流表的内阻一般很小。因此，千万不可把电流表并联在电路两端，或直接接在电源的两极上，否那么，电流表将会被烧坏。1．电流的测量六、电流、电压和电阻的测量1-231-24测量电流所使用的仪器是电流表，又称为安培表，其外形如图1-70使用电流表时，应使电流从正接线柱流入，从负接线柱流出。每个电流表都有一定的量程，如0～3A，0～10A等。测量时，应先选择大量程〔以图所示型号为例，先连接“－〞和“3〞两个接线柱〕试触，如果指针偏转角度太小〔缺乏5个小格〕，那么应换用小量程〔连接“－〞和“0.6〞两个接线柱〕；如果指针偏转太严重〔超过3个大格〕，那么应立即断开电路，换用更大量程的电流表。一般来说，指针指示在满量程的2/3左右时，读数的准确度最好。六、电流、电压和电阻的测量使用电流表时，应使电流从正接线柱流入，从负接线柱流出。每个71测量电压所使用的仪器是电压表，其外形如图1-25所示。电压表是用来测量电源、负载或某段电路两端电压的，所以必须和它们并联，如图1-26所示。为了使电路工作不因接入电压表而受影响，电压表的内阻一般很大。电压表不能串联接在电路中，因为这时测出的电压并不是所测器件两端的电压。2．电压的测量六、电流、电压和电阻的测量1-251-26测量电压所使用的仪器是电压表，其外形如图1-25所示。电压表72使用电压表前必须先进行调零。电压表并联接入电路时，应使电流从正接线柱流入，从负接线柱流出，或正接线柱接高电压端，负接线柱接低电压端。电压表也都有一定的量程，如0～3V，0～15V等。测量时，应选择适当的量程，选择方法与电流表的量程选择方法类似。六、电流、电压和电阻的测量使用电压表前必须先进行调零。电压表并联接入电路时，应使电流从73电阻阻值的大小称为标称电阻值。由于技术原因，实际电阻值与标称电阻值之间难免存在偏差，因此规定了一个允许偏差。常用的电阻允许偏差有±5%，±10%，±20%。3．电阻的测量六、电流、电压和电阻的测量标称电阻值和允许偏差的表示方法直接法文字符号法数码法色标法电阻的测量方法伏安法测电阻桥式电路测电阻万用表测电阻电阻阻值的大小称为标称电阻值。由于技术原因，实际电阻值与标称74根据欧姆定律，可先测出电阻元件两端的电压及通过电阻的电流，然后再计算出电阻值，这种方法称为伏安法。用伏安法测电阻时，由于电压表和电流表本身都具有内阻，接入到电路后会改变被测电阻的电压和电流，给测量结果带来误差，因此，测量电路的连接方式可分为电流表内接法和电流表外接法两种。1〕伏安法测电阻六、电流、电压和电阻的测量根据欧姆定律，可先测出电阻元件两端的电压及通过电阻的电流，然75六、电流、电压和电阻的测量（a）(b)电流表内接（a）电流表外接（b）由于电流表的分压作用，电压表测出的电压值要比电阻RX两端的电压大，所以，计算得出的电阻值要比其真实值大，即R测＞R真。由于电压表的分流作用，电流表测出的电流值要比通过电阻RX的电流大，所以，计算得出的电阻值要比其真实值小，即R测＜R真。六、电流、电压和电阻的测量（a）76如图1-28所示电路称为桥式电路。通常，电流计G中会有电流通过。但当满足条件时，电流计就没有电流通过了，此时，称为电桥平衡。用桥式电路测电阻时，测量电路如图1-29所示，其中，和为定值电阻，为可调电阻，为待测电阻。调节，使电流计的读数为零，根据电桥平衡条件，可计算出。2〕桥式电路测电阻六、电流、电压和电阻的测量(1-28)

(1-29)如图1-28所示电路称为桥式电路。通常，电流计G中会有电流通77万用表是一种多用途的便携式电工仪表，是电工、电子、电气设备生产和维修等领域最常用的工具，具有测量种类多、测量范围广、价格低廉、操作简单方便等优点。它的应用范围极广，除用于测量交直流电压、电流、电阻等多种电量外；还可用于测量电容、电感以及晶体管的某些特性；同时，它还可用于检测多种电子器件的好坏，以及调试各种电子设备。4．万用表六、电流、电压和电阻的测量万用表是一种多用途的便携式电工仪表，是电工、电子、电气设备生78六、电流、电压和电阻的测量万用表（显示方式的不同）指针式（模拟式）数字式是以指针式电流表作为表头，测量结果通过指针在表盘上显示采用数字电路，测量结果可直接由数码管在显示屏上显示出来MF-47指针式万用表KJ9205数字式万用表六、电流、电压和电阻的测量万用表（显示方式的不同）指针式（模79MF-47型万用表表头的灵敏度为46.2µA，表头的内阻为2500Ω，主要技术指标如下表。1〕MF-47型万用表的主要技术指标六、电流、电压和电阻的测量测量功能量程范围压降或内阻精确度直流电流0～0.05mA；0～0.5mA；0～5mA；0～50mA；0～500mA；0～5A0.252.5直流电压0～500V；0～1000V；0～2500V20

kΩ/V2.50～0.25V；0～1V；0～2.5V；0～10V；0～50V；0～250V10

kΩ/V交流电压0～10V；0～50V；0～250V；0～500V；0～1000V；0～2500V10

kΩ/V5直流电阻R×1Ω；R×10Ω；R×100Ω；R×1kΩ；R×10kΩ中心值为16.5Ω2.5电平指示-10dB～+22dB0

dB=1

mW/600

Ω—晶体管0～300IB=0.01

mA—MF-47型万用表表头的灵敏度为46.2µA，表头的内阻为2802〕MF-47型万用表的面板六、电流、电压和电阻的测量2〕MF-47型万用表的面板六、电流、电压和电阻的测量813〕MF-47型万用表的使用方法六、电流、电压和电阻的测量1在使用万用表之前，首先要进行“机械调零”2将红、黑表笔插入相应的插孔。3电流的测量6晶体管放大倍数的测量5电阻的测量4电压的测量3〕MF-47型万用表的使用方法六、电流、电压和电阻的测量182一、实施目的〔1〕能够准确读取色环表示的电阻参数。〔2〕掌握使用万用表测电阻的方法。〔3〕掌握使用伏安法测电阻的方法。二、实施器材色环表示各种电阻值的电阻元件假设干；模拟或数字万用表1块；直流电流表1块；直流电压表1块；直流稳压电源1台。三、实施步骤〔详见P23〕任务实施——电阻的认识和测量一、实施目的任务实施——电阻的认识和测量83复杂直流电路的分析与测量复杂直流电路的分析与测量84任务引入闫梦琳负责新公司装修事项，现选了三盏吸顶灯供大厅照明，每盏灯的额定功率与额定电压均为100W，220V，知道如图〔b〕、图〔c〕所示的两种连接方式，但不知道选哪种。你知道这两种连接方式有何不同吗？请帮她做出选择。(b)方式一

(c)方式二（a）吸顶灯

任务引入闫梦琳负责新公司装修事项，现选了三盏吸顶灯供大厅照明85一、基尔霍夫定律假设干电路元件按一定的连接方式构成电路后，电路中各局部的电流和电压必然受到两类约束。元件本身的伏安特性元件的相互连接方式反映这类约束的基本定律是欧姆定律反映这类约束的基本定律是基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律基尔霍夫电压定律应用于节点应用于回路一、基尔霍夫定律假设干电路元件按一定的连接方式构成电路后，电861〕支路1．电路中的几个名词一、基尔霍夫定律电路中的每一分支称为支路，一条支路中只流过一个电流称为支路电流。如图所示，电路中有三条支路：acb，adb和ab。其中，支路acb和adb中含有电源，称为有源支路；支路ab中不含电源，称为无源支路。1〕支路1．电路中的几个名词一、基尔霍夫定律电路中的每一分支872〕节点一、基尔霍夫定律电路中三条及三条以上支路的连接点称为节点。如下图电路中有两个节点：a和b。2〕节点一、基尔霍夫定律电路中三条及三条以上支路的连接点称为883〕回路一、基尔霍夫定律电路中的任一闭合路径称为回路。如下图电路中有三个回路：abca，abda和adbca。3〕回路一、基尔霍夫定律电路中的任一闭合路径称为回路。如下图894〕网孔一、基尔霍夫定律将电路画在平面上，内部不含有任何支路的回路称为网孔。如下图电路中有两个网孔：abca和abda。4〕网孔一、基尔霍夫定律将电路画在平面上，内部不含有任何支路902．基尔霍夫电流定律一、基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律（KCL）又称为基尔霍夫第一定律，它描述了同一节点处各支路电流之间的约束关系，反映了电流的连续性，其表述为在任一瞬时，流入某一节点的电流之和应等于流出该节点的电流之和，即2．基尔霍夫电流定律一、基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律（KCL91一、基尔霍夫定律若规定流入节点的电流取正号，流出节点的电流取负号，则基尔霍夫电流定律还可表述为在任一瞬时，通过某一节点的电流的代数和恒等于零，即一、基尔霍夫定律若规定流入节点的电流取正号，流出节点的电流取92一、基尔霍夫定律如图所示，根据式∑I=0，对节点a有如图所示，根据式∑I=0，对节点a有一、基尔霍夫定律如图所示，根据式∑I=0，对节点a有如图所示93一、基尔霍夫定律将式-I1-I2+I3=0两边同乘以（-1）可得到式I1+I2-I3=0，因此，在图所示电路中只对其中一个节点列电流方程即可，这个节点称为独立节点。一般来说，当电路中有n个节点时，独立节点有(n-1)个。一、基尔霍夫定律将式-I1-I2+I3=0两边同乘以（-1）94一、基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律不仅可以应用于节点，而且还可推广应用于电路中任一假设的闭合面，即在任一瞬时，通过任一闭合面的电流的代数和也恒等于零。这种假设的闭合面称为广义节点。如图所示，虚线框内的闭合面有三个节点a，b，c，应用基尔霍夫电流定律有一、基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律不仅可以应用于节点，而且还可95【例1-4】一、基尔霍夫定律如图所示，已知I1=5A，I2=2A，I3=-3A。求I4。解：对节点a，根据基尔霍夫电流定律有则【例1-4】一、基尔霍夫定律如图所示，已知I1=5A，I2=963．基尔霍夫电压定律一、基尔霍夫定律基尔霍夫电压定律〔KVL〕又称为基尔霍夫第二定律，它描述了同一回路中各支路电压之间的约束关系，反映了电位的单值性，其表述为在任一瞬时，从电路中任一点出发，沿任一闭合回路绕行一周，那么在绕行方向〔逆时针方向或顺时针方向〕上，电位降之和应等于电位升之和，即电位的变化等于零。3．基尔霍夫电压定律一、基尔霍夫定律基尔霍夫电压定律〔KVL97一、基尔霍夫定律若规定电位降取正号，电位升取负号，则基尔霍夫电压定律还可表述为在任一瞬时，沿任一回路绕行一周，回路中各段电压的代数和恒等于零，即一、基尔霍夫定律若规定电位降取正号，电位升取负号，则基尔霍夫98一、基尔霍夫定律式∑E=∑IR为基尔霍夫电压定律在电阻电路中的另一种表达式，即在任一闭合回路的绕行方向上，回路中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。此处，但凡电动势的参考方向与所选回路绕行方向一致的，电动势取正号，反之，取负号；但凡电阻上电流的参考方向与回路绕行方向一致的，该电阻的电压降取正号，反之，取负号。一、基尔霍夫定律式∑E=∑IR为基尔霍夫电压定律在电阻电路中99一、基尔霍夫定律基尔霍夫电压定律不仅可以应用于闭合回路，而且还可推广应用于开口回路。如图所示电路，应用基尔霍夫电压定律有一、基尔霍夫定律基尔霍夫电压定律不仅可以应用于闭合回路，而且100【例1-5】一、基尔霍夫定律如图所示电路，已知US1=23V，US2=6V，R1=10Ω，R2=8Ω，R3=5Ω，R4=R6=1Ω，R5=4Ω，R7=20Ω，试求电流Iab及电压Ucd。【例1-5】一、基尔霍夫定律如图所示电路，已知US1=23V101【例1-5解】一、基尔霍夫定律可将图中虚线部分看成广义节点，由于c，d两点之间断开，流出此闭合面的电流为零，故流入此闭合面的电流Iab也为零，即整个电路相当于两个独立的回路，其电流分别为【例1-5解】一、基尔霍夫定律可将图中虚线部分看成广义节点，102【例1-5解】一、基尔霍夫定律在回路abcd中，应用基尔霍夫电压定律有则【例1-5解】一、基尔霍夫定律在回路abcd中，应用基尔霍夫103二、电路的分析方法直流电路的分析方法支路电流法叠加定理戴维南定理电压源和电流源的等效变换二、电路的分析方法直流电路的分析方法支路电流法叠加定理戴维南1041．支路电流法二、电路的分析方法电路的结构多种多样，凡不能用电阻串并联等效变换化简的电路，一般都称为复杂电路。支路电流法是分析计算复杂电路的一种最根本的方法，它是以支路电流为未知量，根据基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律分别对节点和回路列出所需要的方程，而后联立方程，解出支路电流的方法。1．支路电流法二、电路的分析方法电路的结构多种多样，凡不能用105二、电路的分析方法现以图所示直流电路为例来说明支路电流法的应用。在此电路中，节点数n=2，支路数b=3，故共需列出三个独立方程来求解三条支路上的电流。电动势和电流的参考方向如图中所示，回路绕行方向为顺时针方向。二、电路的分析方法现以图所示直流电路为例来说明支路电流法的应106二、电路的分析方法因电路中的独立节点只有一个，故只对其中一个应用基尔霍夫电流定律即可，对节点a有又因共需三个方程才行，所以，需应用基尔霍夫电压定律列出其余两个方程，通常可取独立回路（网孔）列出。对回路abca有对回路abda有联立以上三式，即可求出支路电流I1，I2和I3。二、电路的分析方法因电路中的独立节点只有一个，故只对其中一个107二、电路的分析方法应用支路电流法求解的步骤〔假设电路中有n个节点，b条支路〕如下。〔1〕标定各支路电流的参考方向及回路绕行方向。〔2〕应用基尔霍夫电流定律列出〔n-1〕个节点电流方程。〔3〕应用基尔霍夫电压定律列出[b-(n-1)]个回路电压方程，通常选择独立回路。〔4〕联立方程，求解各支路电流。二、电路的分析方法应用支路电流法求解的步骤〔假设电路中有n个108【例1-6】二、电路的分析方法如下图，试求电路中的U1和I2。【例1-6】二、电路的分析方法如下图，试求电路中的U1和I109【例1-6解】二、电路的分析方法该电路中有4个节点和6条支路，规定I，I1，I2，I3，I4和U1的参考方向如下图，独立回路的绕行方向为顺时针方向。根据基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律可得对节点a-I1-I2+0.5=0对节点bI+I1-I3=0对节点cI2-I-I4=0对回路1-20I1+U1-20I3=0对回路220I2+30I4-U1=0对回路320I3-30I4-20=0

【例1-6解】二、电路的分析方法该电路中有4个节点和6条支110【例1-6解】二、电路的分析方法对节点a-I1-I2+0.5=0对回路1-20I1+U1-20I3=0

对节点bI+I1-I3=0对回路220I2+30I4-U1=0

对节点cI2-I-I4=0对回路320I3-30I4-20=0

联立方程，解得【例1-6解】二、电路的分析方法对节点a-I1-1112．叠加定理二、电路的分析方法叠加定理是线性电路普遍适用的根本定理，它反映了线性电路的根本性质，其内容为对于线性电路，任何一条支路中的电流，都可以看成是由电路中各个电源分别作用时，在此支路上所产生的电流的代数和。线性元件线性电路其参数不随其端电压或通过电流的变化而变化由线性元件和电源所组成的电路2．叠加定理二、电路的分析方法叠加定理是线性电路普遍适用的根112二、电路的分析方法如图〔a〕所示电路，应用叠加定理分析时，可先分解为两个分电路〔电压源用短路替代〕。以支路电流I1为例。如图〔b〕所示，当USI单独作用时，可求得分电流I1'；如图〔c〕所示，当US2单独作用时，可求得分电流I1〞。那么I1=I1'-I1〞。(a)(b)

(c)二、电路的分析方法如图〔a〕所示电路，应用叠加定理分析时，可113二、电路的分析方法〔1〕把原电路分解为每个电源单独作用的分电路，标定每个电路电流和电压的参考方向。〔2〕计算每个分电路中相应支路的分电流和分电压。〔3〕将电流和电压的分量进行叠加，求出原电路中各支路的电流和电压。通过上述分析可知，应用叠加定理求解电路的步骤如下:二、电路的分析方法〔1〕把原电路分解为每个电源单独作用的分电114二、电路的分析方法使用叠加定理时，应注意以下几点：（1）叠加定理只适用于线性电路，不适用于非线性电路。（2）线性电路中的电流和电压均可用叠加定理计算，但功率不能用叠加定理来计算。例如，。二、电路的分析方法使用叠加定理时，应注意以下几点：（1）叠加115二、电路的分析方法〔3〕考虑每个电源单独作用时，应保持电路结构不变，并将其他电源视为零值，即电压源用短路替代，电流源用开路替代，但实际电源的内阻必须保存在原处。〔4〕叠加时，应注意各分电路电流和电压的参考方向与原电路是否一致，一致时取正号，不一致时取负号。使用叠加定理时，应注意以下几点：二、电路的分析方法〔3〕考虑每个电源单独作用时，应保持电路结116【例1-7】二、电路的分析方法如下图电路，US=6V，IS=3A，R1=2Ω，R2=4Ω。试用叠加定理求电路的各支路电流，并计算R2上消耗的功率。【例1-7】二、电路的分析方法如下图电路，US=6V，IS117【例1-7解】二、电路的分析方法由电路结构可知，此电路中有两个电源，可分为两个分电路进行计算，如图〔b〕和图〔c〕所示。标定各电流和电压的参考方向如下图。(b)(c)【例1-7解】二、电路的分析方法由电路结构可知，此电路中有118【例1-7解】二、电路的分析方法在图b）所示电路中，各支路电流为：(b)【例1-7解】二、电路的分析方法在图b）所示电路中，各支路电119【例1-7解】二、电路的分析方法在图（c）所示电路中，各支路电流为：(c)【例1-7解】二、电路的分析方法在图（c）所示电路中，各支路120【例1-7解】二、电路的分析方法根据叠加定理有：R2上消耗的功率为【例1-7解】二、电路的分析方法根据叠加定理有：R2上消耗的1213．戴维南定理二、电路的分析方法电路中任何一个具有两个出线端与外电路相连接的网络都称为二端网络。有源二端网络无源二端网络含有电源不含电源3．戴维南定理二、电路的分析方法电路中任何一个具有两个出线端122二、电路的分析方法在复杂电路的计算中，假设只需计算某一支路的电流，可把这个支路画出，而把其余局部看成是一个有源二端网络。不管有源二端网络的繁简程度如何，它对所要计算的这个支路来说，都相当于一个电源。二、电路的分析方法在复杂电路的计算中，假设只需计算某一支路的123二、电路的分析方法任何一个线性有源二端网络，对外电路来说，都可用一个电压源和电阻串联的电路模型来等效代替，如下图，该电压源的电压US等于有源二端网络的开路电压U0，电阻等于有源二端网络内部所有电源都不起作用〔电压源短路，电流源开路〕时，所得到的无源二端网络的等效电阻R0，这就是戴维南定理。(a)(b)二、电路的分析方法任何一个线性有源二端网络，对外电路来说，都124二、电路的分析方法〔1〕把待求支路从电路中断开，其余局部即形成一个有源二端网络，求其等效电路的U0和R0。〔2〕用此等效电路代替原电路中的有源二端网络，求出待求支路的电流。应用戴维南定理求解电路的步骤如下:二、电路的分析方法〔1〕把待求支路从电路中断开，其余局部即形125【例1-8】二、电路的分析方法如图1-33所示电路，US1=140V，US2=90V，R1=20Ω，R2=5Ω，R3=6Ω，试用戴维南定理求支路电流I3。【例1-8】二、电路的分析方法如图1-33所示电路，US1126如图（b）所示，R3支路断开后，等效电路中的电流I为:（b）【例1-8解】二、电路的分析方法等效电路的开路电压U0为根据戴维南定理，将R3支路以外的部分用电压源和电阻串联等效代替，如图（a）所示。（a）如图（b）所示，R3支路断开后，等效电路中的电流I为:（b）127【例1-8解】二、电路的分析方法如图(c）所示，等效电阻R0为:【例1-8解】二、电路的分析方法如图(c）所示，等效电阻R128【例1-8解】二、电路的分析方法由图（a）所示等效电路，可得支路电流I3为:【例1-8解】二、电路的分析方法由图（a）所示等效电路，可129一、实施目的〔1〕验证基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。〔2〕验证叠加定理。〔3〕加深理解参考方向和绕行方向的作用。二、实施器材双路直流稳压电源2台；直流毫安电流表1块；定值电阻3个；万用表1块；带插头的导线假设干。三、实施步骤〔详见P33〕任务实施1——基尔霍夫定律和叠加定理的验证一、实施目的任务实施1——基尔霍夫定律和叠加定理的验证130一、实施目的〔1〕掌握测量有源二端网络的开路电压和等效内阻的一般方法。〔2〕验证戴维南定理的正确性，加深对戴维南定理的理解。〔3〕分析负载获得最大功率的条件。二、实施器材直流稳压电源1台；直流电流表1块；直流电压表1块；数字万用表1块；可变电阻箱1台；滑线电阻器1个；定值电阻3个；带插头的导线假设干。三、实施步骤〔详见P36〕任务实施2——戴维南定理的验证一、实施目的任务实施2——戴维南定理的验证131感谢观看感谢观看132直流电路直流电路133工程导读电路是电工技术和电子技术的根底，它可分为直流电路和交流电路。本工程将主要介绍直流电路中的定律及常用的电路分析方法。由于在辅以适当的数学工具后，这些定律及分析方法也可适用于正弦交流电路及其他各种线性电路，因此，直流电路是电路分析研究的根底。工程导读电路是电工技术和电子技术的根底，它可分为直流电路和交134目录CONTENTS简单直流电路的分析与测量复杂直流电路的分析与测量目录简单直流电路的分析与测量复杂直流电路的分析与测量135简单直流电路的分析与测量简单直流电路的分析与测量136你能画出手电筒的实际电路吗？12你能简单分析该电路吗？任务引入你能画出手电筒的实际电路吗？12你能简单分析该电路吗？任务引137一、电路的组成及功能电路是电流的通路，它是由电源、负载和中间环节三局部按一定方式组合而成的。实现信号的传递和处理。实现电能的传输、分配和转换。12电路的主要功能如下：一、电路的组成及功能电路是电流的通路，它是由电源、负载和中间138一、电路的组成及功能实际电路比较复杂，为了方便对其进行分析和研究，通常将实际电路元件理想化〔模型化〕，近似看作理想电路元件。例如，电阻元件、电感元件和电容元件等都是理想电路元件。由理想电路元件组成的电路称为实际电路的电路模型。一、电路的组成及功能实际电路比较复杂，为了方便对其进行分析和139二、电路模型干电池在对外提供电压的同时，其内部也有电阻消耗能量，故在电路模型中可用电动势E和内阻R0串联表示；灯泡在通电流时，除了具有消耗电能的性质〔电阻性〕外，还具有电感性，但由于其电感性很弱，可忽略不计，故在电路模型中可用一电阻元件R表示；导线的电阻很小，可忽略不计，故在电路模型中可看作是一无电阻的理想导体。（实际电路）（电路模型）二、电路模型干电池在对外提供电压的同时，其内部也有电阻消耗能140三、电路的根本物理量在电场力的作用下，电荷有规那么地定向移动就形成了电流。习惯上规定电流的方向为正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，它是客观存在的，称为电流的实际方向。1．电流电流的大小为单位时间内通过导体横截面的电量，称为电流强度，简称电流，用i表示，即式中，dq为dt时间内通过导体横截面的电量，单位为C。三、电路的根本物理量在电场力的作用下，电荷有规那么地定向移动141三、电路的根本物理量在国际单位制中，电流的单位为安培〔A〕。常用的电流单位还有千安〔kA〕、毫安〔mA〕和微安〔μA〕。小写字母i表示电流随时间变化。大小和方向都不随时间变化的电流称为直流电流，用大写字母I表示，于是，式可写为三、电路的根本物理量在国际单位制中，电流的单位为安培〔A〕。142三、电路的根本物理量在分析简单电路时，可以直观地确定电流的实际方向，但在分析复杂电路时，往往很难判断电流的实际方向。因此，为了方便分析和计算，可以任意选定一个方向作为电流的参考方向，如下图，假设电流的实际方向与参考方向一致，那么电流为正值；假设电流的实际方向与参考方向相反，那么电流为负值。电流的参考方向可以用箭头表示，也可以用双下标表示。例如，iab表示电流的参考方向是从a指向b的。（a）(b)三、电路的根本物理量在分析简单电路时，可以直观地确定电流的实1432．电压三、电路的根本物理量在电路中任选一点作为参考点，则电场力把单位正电荷从某点移动到参考点所做的功称为该点的电位，用v（V）表示。电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功称为a，b两点间的电压，用uab（Uab）表示，即式中，dw为电场力将dq的正电荷从a点移动到b点所做的功，单位为J。2．电压三、电路的根本物理量在电路中任选一点作为参考点，则电144三、电路的根本物理量习惯上规定电压的实际方向为由高电位（“+”极性）端指向低电位（“-”极性）端，即电位降低的方向。因此，电路中两点间的电压也可用两点间的电位差来表示，即在国际单位制中，电位和电压的单位相同，都为伏特（V）。常用的电压单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）和微伏（μV）。三、电路的根本物理量习惯上规定电压的实际方向为由高电位（“+145三、电路的根本物理量与电流类似，分析电路时，也需先任意选定一个方向作为电压的参考方向，如图所示。若电压的实际方向与参考方向一致，则电压为正值；若电压的实际方向与参考方向相反，则电压为负值。电压的参考方向可以用箭头表示，也可以用“+”“-”表示，还可以用双下标表示。三、电路的根本物理量与电流类似，分析电路时，也需先任意选定一146在分析计算电路时，必须首先标出电流、电压的参考方向。参考方向一经选定，在分析电路过程中就不能再变动，并以此标准进行分析计算，最后根据答案的正负来确定电流和电压的实际方向。三、电路的根本物理量在分析计算电路时，必须首先标出电流、电压的参考方向。参考方向147一般来说，同一段电路上电流和电压的参考方向彼此独立无关，可以各自选定。但为了方便分析，通常将电流和电压的参考方向选得一致，称为关联参考方向〔否那么，称为非关联参考方向〕。这时，只需标出电流或电压中一个的参考方向即可。三、电路的根本物理量一般来说，同一段电路上电流和电压的参考方向彼此独立无关，可以148三、电路的根本物理量3．电动势电动势是指电源内部的非电场力把单位正电荷由低电位b端移到高电位a端所做的功，用e（E）表示，即三、电路的根本物理量3．电动势电动势是指电源内部的非电场力把149电动势的实际方向为由低电位端指向高电位端，即电位升高的方向，因此，电动势和电压的实际方向相反，如图〔a〕所示。在开路情况下，电源电动势与电源两端的电压大小相等，方向相反，如图〔b〕所示。三、电路的根本物理量（a）(b)电动势的实际方向为由低电位端指向高电位端，即电位升高的方向，150三、电路的根本物理量4．功率功率是指电能量对时间的变化率，也就是电场力在单位时间内所做的功，用p（P）表示，即在国际单位制中，功率的单位为瓦特（W）。常用的功率单位为千瓦（kW）。日常生活中所说的1度电就是指功率为1kW的元件在1h内消耗的电能，即。三、电路的根本物理量4．功率功率是指电能量对时间的变化率，也151当元件中流过的电流与其两端电压在关联参考方向时：三、电路的根本物理量p=ui＞0p=ui＜0流经元件的电流实际方向与元件两端电压的实际方向是一致的，电场力对正电荷做了功，元件吸收功率流经元件的电流实际方向与元件两端电压的实际方向是相反的，一定有外力克服电场力做了功，元件发出功率（消耗功率）当元件中流过的电流与其两端电压为非关联参考方向时，上述结论正好相反当元件中流过的电流与其两端电压在关联参考方向时：三、电路的根152三、电路的根本物理量电路元件在t0～t时间内所消耗或提供的能量W为:直流时:三、电路的根本物理量电路元件在t0～t时间内所消耗或提供的能153如图1-5所示直流电路中，U1=4V，U2=-8V，U3=6V，I=4A，求各电路元件吸收或发出的功率P1，P2，P3，并求整段电路的功率P0。三、电路的根本物理量【例1-1】如图1-5所示直流电路中，U1=4V，U2=-8V，U3=6154三、电路的根本物理量【例1-1解】对元件1，其电流和电压为关联参考方向，且P1=U1I=4×4=16（W）＞0，所以，元件1吸收功率16W。对元件2，其电流和电压为非关联参考方向，且P2=U2I=-8×4=-32（W）＜0，所以，元件2吸收功率32W。对元件3，其电流和电压为非关联参考方向，且P3=U3I=6×4=24（W）＞0，所以，元件3发出功率24W。设吸收功率为正，发出功率为负，则整段电路的功率P为三、电路的根本物理量【例1-1解】对元件1，其电流和电压为关155四、电路的工作状态1．通路工作状态如图所示，将开关合上，接通电源与负载，电路即处于通路工作状态，又称为有载工作状态。四、电路的工作状态1．通路工作状态如图所示，将开关合上，接通156四、电路的工作状态1〕电压与电流的关系根据欧姆定律可知，电路中的电流I为（1-9）电源的输出电压U为负载R两端的电压，由式（1-9）和欧姆定律可得四、电路的工作状态1〕电压与电流的关系根据欧姆定律可知，电路157由式U=E-IR0可知，电源的输出电压U小于电动势E，两者之差为电流通过电源内阻所产生的电压降IR0。电源的输出电压U与输出电流I之间的变化关系称为电源的外特性，其外特性曲线如下图。四、电路的工作状态（电源的外特性曲线）由式U=E-IR0可知，电源的输出电压U小于电动势E，两者之158四、电路的工作状态2〕功率与功率平衡将式U=E-IR0各项同乘以电流I，可得PE—电源产生的功率，单位为WP—电源的输出功率，单位为WP0—电源内阻上所损耗的功率，单位为W称为功率平衡式，它说明，整个电路的功率是平衡的，即由电源发出的功率等于电路各局部所消耗的功率之和。四、电路的工作状态2〕功率与功率平衡将式U=E-IR0各项同159为了保证电气设备的平安可靠和经济运行，制造厂规定了其在正常运行条件下的使用限额，称为额定值，如额定电压UN、额定电流IN和额定功PN率等。电气设备的额定值通常标在产品的铭牌或说明书上。四、电路的工作状态3〕电气设备的额定值及工作状态为了保证电气设备的平安可靠和经济运行，制造厂规定了其在正常运160电源设备的额定值一般包括额定电压UN、额定电流IN和额定容量SN。其中，UN和IN是指电源设备平安运行所规定的电压和电流限额；SN=UNIN，表征电源的最大允许输出功率。电源设备工作时不一定总是输出规定的最大允许电流和功率，具体输出的电流和功率大小取决于所连接的负载。四、电路的工作状态电源设备的额定值一般包括额定电压UN、额定电流IN和额定容量161负载的额定值一般包括额定电压UN、额定电流IN和额定功率PN。对于电阻性负载，由于这三者与电阻R之间存在一定的关系，所以它的额定值不一定会全部标出。四、电路的工作状态

点拨四、电路的工作状态点拨162四、电路的工作状态满载(额定工作状态)过载轻载电气设备在额定值情况下的工作状态电气设备超过额定值的工作状态电气设备低于额定值的工作状态电气设备的使用是最经济合理和安全可靠的由于温度升高需要一定时间，因此，电气设备短时间过载时，不会发生损坏;但若过载时间较长，则会大大缩短电气设备的使用寿命，严重时甚至损坏电气设备。严重轻载时，电气设备就不能正常工作，或不能充分发挥其工作能力*过载和严重轻载都是应该避免的四、电路的工作状态满载(额定工作状态)过载轻载电气设备在额定163一热水器的额定功率为800W，额定电压为220V，求该热水器的额定电流和电阻。假设将其接在电压为110V的电路上，该热水器的输出功率为多少？四、电路的工作状态【例1-2】一热水器的额定功率为800W，额定电压为220V，求该热164四、电路的工作状态【例1-2解】由可得其额定电流和电阻分别为若将其接在电压为110V的电路上，则该热水器的输出功率P为四、电路的工作状态【例1-2解】由165如下图，当开关断开时，电源未与负载接通，电路处于开路工作状态，又称为空载工作状态。此时，电路中的电流为零，电源的端电压U0〔称为开路电压或空载电压〕等于电源电动势，电源不能输出电能，电路的功率为零。四、电路的工作状态2．开路工作状态如下图，当开关断开时，电源未与负载接通，电路处于开路工作状态166四、电路的工作状态开路工作状态的特征可表示为四、电路的工作状态开路工作状态的特征可表示为167如下图，当电源两边的导线由于某种原因而直接相连时，电路处于短路工作状态。短路时，电源的输出电流IS称为短路电流。由于电源内阻R0一般都很小，故短路电流IS很大。短路时，外电阻可视为零，电源的输出电压也为零，电源所产生的电能全部被电源内阻消耗掉，故电源的输出功率为零。四、电路的工作状态3．短路工作状态如下图，当电源两边的导线由于某种原因而直接相连时，电路处于短168四、电路的工作状态短路工作状态的特征可表示为四、电路的工作状态短路工作状态的特征可表示为169由于短路电流很大，发生短路时将会烧毁电源、导线及电气设备等。因此，在实际工作中，应经常检查电气设备和线路的绝缘情况，以防止发生电源短路事故。此外，还应在电路中接入熔断器等保护装置，以便在发生短路事故时能迅速切断电路，到达保护电源及电路元器件的目的。四、电路的工作状态由于短路电流很大，发生短路时将会烧毁电源、导线及电气设备等。170五、电路的根本元件电路元件无源元件指无须外接能量源就能够实现其本身功能的元件有源元件指需要外接能量源才能够实现本身功能的元件如电阻元件、电感元件及电容元件等如电源等五、电路的根本元件电路元件无源元件有源元件如电阻元件、电感元171五、电路的根本元件1）电阻元件的伏安特性曲线线性电阻在电路中的符号如图所示，它遵循欧姆定律，其两端的电压与流过的电流成正比，即式中，R为该元件的电阻，单位为欧姆（Ω）1．电阻元件（是一种消耗电能的元件）五、电路的根本元件1）电阻元件的伏安特性曲线线性电阻在电路中172五、电路的根本元件线性电阻R是一个与电压和电流无关的常数，其电压和电流的关系曲线是一条通过原点的直线，称为伏安特性曲线，如图所示。式u=iR还可写为式中，G为电导，单位为西门子（S）。五、电路的根本元件线性电阻R是一个与电压和电流无关的常数，其173五、电路的根本元件2〕电阻的串联与并联如果电路中有n个电阻元件顺序相接，中间没有分支，则这样的连接形式称为电阻的串联，如图所示。（1）电阻元件的串联五、电路的根本元件2〕电阻的串联与并联如果电路中有n个电阻元174五、电路的根本元件串联电路的特点是通过每个电阻的电流都相同，总电压等于各串联电阻的电压之和，即············（1-16）······（1-17）用式（1-17）除以式（1-16），可得五、电路的根本元件串联电路的特点是通过每个电阻的电流都相同，175五、电路的根本元件R称为串联电阻的等效电阻，如下图，其等效条件为在同一电压作用下电流保持不变。式R=R1+R2+···+Rn说明，串联电路的等效电阻等于各个串联电阻之和。五、电路的根本元件R称为串联电阻的等效电阻，如下图，其等效条176五、电路的根本元件2．电感元件电感元件工作时，能够将电能转换为磁场能量储存起来，它是一种储能元件。如图〔a〕所示，电感元件是由导线绕制而成的，它在电路中的符号如图〔b〕所示。设电感线圈有N匝，当线圈通过电流i时，在线圈内部将产生磁通Φ。磁通与线圈匝数的乘积称为磁通链，用Ψ表示，Ψ=NΦ。在国际单位制中，磁通Φ与磁通链Ψ的单位都为韦伯〔Wb〕。（a）(b)五、电路的根本元件2．电感元件电感元件工作时，能够将电能转换177五、电路的根本元件当磁通Φ与磁通链Ψ的参考方向与电流i的参考方向之间符合右手螺旋定则时，有式中，L为线圈的自感或电感，单位为亨利（H）。当磁通发生变化时，线圈中将会产生感应电动势。根据电磁感应定律可