电路的基本概念与基本定律

1.了解电路的作用与组成部分；2.了解电路的建模思想；3.理解电压与电流参考方向的意义及其与实际方向的关系；4.掌握KCL、KVL的内容并能熟练列出其方程；

本章教学要求5.了解电源的有载工作、开路与短路状态中，电压、电流与功率的特征；理解电功率和额定值的意义；6.会计算电路中各点的电位,熟悉电位的特点。本节的要求：了解电路的作用及组成1.1电路的作用与组成部分电源电路：电流流通的路径。返回下一页上一页下一节＋－US

作用之一：实现电能的传输、分配与转换1.电路的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线请欣赏例子强电电路的作用变电站大型工厂商店学校小型电能用户输电线水力发电厂变电站小型配电站配电站住宅乡村电能的产生和输送电能的输送和分配发电厂主传输线500kV升压降压电压分配10kV降压变电站三相单相

主设备(380V)插座(220V)仪表控制盘仪表单相架空输电线游泳池交流输出燃料备料室燃烧室电力网城市热气水源热水加热器淋浴

喷泉灯正常状态电视广播紧急状况饮用水环境保护系统灾难区应急广播照明设备游泳池电能的应用作用之二：实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒1.电路的作用请欣赏例子弱电电路的作用早期的通讯现代通信上一页返回各种检测仪器上一页返回2.电路的组成部分电源:

提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线直流电源直流电源:

提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源:

提供信息2.电路的组成部分放大器扬声器话筒

电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。

电源、负载和中间环节电路的组成是什么？最简单电路的组成返回下一页上一页下一节EE电源：将非电形态的能量转化为电能的供电设备。负载：将电能转化为非电形态的能量的用电设备。连结导线：沟通电路、输送电能。

简单照明电路1.2电路模型本节要求：

了解几种理想电路元件；了解实际电路的建模思想

电路模型：实际电路的数学模型如何建模？由理想元件的串、并联组成，近似地描述实际电路的电气特性。有哪些理想元件？电阻元件：描述消耗电能的特性，把电能转变为热能、光能、声能、机械能等符号：电感元件：描述存贮磁场能的特性符号：LR电容元件：描述存贮电场能量的特性符号：理想电压源：描述提供一定的电压的特性符号：+-Us理想电流源：描述提供一定的电流的特性符号：IS还有许多其它的理想元件，以后慢慢学吧！建模思想是科研中一种很重要的思维方法请欣赏实际电路建模例！手电筒电路模型(a)实物电路(b)电路模型(b)干电池提供电压干电池把电能转变为热能灯泡把电能转化为光能、热能日光灯电路~镇流器光管启辉器实物电路LRRA镇流器光管~电路模型晶体管放大电路(a)实物电路(b)电路模型(b)信号源晶体管电池（忽略内阻）变压器扬声器电阻器

根据实际电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求，应当用不同的电路模型描述同一实际电路。现在以线圈为例加以说明。

线圈的几种电路模型

(a)线圈通过低频交流且忽略内阻的模型

(b)线圈通过低频交流的模型(c)线圈通过高频交流的模型记住啰，很有用啰！线圈内阻存贮磁场能匝间电容效应温馨提示：本课程介绍

电路模型（简称电路）的分析计算

请欣赏一些元器件实物！

低频信号发生器的内部结构

常用的干电池和可充电电池1.3电压和电流的参考方向本节的要求：理解电压与电流参考方向的意义及其与实际方向关系本节很重要，别打瞌睡啰！

电路中对基本物理量规定的实际方向1.电路基本物理量的实际方向物理量实际方向电流I正电荷定向运动的方向或负电荷定向运动的反方向电动势E

(电位升高的方向)

电压U(电位降低的方向)高电位

低电位

单位kA、A、mA、μA低电位

高电位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV———金属导体定向运动实际电流方向+++溶解液定向运动实际电流方向简单电路中的实际方向E若为实际方向（极性）I+-U任一电路元件上有电压，但只有发电机、蓄电池等能提供电能的元件才具有电动势复杂电路中的实际方向6V3

+–+–12V2A6

1

1

2

I能判别出各元件中电流、电压的实际方向吗？如何解决实际方向的判别问题？(2)参考方向的表示方法电流：Uab

双下标电压：(1)参考方向IE+_

在分析与计算电路时，对电压、电流任意假定的方向。Iab

双下标2.电路基本物理量的参考方向aRb箭标abRI正负极性+–abUU+_a箭头bU复杂电路中参考方向的选取举例6V3

+–+–12V2A6

1

1

2

II1I2I3I4任意选取-U1++-U2实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。(3)

实际方向与参考方向的关系务必集中2分钟的精力注意：在电路分析计算时，一定要交代电流、电压的参考方向，否则，计算出来电流、电压值无意义。若I=5A，则电流从a流向b；例：若I=–5A，则电流从b流向a。abRIabRU+–若U=5V，则电压的实际方向从a指向b；若U=–5V，则电压的实际方向从b指向a。

每个二端元件，电压、电流的参考方向应如何取？理论上，爱咋样取，就咋样取。不过，有大家习惯的取法。FOLLOWME！

对于二端元件而言，电压的参考极性和电流参考方向的选择有四种可能的方式，如图下所示。习惯的取法：取关联参考方向ba+-E2R2+-R3R1E1I1I2I3电流、电压关联方向选取举例U2+_U1+_+-U3在选取电流（电压）参考方向（极性）时，除了画箭头（标正、负号）外，还要在旁边写上字母。关联方向的正确理解12+-UI对1号元件，该电流、电压为非关联方向对2号元件，该电流、电压为关联方向技巧：求解电路时，若事先并不知某元件上电流、电压的实际方向时，就取参考方向，通过计算结果就知啦！你知吗？1.4欧姆定律本节的要求：复习欧姆定律内容；注意欧姆定律的公式表达。

欧姆定律：流过电阻元件的电流与其两端的电压成正比，与其阻值成反比。初中就学过啦，不必啰嗦了！U、I参考方向相同时，U、I参考方向相反时，RU+–IRU+–I

表达式中有两套正负号：

①式前的正负号由U、I

参考方向的关系确定；②

U、I

值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。

通常取

U、I

参考方向相同。U=IR

U=–

IR公式表达：请集中3分钟精神！解：对图(a)有,U=IR例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图(b)有,U=–

IRRU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A二端元件或单口网络端电压与电流的关系称为伏安特性。I/AU/Vo

线性电阻的伏安特性线性电阻、非线性电阻的概念：

线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。1.5电源有载工作、开路与短路

本节的要求：了解电源的有载工作、开路与短路状态中，电压、电流与功率的特征；理解电功率和额定值的意义。状态：开关闭合,接通电源与负载负载端电压（电源端电压）：U=IR

特征:1.电源有载工作IR0R+

-EU+

-电流的大小由负载决定。或

U=E–IR0电流的特征电压的特征电源端电压：IR0R+

-EU+

-

在电源有内阻时，I

U

。U=E–IR0电源的外特性EUI0

当

R0<<R时，则U

E

，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。电源端电压的特征UI=EI–I²RoP=PE

–

P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率负载大小的概念:

负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)，等效电阻减小。IR0R+

-EU+

-U=E–IR0电路功率的特征为什么？

负载并联也！电源与负载的判别①

根据U、I的实际方向判别请集中4分钟的精神！RI+

-USU+

-I都是实际方向电源：发出电功率负载：吸收电功率

电源：电流从“+”端流出（发出功率）；

负载：电流从“+”端流进（吸收功率）。IR+

-USU+

-I都是实际方向由此可得：电源与负载的判别U、I为非关联参考方向时，P=UI

0，电源；

P=UI

0，负载。U、I为关联参考方向时，P=UI0，负载；

P=UI

0，电源。

②

根据U、I的参考方向判别还有2分钟！UI可以证明：电源与负载的判别U、I为非关联参考方向时，P=－UI

0，负载；

P=－UI

0，电源。②

根据U、I的参考方向判别还有2分钟！UI可以证明：例1：判断下图元件是电源还是负载。+－U=-6VI=2A解法一：根据实际方向判别－+UI=2A电路的实际方向为：所以，判断为电源。例1：判断下图元件是电源还是负载。+－U=－6VI=2A解法二：根据参考方向判别P=UI=(－6)×2=－12W＜0所以，判断为电源。例2：判断下图元件是电源还是负载。+-12V+-10V1Ω2A+-2V电源负载负载具有电动势的元件在电路中不一定是电源充电状态例2

在图示电路中，已知U1=1V,U2=-6V,U3=-4V,

U4=5V,U5=-10V,I1=1A,I2=-3A,I3=4A,I4=-1A,

I5=-3A。

试求：(1)各二端元件吸收的功率；

(2)整个电路吸收的功率。

例1－1

例2

在图图示电路中，已知U1=1V,U2=-6V,U3=-4V,

U4=5V,U5=-10V,I1=1A,I2=-3A,I3=4A,I4=-1A,I5=-3A。整个电路吸收的功率为解：各二端元件吸收的功率为电气设备的额定值

额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值

电气设备的三种运行状态欠载(轻载)：I<IN

，P<PN(不经济)

过载(超载)：I>IN

，P>PN(设备易损坏)额定工作状态：I=IN

，P=PN

(经济合理安全可靠)

1.额定值反映电气设备的使用安全性；2.额定值表示电气设备的使用能力。例：灯泡：UN=220V

，PN=60W电阻：RN=100

，PN=1W

特征:

状态：开关断开2.电源开路I=0电源端电压

(开路电压)U

=U0=EP

=PE=△P=0①

开路处的电流等于零，I

=0②

开路处的电压U视电路情况而定。电路中某处断开时的特征:I+–U有源电路IRoR+

-EU0+

-功率的特征电压的特征电流的特征状态：电源外部端子被短接3.电源短路

特征:电源端电压负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）U

=0

PE=

P=I²R0P

=0①短路处的电压等于零，U

=0②

短路处的电流I视电路情况而定。电路中某处短路时的特征:I+–U有源电路IR0R+

-EU0+

-电流的特征电压的特征功率的特征

你能设计出至少3种确定某一蓄电池的电动势和内阻的实验方法吗？课后试一试！1.6基尔霍夫定律本节的要求：掌握KCL、KVL的内容；

能熟练地列写KCL、KVL

方程本节是本章的重点！支路：电路中的每一个分支。一条支路流过同一个电流，称为支路电流。结点：三条或三条以上支路的联接点。回路：由支路组成的闭合路径。网孔：内部不含支路（中空）的回路。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1123介绍几个名词支路：ab、bc、ca、…

（共6条）adbcE–+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I下面可是个很好的例子，莫错过啰！几条支路？几个结点？结点：a、b、c、d

(共4个）回路：abda、abca、adbca

…

（共7个）网孔：abd、abc、bcd

（共3个）adbcE–+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I几个回路？几个网孔？数一数图示电路的支路、结点、回路和网孔数。重点开始啦！1.基尔霍夫电流定律(KCL)定律的内容：

即:

Ｉ入=

Ｉ出叙述法之一：在任一瞬间，流进任一结点的电流等于流出该结点的电流。一般地:Ｉ=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1例：对于结点a，有：I1+I2=I3或：I1+I2–I3=01.基尔霍夫电流定律(KCL)定律的内容：一般地:Ｉ=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1

叙述法之二：在任一瞬间，流进（或流出）任一结点的电流代数和为零。一般地：流进结点：+流出结点：－均为：参考方向1.基尔霍夫电流定律(KCL)KCL的实质:电流连续性的体现。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1KCL：约束了电路中任一结点各支路间的电流

电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。KCL的推广应用：I=?例:广义结点I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2

+_+_I5

1

1

5

6V12V这些电流：有的为正；有的为负2.基尔霍夫电压定律（KVL)定律的内容：即：

U=0叙述法之一：在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路顺时针或逆时针绕行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路1：对回路2：

E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或I1R1+I3R3–E1=0

或I2R2+I3R3–E2=0

I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112

即:

电位升=

电位降即：

U=0叙述方法之二：在任一瞬间，沿任一回路顺时针或逆时针绕行一周，回路中各段电压的代数和恒等于零。2.基尔霍夫电压定律（KVL)定律的内容

U=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112一般地：电位降：+电位升：－KVL：约束了电路中任一回路各元件间的电压

电位升=电位降

E2=UBE+I2R2

U=0

I2R2–E2+

UBE

=0开口电压可按回路处理1对回路1：E1UBEE+B+–R1+–E2R2I2_KCL的推广应用本重点讲解大约需要0.9分钟！坚持就是胜利！重点结束啦！各位辛苦了！你现在打瞌睡，我没意见啦！请欣赏例题例1：对网孔abda：对网孔acba：对网孔bcdb：R6I6R6–I3R3+I1R1=0I2R2–

I4R4–I6R6=0I4R4+I3R3–E=0对回路

adbca，沿逆时针方向循行：–I1R1+I3R3+I4R4–I2R2=0应用

U=0列方程对回路

cadc，沿逆时针方向循行：–I2R2–I1R1+E

=0adbcE–+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I

例2：如对图示电路的三个回路，沿顺时针方向绕行回路一周，写出的KVL方程。

1231.7电路中电位的概念及计算本节的要求：熟悉电位的概念；

会进行电位计算；

熟悉电位的特点；

熟悉电路的简化画法电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX”

。

通常设参考点的电位为零。1.电位的概念某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。电压与电位的关系：a、b之间的电压a点电位b点电位你们的师兄、师姐经常在此犯错误！注意：①说某点电位的大小，一定要指明参考点；

②某点有电位，但一点没有电压，两点之间才有电压

你可记住了？

电位的计算步骤:(1)任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；

(2)标出各电流、电压参考方向并计算；

(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。请欣赏例子，并注意归纳总结下面的重点内容讲解大约需要3分钟例1：求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd

。解：设a为参考点，即Va=0VVb=Uba=–10×6=

60VVc=Uca

=4×20=80VVd

=Uda=6×5=30V

设b为参考点，即Vb=0VVa

=Uab=10×6=60VVc

=Ucb=E1=140VVd

=Udb=E2=90V

bac20

4A6

10AE290V

E1140V5

6A

dUab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V

Uab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V

从上述计算，你能归纳出什么结论？(1)电位值是相对的，和参考点有关，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；(2)电路中两点间的电