第一章直流电路基础

第1章直流电路基础第一节电路及基本物理量一、电路的定义1.学生列举一些日常生活中常见的电路（案例）电路：电流流通的路径。结论。2、电路的三部分组成：（实图）电源（信号源）：供给电路电能（电信号）负载：接受电能或电信号（使用电能）中间部分：控制及连接部分（如导线，开关、辅助元件等）如洗衣机、电饭锅等常见的家用电器实现对能量的传输和分配和使用实现对信号的传递、和处理3、电路的作用：如收音机、将接收的微弱无线电信号经过放大和处理后，再由扬声器、还原成语音信号。如发电机把热能转换成电能，通过变压器传送给用电单位。4、电路原理图（电路图）：用图形符号表示电路连接情况的图。(b)电原理图(a)实际电路例如：表1-1部分电气图用图形符号(根据国家标准GBA728)名称符号名称符号名称符号导线传声器电阻器连接的导线扬声器可变电阻器接地二极管电容器接机壳稳压二极管线圈，绕组开关隧道二极管变压器熔断器晶体管铁心变压器灯运算放大器直流发电机电压表电池直流电动机电路图练习：画出下图的电路图实际电路二、电路的工作状态电路有三种工作状态如下图所示：ab（a)闭路：电源与负载构成闭合回路，电源处于有载工作状态，电路中有电流流过。(b)短路：当a、b两点间用导线相连时，称电阻R1被短路。a、b间导线称为短路线，短路线中的电流叫短路电流。注:故障短路往往会造成电路中电流过大，使电路无法正常工作，严重的会产生事故。(c)断路：开关S断开或电路中某处断开，切断的电路中没有电流流过，此时的电路称为开路。开路又叫断路，断开的两点间的电压称为开路电压。注：开路也分为正常开路和故障开路。如不需要电路工作时，把电源开关打开为正常开路；而灯丝烧断，导线断裂产生的开路为故障开路，它使电路不能正常工作。小结：1、电路的定义2、电路有哪几部分组成3、电路原理图。案例1．１手电筒电路是大家所熟悉的一种用来照明的最简单的用电器具，如图1.1所示。返回电路的组成它由四部分组成：(1)干电池：它将化学能转换为电能；(2)小电珠：它将电能转换为光能；(3)开关：通过它的闭合与断开，能够控制小电珠的发光情况；(4)金属导线：提供了手电筒中其它元件之间的连接。返回1、电流定义：电荷的定向运动2、电流是一个矢量既有大小又有方向大小：用I来表示，是指单位时间内通过导体横截面的电荷量。第2节电路的基本物理量一、电流、电压及参考方向s//CA/时间电荷电流μA101AmA10A1A10kA1633★单位换算电流参考方向的表示方法：1、用实线箭头表示2、双下标表示，如iAB，其参考方向是由A指向B实际方向：规定为正电荷的运动方向。参考方向：假定的正电荷运动方向。（人为规定。）实际方向的判定：i0,相同，i0,相反。电流方向——I只有当参考方向选定之后，电流值的正负之分才有意义。分别指出图中实际电流方向。(a)由a至b；(b)由b至a；(c)不能确定。例:注意:电流的作用和效应：热效应磁效应光效应化学效应对人体效应定义：单位正电荷由电路的a点移到b点所获得或失去的能量（即对电荷所做的功），称为a、b两点间的电压，即2、电压★国际单位制（SI）中，电压的单位为伏特（V）μV101VmV10V1V10kV1633★单位换算C//JV/电荷电能电压电压方向——实际方向：正电荷移动的方向习惯上规定：电压的实际方向（极性）是由高电位指向低电位，即电压降方向。交变电压用小写字母u表示,直流电压用大写字母U表示。电压方向的表示：1、电压的参考方向用“＋、－”极性表示2、用双下标表示如下图所示，并有uab=-uba。（电压参考方向（极性）的表示）abuabuab+-参考方向：人为规定。实际方向的判定：u0,相同，u0,相反。取电路中某一点为参考点，则电路中各点到参考点的电压称为电位。用“V”表示。★电位的单位与电压的单位相同。电位说明：参考点的选择是任意的。规定参考点的电压为零。用符号“⊥”表示。工程上常选大地或机壳为参考点。电压与电位的关系：Uab=Va–Vb分别写出图中a、b、c三点的电位及任意两点之间的电压。c点选为参考点,各点电位为两点之间的电压为Uab=Va—VbUbc=Vb—VcUac=Va—VcVa=UsVb=UbcVc=0解:例:几个名词解析：正电位：电位比参考点高；负电位：电位比参考点低高电位点：电位较高的点；低电位点：电位较低的点等电位点：电位相等的点。电位的测量：确定电路中各点的电位时必须先选定参考点。参考点不同，各点的电位值将随之不同。一个电路中只能选一个参考点。参考点可以任意选定，但电路中任意两点之间的电压值不随参考点的改变而改变。即任意两点之间的电压与参考点的位置无关。三、电功与电功率电功(电能)：电场力对电荷所做的功即电流所做的功。（电流通过导体时电场力做的功）W=Uq=UIt功（W）的单位为焦耳（J）注意：电路中的电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。电功率：电流在单位时间内所做的功。用符号P或p表示注意：电功率是描述电流做功的快慢。★在SI中，功率的单位为瓦特，简称瓦（W）测量电功的仪表：电能表（电表）*家庭用电的计算例：已知有一只额定功率PN=100W,额定电压UN=220V的灯泡，求：1）灯泡的额定电流。2）灯泡工作2h消耗的电能。小结：1、电流、电压、电位的定义、单位2、电费的计算作业：P23三计算题（2）电阻:导体对电流的阻碍作用。表示符号为“R”，基本单位是Ω。作用：控制电压、电流，起分压，分流隔离和信号幅度调节作用单位换算1kΩ=1000Ω1MΩ=1000kΩ=1000000Ω请仔细观察两只灯泡的照片,说出它们有哪些不同之处?电阻定律电阻定律1.内容：同种材料的导体,其电阻R与它的长度L成正比,与它的横截面积S成反比;导体电阻与构成它的材料有关.2.表达式:SlR是比例常数，它与导体的材料有关，是一个反映材料导电性能的物理量，称为材料的电阻率。4、金属的电阻率随温度的升高而增大电阻率()3、纯金属的电阻率小，合金的电阻率大1、反映材料导电性能的物理量2、单位：欧姆·米Ω·m锰铜合金和镍铜合金的电阻率随温度变化极小，利用它们的这种性质，常用来制作标准电阻。超导现象:有些物质当温度降低到绝对零度附近时它们的电阻率会突然变为零．半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间，电阻率随温度的升高而减小，导电性能由外界条件所控制，如改变温度、光照、掺入微量杂质等1、一段均匀导线电阻为4Ω，将这段导线拉长为原来的2倍，拉长后的导线的电阻是多大？16Ω2、铜与铝那种金属的导电性能更好？铜=1.7×10-8铝=2.8×10-8铜固定电阻器碳膜电阻金属膜电阻金属氧化膜电阻实芯碳质电阻线绕电阻敏感电阻器热敏电阻光敏电阻压敏电阻可变电阻电阻器的分类金属玻璃釉电阻电位器高精密合金铂电阻千分之一合金箔电阻排电阻水泥电阻碳膜电阻金属膜电阻金属膜的外表多为蓝色，碳膜的为土黄色或其它颜色。绕线电阻大功率绕线电阻敏感电阻（热敏、光敏、压敏）1.热敏电阻2.光敏电阻3.压敏电阻可变电阻（电位器）•特点：•可变电阻的阻值是可以改变的；•可变电阻通常有3个或更多的引脚；1个可调的柄或螺丝；•阻值与误差用数字和字母印刷在元件上；形形色色的可变电阻内部碳膜电位器实例旋转式直滑式微调式推拉式开关部分电位器实物照片表1.4表示各种颜色所代表的意义。色码法（色环标注法）表1.4色标法电阻的标称值熟记颜色棕红橙黄绿蓝紫灰白黑数码12345678901、对于四色环电阻：第一、第二色环各代表一位数字，第三道代表零的个数（也可用倍乘数表示）。。误差阻值{2、对于五色环电阻：第一、第二、第三色环各代表一位数字，第四色环代表零的个数（也可用倍乘数表示）。电阻色环标注的方法电阻的色环标识棕红橙黄绿蓝紫灰白黑金银123456789010-110-2第一位数第二位数倍乘数允许误差101021000(1k)误差：金色—+5%银色—+10%无色—+20%棕色—+1%10%倍乘数允许误差10010210k1%本页有动画设置，自动播放。本页有动画设置，每点击鼠标，演示一步。练习棕红橙黄绿蓝紫灰白黑123456789033k2.2k47910k5601M2.74k5601k电阻的数码标识用三或四位数字表示电阻的标称阻值第一位有效数第二位有效数倍乘数1010310000(10k)倍乘数133103133k两种形式的精度：三号码ＤＤＭ±５％四号码ＤＤＤＭ±１％301001000196000100010022000练习电阻器的测量电阻器的测量方法：欧姆表测量万用表欧姆挡测量万用表欧姆挡测量：第一步：将波段开关置于欧姆挡适当量程第二步：将表笔短接后调零第三步：测量1k0调零正确的测量方法0不正确的测量方法？因为造成了人体电阻与被测电阻并联0本页有动画设置，每点击鼠标，演示一步。电阻器质量的检测质量好的电阻器：标称值与实际值误差在允许的范围内质量不好的电阻器：1、烧断的情况：电阻值呈无穷大（但要注意档位的选择）2、标称值与实际值相差太多本页有动画设置，每点击鼠标，演示一步。小结：1、电流电压的单位、方向、测量2、电压与电位的关系3、参考点的电位4、电阻的定义、单位、电阻定律5、电阻元件作业：一、单位换算：1、500Ω=kΩ2、45M=Ω3、0.3A=mA二、写出下面两种电阻的电阻值几个有关的电路名词节点：三个或三个以上支路连接点支路：电路中至少要有一个元件，且通过这些元件的电流为同一电流的分支。回路：电路中任一闭合路径网孔：内部不包含支路的回路第3节基尔霍夫定律支路：abcd、ad、afed或bc、…（共3条）回路：abcda、adefa、abcdefa（共3个）节点：a、d(共2个）网孔：abcda、adefa（共2个）练习支路：节点：回路：网孔：练一练图一图二支路：6节点：4回路：6网孔：3支路：7节点：4回路：10网孔：4内容：在任一时刻，流入任一节点的电流总和等于流出该节点的电流总和，即一、基尔霍夫电流定律(KCL)I5I4I3I1aI2∑I=0∑i=0或31542IIIII由图示电路有KCL另一种说法:在任一时刻，流出(或流入)节点的电流代数和恒为零。即∑i入=∑i出054321IIIII整理为ab＋－＋－I1I2I3E1E2R1R3R2如图:对节点a,应用KCL有：I1＋I2＝I3练一练流出节点的电流取负。（人为规定）流入节点的电流取正,一般推广：适用于封闭面CIA＋IB＋IC＝0IBICIEIB＋IC＝IE满足三极管电流分配关系IAAIBICBIABIBCICA关于正负号问题：图中电流i1=5A，i2=―4A，i3=―3A，求i4。根据KCL有i2+i4=i1+i3i4=i1+i3―i2=[5)+(―3)―(―4)]=6A解:注意：括号内数字前的正负号是参考方向相对实际方向确定的。例:AI=0I=?试求:二、电源电动势1、电源在电路中，电源以外的部分叫外电路，电源以内的部分叫内电路。2、电路中电流的方向1、在外电路：从电源的正极回到电源的负极。2、在电源的内部：从电源的负极流到正极。3.电源电动势在内电路中，有一种力能够不断地把正电荷从低电位移到高电位，这种力叫做电源力，也叫非静电力。衡量电源力做功能力大小的物理量叫做电源电动势。在电源内部，电源力把正电荷从低电位（负极）移到高电位（正极）反抗电场力所做的功W与被移动电荷的电荷量q的比值就是电源电动势，简称电动势。用E或e表示，即电动势的方向：1、电源内部电源力由负极指向正极，因此电动势的方向规定为由电源的负极（低电位）指向正极（高电位）。2、电压与电动势数值上相同，但方向相反，即UAB=-E图1－15E和UAB方向的不同图1－16电动势的表示方法【例1－3】如图1－18所示，已知电动势E＝3V，试写出电压U的数值。解：图（a）中，电压与电动势规定正方向相反时U=E＝3V，图（b）中，电压与电动势规定正方向相同时U=－E=－3V。图1－18简单的电路【例题】端电压电