第2单元--认识直流电路

中等职业教育课程改革国家规划新教材PPT电工电子技术与技能（非电类少学时）人民邮电出版社第2单元认识直流电路知识目标：理解电流、电压、电阻、电源电动势、电功、电功率等电学量的概念理解直流电路中电流、电压、电阻之间的关系：欧姆定律、节点电流定律（基尔霍夫第一定律）、回路电压定律（基尔霍夫第二定律）掌握运用欧姆定律、基尔霍夫定律计算电流、电压、电功率的方法理解电路的3种状态，了解电气设备的额定值技能目标：学会正确使用电流表、电压表、万用表、功率表、电度表等仪表测量有关电学量学会电流表和电压表的改装认识电路的组成1测量电流和电压2测量电阻3扩大电流表和电压表的量程4测算电功和电功率5测量电池的使用功率6探究节点电流和回路电压规律7了解电流磁效应和电磁效应8任务1认识电路的组成一、观察电路的组成二、观察电路的状态三、认识电源四、导线的选择与加工使用一、观察电路的组成电路的组成包括如下。（1）电源—供电的器件。（2）用电器—利用电来工作的器件。（3）开关—控制电路接通或断开的器件。（4）导线—起连接和电流传输作用的材料。二、观察电路的状态通常电路存在通路（闭路）、开路（断路）两种状态，但在发生故障或连接错误时，还存在短路状态。电路3种状态的比较如表2.1所示。三、认识电源广义地讲，能把非电能转换成电能而向用电器供电的装置均称为电源。常用的电源有：风力发电机组、火力发电机组、干电池（蓄电池）、水力发电机组、太阳能电池、核电机组等，如图2.3所示。电源均有两个电极（正、负极），电源的作用在于依靠电源内部的非静电力将正电荷不断地从电源的负极经电源内部搬运到电源的正极，从而维持电源的正极和负极之间存在一定的电压（称为电源的端电压）。衡量电源内部这种搬运电荷能力的物理量称为电源电动势，通常用符号E表示，电动势的单位也是伏特。电源本身也存在一定的电阻，称为电源内阻，用符号r表示。当电源两端接上负载RL形成闭合回路时，电路中形成电流I，此时E=I×r+I×RL其中，I×RL=U称为电源的端电压。电源分成电流源和电压源两种形式。为电路提供一定电压的电源称为电压源，其图形符号如图2.4所示。其中，E代表电动势，ro为内阻。当ro=0时，电压源将向电路提供恒定电压，称为理想电压源，又称恒压源。为电路提供一定电流的电源称为电流源，其图形符号如图2.5所示。当ro=∞时，电流源将向电路提供恒定电流，称为理想电流源，又称恒流源。四、导线的选择与加工使用常用电工材料分4类：绝缘材料、导电材料、电热材料和磁性材料。维修电工常用的导电材料如表2.4所示。去除导线绝缘层的技术要领。导线的连接技术要领。绝缘层的恢复技术要领。导线与接线桩（端子）的连接技术要领。导线与接线桩（端子）的连接有螺钉式连接、针孔式连接及接线耳式连接等。任务2测量电流和电压一、认识电流和电压二、学习正确使用电流表三、学习正确使用电压表一、认识电流和电压电荷的定向移动形成电流。从微观上分析，电流的大小与单位时间内通过导体横截面的电荷量有关。在宏观上，通常用电流表和万用表测量电流。电流的符号为I，在国际单位制中，电流的单位是安培（A），此外常用的还有毫安（mA）、微安（μA）等。习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。通常根据电流方向是否随时间改变而将电流分成直流电流和交流电流，分别如图2.18和图2.19所示。电压是形成电流的必要条件之一，电路中提供电压的器件是电源。电压的符号为U，在国际单位制中，电压的单位是伏特（V），此外常用的还有千伏（kV）、兆伏（MV）、毫伏（mV）、微伏（μV）等。（1kV=103V，1MV=106V，1mV=10-3V，1μV=10-6V）电压又称电位差，它是导体两端在电场中的电位之差。通常元件公共点用符号表示，接地点用符号表示。根据电路中电流是直流电流还是交流电流，电路两端电压分别称为直流电压和交流电压。二、学习正确使用电流表用电流表测量电流应注意以下问题。（1）电流表必须串联于被测电路中，且使电流从电流表“+”端接线柱流入，从“−”端接线柱流出。（2）测量前应检查电流表的指针是否对准“0”刻度线，如果有偏差，要调节表盘上的调零旋钮进行调节。（3）要选择合适的量程挡，通过电流表的电流不能超过它的量程。如果不能估计被测电流的大小，可以先将一个旋钮接好，然后将另一接线头快速碰触最大量程的接线柱，如果指针偏转在较小的范围内，可以再选用较小的一个量程进行试碰，直到指针偏转到表盘中部位置。（4）严禁将电流表并接在被测电路两端。三、学习正确使用电压表用电压表测量电压要注意以下问题。（1）电压表应并接于被测电路的两端，且使电流从电压表“+”端接线柱流入，从“−”端接线柱流出。（2）注意所测电压不能超过电压表量程，如不能估计被测电压，可以采用碰触法（方法同电流表的使用）。（3）使用电压表前应先将指针调零。电路中电位的计算电路中的各点都有一个电位，电位的参考点，称为零电位点。电位相对于不同的零电位点，其数值也不相同，可见电位具有相对性。电位的符号是V，单位是伏特（V）。零电位点的选择具有任意性，通常为了实际测量方便起见，习惯上以大地电位作为零电位点，设备外壳通常接地或者设备中元件均与一个公共点相连，所以一般把设备外壳或电路中某一公共点作为零电位点。零电位点又称接地点，以符号或表示。电位和电压是两个不同的概念。电压是任意两点之间的电位之差，而电位则可以看成是测量点与零电位点之间的电压。计算电路中某点的电位实际上就是计算该点到零电位点之间的电压，其方法是：沿着一条路径从被测量点到参考点，该点电位就等于此路径上各段电路电压的代数和。任务3测量电阻一、认识电阻二、学习使用万用表测量电阻三、学习用伏安法测量电阻自然界的物质按其导电能力的不同，通常分为导体、绝缘体和半导体。导体是导电能力较强的一类物质，如金属、电解液等；绝缘体是导电能力较弱的一类物质，如橡胶、塑料、玻璃等；而半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间且导电能力易于受到外界的物理化学因素影响的一类物质。除此之外，近几十年来人们还发现了导电能力极强的所谓超导体。反映物质导电能力的物理量是电阻。测量电阻有很多种方法，除用万用表直接测量外，还可以采用伏安法、惠斯通电桥法等间接测量的方法。一、认识电阻电流在电路中流动时会受到一定的阻力，物理学上把这种阻碍作用称为电阻。其产生机理从微观上讲是由于带电粒子在电路中运动时与导电物体内的原子或分子发生碰撞或摩擦引起的。电阻的符号是R，其国际标准单位是欧姆（Ω），在国标中，电阻器的电路符号如图2.28所示。实验表明，电阻阻值的大小主要与导体的形状尺寸、材料、环境温度等因素有关。对于规则的圆柱形物体而言，，其中ρ为电阻率，表示该材料的导电能力，单位为欧姆•米（Ω•m），L表示导体的长度，单位为米（m），S表示导体的截面积，单位为平方米（m2）；当温度改变时，各种材料的电阻阻值都随之变化：纯金属的电阻，随温度的升高阻值会增大，而半导体的电阻随温度的升高阻值反而减小，少数合金的电阻几乎不受温度的影响，常用来制造标准电阻器。二、学习使用万用表测量电阻观察万用表的面板（见图2.30）。万用表面板主要分成两个区域，即刻度区和换挡区。换挡区分成电流挡、直流电压挡、交流电压挡以及电阻挡（又称欧姆挡），各挡又分成若干量程挡。刻度区对应不同测量挡有不同的刻度线。注意：（1）电压挡、电流挡的刻度线是均匀的且零刻度线位于表盘的最左端。（2）欧姆挡的刻度线是不均匀的且零刻度线位于表盘的最右端。万用表使用注意事项。使用万用表前要调零。调零包括机械调零和欧姆调零。（1）机械调零—在未作任何连接前，观察万用表指针是否指在刻度盘最左端零刻度线处，如不指在零刻度处，则用一字改锥调整表盘中间机械调零旋钮，将指针调整到零刻度处。（2）欧姆调零—如果是测量电阻，将红、黑表笔分别插入“+”、“*”或“−”孔中，将红、黑表笔短接，观察指针是否对准刻度盘最右端零欧姆刻度线处，如没有，则调节欧姆调零旋钮使之对准，此称为欧姆调零。万用表使用步骤。（1）首先正确选择测量挡，注意不能选错，如果错将电流挡当成电压挡接到电路中，将产生严重后果。（2）要合理选择量程挡。测量电压电流时，量程挡的选择方法同电压表和电流表量程挡的选择一样；测量电阻时，由于欧姆表刻度不均匀，为提高读数的准确度，选择量程挡时以使指针偏转到满刻度的1/2～2/3为宜。（3）测量电阻时注意接入方式必须正确，不要将人体电阻接入，以免产生误差（见图2.31）。（4）正确读数，电阻的测量值等于指针指示数值乘以所选量程挡倍率（如R×1k挡，即乘以1000）。三、学习用伏安法测量电阻在理想情况下（即电流表内阻为零，电压表内阻为无穷大），如图2.33所示两种接法下测量得到的电阻阻值是一致的。但由于实际的电流表含有一定内阻，电压表内阻也不是无穷大，因此两表接入电路后均改变了电路原有性质，如图2.33（a）中实际测得的电阻值是电阻器R与电压表内阻的并联值，而如图2.33（b）测得的电阻值是电阻器R与电流表内阻的串联值。测量方法的选择要以提高测量的精度、减小误差为标准。（1）当被测电阻阻值比电压表内阻小得多时（被测电阻较小），应采用电流表外接法。（2）当被测电阻阻值比电流表内阻大得多时（被测电阻较大），应采用电流表内接法。根据欧姆定律，R=U/I，电阻两端的电压与通过它的电流成正比，其伏安特性图像为直线，这类电阻称为线性电阻，其电阻值为常数；反之，则称为非线性电阻，其电阻值不是常数。一般常温下金属导体的电阻是线性电阻，在其额定功率内，其伏安特性图像为直线。而采用半导体等特殊材料制成的电阻则多为非线性电阻，在不同的物理化学条件下电阻值不同，其伏安特性图像为曲线。非线性电阻的用途很广，如制成热敏电阻、光敏电阻等敏感器件。任务4扩大电流表和电压表的量程一、认识电阻串联、并联电路规律二、扩大电压表量程三、扩大电流表量程一、认识电阻串联、并联电路规律1．电阻串联电路的规律（见图2.34）（1）R=R1+R2—串联电路的总电阻等于各串联电阻之和。（2）I1=I2—串联电路中电流处处相等。（3）U=U1+U2—串联电路的总电压等于串联电路上各段电压之和。（4）串联电阻具有分压作用，在总电压一定的情况下，串联电阻可以限制（减小）电路电流，在电流一定的情况下，串联电阻可以增加总电压。2．电阻并联电路的规律（见图2.35）（1）—并联电路总电阻的倒数等于各个电阻的倒数之和。（2）U1=U2=U—并联电路各支路两端电压相等。（3）I=I1+I2—并联电路干路电流等于各支路电流之和。（4）并联电阻具有分流作用，在总电压相同的情况下，并联电阻可以增加干路总电流。二、扩大电压表量程扩大电压表量程的原理—串联电阻分压原理（见图2.36）。改装前，量程Ug=Ig×Rg（毫伏级）不能适应较高电压的测量；改装后，量程U=Ig×(Rg+R)可以根据量程挡的需要串联不同阻值的分压电阻（R一般大于Rg）。三、扩大电流表量程扩大电流表量程的电路原理—并联电阻分流原理（见图2.40）。改装前，量程I=Ig，不能测量较大的电流。改装后，量程，可以根据量程挡的需要并联不同阻值的分流电阻R（R一般小于Rg）。任务5测算电功和电功率一、认识电功和电功率二、使用电度表测量电功三、使用功率表测量电功率一、认识电功和电功率用电器用电过程就是电能转化为其他形式能量的过程，能量转化的过程就是做功的过程，所以用了多少电就意味着电流做了多少功，因此反映用电器或电路消耗电能的物理量称为电功，用符号W表示，单位为焦耳（J），而反映电流做功效率即用电器耗电快慢的物理量称为电功率，用符号P表示，其单位为瓦特（W）。实验表明，一段电路上的电功与这段电路两端的电压、电路中的电流以及通电的时间均成正比，用公式表示为W=U×I×t对于电阻电路，U=I×R，所以W=I2×R×t。各种用电器正常工作时所消耗的功率称为额定功率，正常工作时的电压、电流分别称为额定电压和额定电流。额定电压、额定电流和额定功率统称额定值，这些均在用电器的外壳上标