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第一单元直流电路第一节电路及基本物理量一、电路和电路图1、电路的组成电路就是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的。负载电源开关连接导线如图所示：电源的基本组成1、电源：是一种将非电能转换成电能的装置。（提供电能的装置）负载是取用电能的装置，也就是用电设备。2、负载：3、联接导线：用来连接电源与负载，构成电流通路的传输环节4、开关：接通或断开电路的控制元件电源开关连接导线负载实际电路电路图2、电路图负载电源开关连接导线ISRL+U–US+_R0将实际电路抽象成一些理想化的模型，用统一规定的图形符号画出的电路模型图称为电路图。部分电工图形符号3、电路的三种状态通路：就是电源与负载构成的闭合回路，电路中有电流通过，电路正常工作。（开关SA接到位置“3”时）开路：又称断路，就是电源与负载未接成闭合回路，电路中没有电流通过。（开关SA接到位置“2”时）短路：就是电源未经负载而直接由导线（导体）构成通路，电路中电流比通路时大得多，可能烧坏电源和其他设备。（开关SA接到位置“1”时）rGBAVRSA123通路rGBAVRSA123开路rGBAVRSA123短路短路可分为有用短路和故障短路，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。关于短路与开路的说明二、电路的物理量1、电流a)电流的形成电荷的定向有规则的移动称为电流。移动的电荷又称载流子。b)电流的方向习惯上规定以正电荷移动的方向为电流的方向。i当解得的电流为正值时，说明电流的实际方向与参考方向一致；I=1AI=-1A当某段电路中电流的方向难以判断时，可先任意假定电流的参考方向（也称正方向），然后列方程求解。c)电流的参考方向与实际方向反之，解得的电流为负值时，说明电流的实际方向与参考方向相反。注：参考方向一经选定，在电路分析和计算过程中，不能随意更改d)电流的大小通常规定单位时间内通过导体横截面的电量来表示电流的大小，以字母I表示。式中：电量（q）的单位是C(库仑)，时间(t)的单位是s（秒），那么电流(I)的单位是A（安培）。电流常用的单位还有kA、mA、μA，其换算关系是：1kA=1x103A1A=1x103mA1mA=1x103µAtqI=（2）电流表必须串接到被测量的电路中。（1）对交、直流电流应分别使用交流和直流电流表测量。（4）要合理选择电流表的量程。e)电流的测量：（3）直流电流表表壳接线柱上标明的“+”、“-”记号，应和电路的极性相一致，不能接错，否则指针反转，既影响正常测量，又容易损坏电流表。电流大小的测量使用电流表（安培表）进行测量，测量时应注意：如果一时无法估计电流的大小，可先选用最大的量程去测，当指针偏转不到1/3刻度时，再改用较小的量程去测，以免烧坏电流表或测量不准2、电流密度当电流在导体的截面上均匀分布时，电流密度的定义是：电流与导体截面积的比值数学表达式：SIJ=式中：电流密度（J）的单位是(A/mm2)，面积(S)的单位是（mm2），那么电流(I)的单位是A（安培）。教材P6例1-1实际应用时可查手册（见下页）由公式可知，导线允许通过的电流随导体截面不同而不同，当导体中通过的电流超过允许电流时，导线将会发热，甚至造成事故。注意国标GB4706.1-1992/1998规定的电线负载电流值（部分）铜芯电线截面积2.5平方毫米4平方毫米6平方毫米允许长期电流16A～25A25A～32A32A～40A截面积2.5平方毫米4平方毫米6平方毫米允许长期电流13A～20A20A～25A25A～32A铝芯电线举例说明（供参考）：1、每台计算机耗电约为200～300W(约1～1.5A)，那么10台计算机就需要一条2.5平方毫米的铜芯电线供电。2、大3匹空调耗电约为3000W(约14A)，那么1台空调就需要单独的一条2.5平方毫米的铜芯电线供电。3、电压5）对于负载来说，没有电流就没有电压，有电流就一定有电压，概述1）电路中两点间的电压具有惟一确定的数值。2）电路中两点间的电压只与这两点的位置有关，与电荷移动的路径无关。3）电压有正，负之分，它与标志的参考电压方向有关。4）沿电路中任一闭合回路行走一圈，各段电压的和恒为零。电阻两端的电压叫电压降。物理意义：当电场力将1库仑（C）的电荷量从A点移动到B点所作的功为1焦耳（J）时，则该两点间的电压为1伏特（V）。数学表达式：QWABU=V10mV10V163==V10KV13=V10mV13=式中：电量（Q）的单位是C(库仑)，功(W)的单位是J（焦耳），那么电压(U)的单位是V（伏特）。电压常用的单位还有kV、mV、μV，其换算关系是：a)电压的大小电路中任意A、B两点间的电压，在数值上等于电场力将单位正电荷从A点移动到B点所做的功。b)电压的方向当解得的电压为正值时，说明电压的实际方向与参考方向一致；对负载而言电流的的方向为电压的方向。（电压降方向）U=1VU=-1V当某段电路中电压的方向难以判断时，可先任意假定电压的参考方向（也称正方向），然后列方程求解。当解得的电压为负值时，说明电压的实际方向与参考方向相反。(a)(b)电压方向在电路中的表示方法：如图所示，可以用正、负极性表示，也可以用实线箭头表示（图a）(a)(b)当然也可用双下标表示，如UAB表示电压的方向是由A指向B（图b）。ABUAB电压大小的测量使用电压表（伏特表）进行测量，测量时应注意：（4）要合理选择电压表的量程。（1）对交、直流电压应分别使用交流电压表和直流电压表测量。c)电压的测量（2）电压表必须并联在被测量电路的两端。（3）直流电压表表壳接线柱上标明的“+”、“-”记号，应和被测两点的电位相一致，即“+”端接高电位，“-”端接低电位，不能接错，否则指针反转，并会损坏电压表。如果一时无法估计电压的大小，可先选用最大的量程去测，当指针偏转不到1/3刻度时，再改用较小的量程去测，以免烧坏电压表或测量不准4、电动势1.概念2.电动势的单位与电压相同，也是V（伏特）。3.电动势的方向在电源内部由负极指向正极注：对于一个电源来说，即有电动势(E)又有端电压(U)。电动势只存在于电源内部，其方向由负极指向正极；而端电压则是电源加在外电路两端的电压，其方向由正极指向负极。在电源内部外力将单位正电荷从电源的负极移动到电源正极所做的功，用符号E表示，数学表达式为：E=W外/Q。UE直流电动势的两种图形符号三、电阻和电阻率（P8）1、电阻元件a)电阻的定义：物体对电流的阻碍作用，称为该物体的电阻，用符号R表示。b)电阻的单位：在国际单位制中，电阻的单位是欧姆（Ω）在实际使用时，还会用到千欧（KΩ）和兆欧（MΩ）等较大的单位，它们之间的换算关系是：==6310K10M1=310K1电阻的单位的换算2、电阻的计算公式：SlR=l——金属导体的长度，单位为米（m）S——金属导体的横截面积，单位为平方毫米（mm2）式中ρ——材料的电阻率，单位为欧姆•米（Ω·m）P8例1-2电阻率小、容易导电的物体称为导体；电阻率大，不容易导电的物体称为绝缘体；导电能力介于导体和绝缘体之间的物体称为半导体。用万用表测量电阻测量时注意以下几点：1.准备测量电路中的电阻时应先切断电源，切不可带电测量。2.首先估计被测电阻的大小，选择适当的倍率挡，然后调零即将两支表笔相触，旋动调零电位器，使指针指在零位。3.测量时双手不可碰到电阻引脚及表笔金属部分，以免接入人体电阻，引起测量误差。4．测量电路中某一电阻时，应将电阻的一端断开。资料：人体电阻、安全电流、安全电压人体电阻人体电阻不是一个固定的数值，一般在干燥环境中，人体电阻大约在2千欧-20兆欧范围内；皮肤出汗时，约为lkΩ左右；皮肤有伤口时，约为800Ω左右。一般情况下，人体电阻可按1K－2KΩ考虑。安全电流通常人体对0.5毫安以下的工频电流一般是没有感觉的。在装有防止触电的保护装置的场合，人体允许的工频电流约30毫安；在空中，可能因造成严重二次事故的场合，人体允许的工频电流应按不引起强烈痉挛的5毫安考虑。安全电压：安全电压是以人体允许电流与人体电阻的乘积为依据而确定的。1、42伏（空载上限小于等于50伏）：可供有触电危险的场所使用的手持式电动工具等场合下使用；2、36伏（空载上限小于等于43伏）：可在矿井、多导电粉尘等场所使用的行灯等场合下使用；3、24伏、12伏、6伏（空载上限分别小于或等于29伏、15伏、8伏）：三档可供某些人体可能偶然触及的带电体的设备选用。在大型锅炉内工作、金属容器内工作或者在发器内工作，为了确保人身安全一定要使用12伏或6伏低压行灯。当电气设备采用24伏以上安全电压时，必须采取防止直接接触带电体的。其电路必须与大地绝缘。第二节欧姆定律一、部分电路欧姆定律式中I—导体中的电流，A；U—导体两端的电压，V；R—导体的电阻，Ω。在不包含电源的电路中，流过导体的电流与这段导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比，即I=U/R。理解：对于电阻负载而言，没有电流就没有电压，有电压就一定有电流，电阻两端的电压也叫电压降GBURIP10例1-4有一个量程为300V（即测量范围是0～300V）的电压表，它的内阻R0为40kΩ。用它测量电压时，允许流过的最大电流是多少？7.5mA0.0075A104030030====RUIP9例1-3二、全电路欧姆定律在全电路(含源电路)中电流强度与电源的电动势成正比，与整个电路的内、外电阻之和成反比。其数学表达式为rREI=式中E—电源的电动势，V；R—外电路（负载）电阻，Ω；r—内电路电阻，Ω；I—电路中的电流，A。全电路是含有电源的闭合电路。电源内部的电路称为内电路。电源内部的电阻称为内电阻，简称内阻。电源外部的电路称外电路，外电路中的电阻称为外电阻。式中U外—电源向外电路输出的电压，又称电源的端电压，V；U内—电源内阻的电压降，V。全电路欧姆定律又可表述为：电源的电动势在数值上等于闭合电路中内外电路电压降之和。由式可得：E=IR+Ir=U外+U内rREI=三、电路的三种状态1、通路：就是电源与负载构成的闭合回路，电路中有电流通过，电路正常工作。（开关SA接到位置“3”时）rGBAVRSA123IrEUEU==内外端电压随输出电流的增大而下降。这种电源端电压随输出（负载）电流的变化关系，称为电源的外特性。电源的外特性得：当电源具有一定值的内阻时，端电压总是小于电源电动势；当电源电动势和内阻一定时，由2、开路：又称断路，就是电源与负载未接成闭合回路，电路中没有电流通过。（开关SA接到位置“2”时）3、短路：就是电源未经负载而直接由导线（导体）构成通路，电路中电流比通路时大得多，可能烧坏电源和其他设备。（开关SA接到位置“1”时）rGBAVRSA123IrEUEU==内外电源的外特性由因为I=0，所以，电源开路时，端电压等于电源电动势，即：rGBAVRSA123因为R=0，所以，通常电源内阻都很小，故短路电流很大。例1-6P120==IR外UrREI=rEI=且由得：EU=外第三节电阻的串联、并联、及混联一、电阻的串联电路1、电阻串联的连接方式U1IUU2U3I1I2I3R1R2R32、电阻串联电路的特点：（1）通过各个电阻的电流相同，即：I1=I2=I3=I4=…...=In（In表示第n个电阻中流过的电流）(2)串联电阻电路两端的总电压U等于各串联电阻电压的代数和，即:U=U1+U2+U3+U4+…...+Un==niiUU1两个或两个以上电阻依次相连中间无分支。(3)串联电阻电路的总电阻（等效电阻）R等于各串联电阻阻值的代数和R=R1+R2+R3+….+Rn=Rii=1n(4)串联电阻电路中，各串联电阻电压与它们各自的阻值呈正比，即：U1:U2:U3:……:Un=R1:R2:R3:……:RnU1IUU2U3I1I2I3R1R2R3IUR（电阻越大两端的电压