《电工学》授课教案.docx

第一章直流电路§ 11电路及基本物理量（一）、电路1、电路的组成电源为电路提供电能的设备。负载又称用电器，其作用是将电能转变为其他形式的能。导线起连接电路和输送电能的作用。控制装置主要作用是控制电路的通断。电路通常有三种状态：通路：电路构成闭合回路，有电流通过。开路：电路断开，电路中无电流通过，也称为断路。短路：短路是电源未经负载而直接由导体构成闭合回路。注意：电路不允许短路。（二）、电流1、电流的形成电荷的定向移动形成电流电流方向电流方向2、电流的大小单位时间内通过导体横截面的电荷量，即：I = Q五、负载获得最大功率的条件负载电阻与电源的内阻相等，即庐八负载与电源匹配一一负载电阻与电源内阻相等。【例14】电源电动势£二20V,内阻r=lQ,电阻片二4。，要使R2获得最负载与电源匹配一一负载电阻与电源内阻相等。【例14】电源电动势£二20V,内阻r=lQ,电阻片二4。，要使R2获得最大功率，R2应为多大？这时R2获得的功率是多少？解：应该把R1看成是电源内阻的一局部，R2获得最大功率 的条件是R1R2 = Rl+r = 4+1 =5。 这时，R2获得的功率是：R2E2 202= 20WE2 202= 20W46 4x5四、小结5'1、局部电路欧姆定律2、全电路欧姆定律3、电功电功率五、作业 3'P303、 9三、新课65'§1-5电阻的串联和并联一、电阻的串联串联电路一一把多个元件逐个顺次连接起来所组成的电路。串联电路的特点：(1)电路中流过每个电阻的电流都相等。(2)电路两端的总电压等于各电阻两端的分电压之和，即二 +么+ (3)电路的等效电阻(即总电阻)等于各串联电阻之和，即庐人+%+Rn(4)电路中各个电阻两端的电压与它的阻值成正比，即应用:Rau改装后可测 最大电压表头满偏 电压R-I b2000Rxt/xU U、 d10-0.550x1 O-6二 190kQRIR2 I1 b100£2 n 100()V【例1 5】有一只万用表，表头等效内阻R°= 10k。，满刻度电流（即允许通过 的最大电流）L = 50mA,如改装成量程为10V的电压表，应串联多大的电阻？ 解：按题意，当表头满刻度时，表头两端电压Ua为：Ua=IaRa=50X10-6X 10X10=0. 5V设量程扩大到10V需要串入的电阻为Rx,那么二、电阻的并联并联电路一一把多个元件并列地连接起来, 由同一电压供电。并联电路的特点：(1)电路中各电阻两端的电压相等，且等于电路两端的电压。/ =4+，2 +，(2)电路的总电流等于流过各电阻的电流之和，即1 1 11= 1 F H R 用 &R”(3)电路的等效电阻(即总电阻)的倒数等于各并联电阻的倒数之和，即(4)电路中通过各支路的电流与支路的阻值成反比 即IR = IR=k&=1 风应用：(1)每个负载都是一个可独立控制的回路，任一负载的正常启动或关断都不影响其 他负载的使用。(2)获得较小阻值的电阻。(3)扩大电流表的量程。三、电阻的混联混联电路一一既有电阻串联又有电阻并联的电路。R5R2 R3 R4O0AB电阻混联电路的分析和计算方法：把电阻的混联电路分解为假设干个串联和并联关系的电路，然后在电路中各电阻的 连接点上标注不同的字母，再根据电阻串、并联的关系逐一化简、计算等效电阻，并作出等效电路图。【例16】用二后二后二吊二后二1。，求4、夕间的等效电阻感等于多少R D»»»Rab=RIIR”' =AB 1 R + R”lx-4工1 + 5 83【例1 7R=RkRR,求/、间的总电阻Rad。RRad=R/IRJIR、= IND 3RIABCD(C)R3解 从电阻的连接关系中可看出，三个电阻为相互并联，所以D HD (8)§ 1-6基尔霍夫定律复杂电路一一不能用电阻串、并联化简求解的电路。术语解释支路电路中的每一个分支有源支路含有电源的支路无源支路不含电源的支路节点3条或3条以上支路所汇成的交点回路电路中任一闭合路径独立回路或网孔最简单的回路一、基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律又称节点电流定律。它指出：在任一瞬间，流进某一节点 的电流之和恒等于流出该节点的电流之和，即进出【例 1一8】L = 2A, I- -3A, k = -2A,试求 Zlo 解由基尔霍夫第一定律可知I Zi = 0代入值2- (3) + (-2) -L - 0可得乙二3 A基尔霍夫第一定律可以推广应用于任一假设的闭合面(广义节点)。4+ 4+ 4 二 0或£/ = 0即流入此闭合面的电流恒等于 流出该闭合面的电流二、基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律又称回路电压定律。它指出：在任一闭合回路中，各段电路电压降 的代数和恒等于零。£二 0“B + 俄 + 殳 + % = 0即后一/遂十氏一IR=0或片 + 日 7i7?i+ LiRz由此，可得到基尔霍夫第二定律的另一种表示形式EE : EIR即在任一回路循环方向上，回路中电动势的代数和恒等于电阻上电压降的代数和基尔霍夫第二定律推广应用于不完全由实际元件构成的假想回路。如下图电路，有:X 二幅+心后一/曲二0R3 AB R4izzi_oo_1E产厂小+/国E Rl ；： R2 E【例1 9】E = 18V,反二9V, R二上二1Q,尼二4Q,求各支路电流。解：1、标出各支路电流参考方向和独立回路的绕行方向，应用基尔霍夫第一定律列 出节点电流方程。11 + 12=13E 尸 IR+I3R3E 尸 IR+I3R3B2、应用基尔霍夫第二定律列出回路电压方程 对于回路（1）对于回路（2）有：E2=I2R2+I3R3 带入条件整理方程得：1+413=18&+413=9解方程得：I尸6A （实际方向与参考方向相同）I2=-3A （实际方向与参考方向相反）I3=3A （实际方向与参考方向相同）四、小结：5'1、电阻混连相关计算2、基尔霍夫定律应用五、作业3'P31： 8、 15IHruIiT一oa)b)测量考前须知： 对交、直流电流应分别使用交流电流表和直流电流表测量电流表应串联在被测电路中 直流电流表表壳接线柱上标明“+”“一”记号，应和电路的极性相一致，不能接 错，否那么指针要反转，既影响正常测量。每个电流表都有一定的测量范围，称为电流表量程。一般被测电流的数值在电流 表量程的一半以上，读数较为准确。3、电流的方向习惯上把正电荷移动的方向规定为电流的方向，自由电子和负离子移动的方向与电流方向相反。直流大小和方向都不随时间变化。交流大小和方向都随时间作相应变化。 电流参考方向/<3 参考方向参考方.向实际方向实际方向/>0/<0（三）、电压、电位和电动势1.电压电压电场力将单位正电荷从。点移到。点所做的功，称为匕两点间的电压， 用Uab表示。单位为伏特（V）。关联参考方向如果电流参考方向，那么电压参考方向最好选择与电流参考方向 一致。当电压的实际方向与参考方向一致时，电压为正值；反之，为负值。Uu_8K>1o b a o1RR2 .电位电位电路中某一点与参考点之间的电压。单位为伏特（V）。电压电路中任意两点之间的电位差，又称电位差。3 .电动势电动势表示电源将正电荷从电源负极经电源内部移向正极的能力，符号为E,单位为伏特（V）。电源电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。电动势的方向规定为在 电源内部由负极指向正极。E4 .电压的测量（1）对交、直流电压应分别采用交流电压表和直流电压表测量。（2）电压表必须并联在被测电路的两端。（3）直流电压表表壳接线柱上标明的“+”“一”记号，应和被测两点的电位相一致，即“+”端接高电位，“一”端接低电位，不能接错，否那么指针要反转，并会损坏电压表。（4）合理选择电压表的量程，方法和电流表相同。§ 1-2电阻（一）、电阻与电阻率电阻导体在通过电流时对电流起的阻碍作用。电阻常用R表示，单位为欧姆（。）o1 MQ=103kQ电阻计算公式:1 kQ=103Q电阻率计算公式中的比例常数夕，单位为欧姆米, 大小反映了物体的导电能力。导体电阻率小、容易导电的物体。绝缘体电阻率大、不容易导电的物体。半导体导电能力介于导体和绝缘体之间的物体。电阻率计算公式中的比例常数夕，单位为欧姆米, 大小反映了物体的导电能力。导体电阻率小、容易导电的物体。绝缘体电阻率大、不容易导电的物体。半导体导电能力介于导体和绝缘体之间的物体。简称欧米（Q.m）。电阻率的（二）、电阻与温度的关系热敏电阻一一利用某些材料对温度的敏感特性制成的电阻。负温度系数的热敏电阻一一电阻值随温度升高而减小的热敏电阻。正温度系数的热敏电阻一一电阻值随温度升高而增大的热敏电阻。（三）、用万用表测量电阻考前须知：1、准备测量电路中的电阻时应先切断电源，不能带电测量2、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局部，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，应该电阻的一端断开，以免接入其他电阻。（四）、电阻器的选用.常用电阻器的外形和符号2.电阻器的主要指标标称阻值标称阻值电阻器的标准电阻值。允许偏差一一电阻真实值与标称值之间允许的误差值。额定功率一一也称标称功率，指在一定条件下，电阻器长期连续工作所允许消耗的最 大功率。四、小结：5'1、电路及基本物理量2、电流、电压、电位、电动势概念及计算3、电阻与电阻率4、电阻器的主要指标五、作业3, P30-K 2三、新课65'§ 1-3欧姆定律一、局部电路欧姆定律局部电路一一只含有负载而不包含电源的一段电路。局部电路欧姆定律一一导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反 比。二、全电路欧姆定律全电路一一含有电源的闭合电路，包括用电器和导线等。内电路电源内部的电路。内电阻一一电源内部的电阻，简称内阻。外电路一一电源外部的电路。外电阻一一外电路中的电阻。全电路欧姆定律闭合电路中的电流与电源的电动势成正比，与电路的总电阻（内电路电阻与外电路电阻之和）成反比。I =R + r£ = /H + = U 外+U 内电源端电压与电源电动势的关系为二 E-Ir电源外特性一一电源端电压随负载电流变化的关系特性。电源的外特性曲线一一电源端电压随负载电流变化的关系特性曲线。电路的三种状态：(1)通路(2)开路(断路)(3)短路【例1 1】设内阻0.2。，电阻斤=9.8。，电源电动势少=2V,不计电压表和 电流表对电路的影响，求开关在不同位置时，电压表和电流表的读数各为多少？解：当开关接“1”位置，电路处于短路状态，电压表的读数为零，电流表中流过的11短路电流为丁 E 2=-=10A厂1短 r 0.2开关接“2”位置，电路处于断路状态，电压表的r读数为电源电动势的数值，即2V,电流表无电流 上流过，即I断=0A 开关接“3”位置，电路处于通路状态，电流表的读数为= 0.2A9.8 + 0.2电压表的读数为:U=IR=0. 2X9. 8=1.96VU=EIr=20. 2=1. 96V§ 1-4 电功与电功率W = UIt一、电功电功一一电流所做的功，简称电功（即电能），用字母（表示。1 kW h = 3. 6X106J二、电功率电功率一一电流在单位时间内所做的功，用字母P表示，单位为瓦特（W）o纯电阻电路中:三、电流的热效应电流的热效应一一电流通过导体时使导体发热的现象。也就是说，电流的热效应就是 电能转换成热能的效应。Q = I2Rt【例1 2】某电烤箱电阻为5。，工作电压为220V,问通电15 min能放出多少能量？ 消耗的电能是多少度？解： 二 2202x15x60 =8 712x1()6/R 5山 八 8.712X106-W = Q =- = 2.42 度3.6x106四、负载的额定值额定电流、额定电压和额定功率一一电气设备平安工作时所允许的最大电流、最大电 压和最大功率。额定工作状态一一电气设备在额定功率下的工作状态，也叫满载。轻载一一低于额定功率的工作状态。过载一一高于额定功率的工作状态，也叫超载。【例1 3】额定值为100Q/1W的电阻，两端允许加的最大直流电压为多少？允许流 过的直流电流又是多少？解：根据p 工 可得电阻两端允许加的最大直流电压为： RU =yPR=y/WQ = 10V电阻允许流过的最大直流电流为：p 1I= = = 0AAU 10