188_3102868_任务一直流电路的基本物理量.ppt

电工与电子技术基础,项目二 直流电路,项目二 直流电路,任务一 直流电路的基本物理量 任务二 简单直流电路任务二 复杂直流电路,任务一 直流电路的基本物理量,知识目标：1、能说明电路的组成及各部分的作用 2、能掌握电路基本物理量的大小、方向、单位等 3、能掌握电路的三种状态及特点 4、能举例说明直流电路在生活中的应用技能目标：1、能对简单电路工作情况进行分析 2、能运用欧姆定律进行电路计算 3、能用万用表对电路参数进行正确测量,学习目标,任务一 直流电路的基本物理量,如图2-1所示的汽车灯光系统中，正常工作需要开关、熔断器、照明灯和蓄电池组成一个相通的回路，就是直流电路。在本任务中，我们将学习到电路的基本组成和各组成部分的作用以及直流电路中各基本物理量的意义，并能对简单的电路进行分析、计算和测量。,图2-1 汽车蓄电池供电线路,任务一 直流电路的基本物理量,一、电路,知识准备,1、电路的定义电路是电流所流通的路径2、电路的组成（1）电源（2）负载（3）中间环节,电路的组成及各部分的作用？,任务一 直流电路的基本物理量,电路图 用电气符号描述电路连接情况的图，称电路原理图，简称电路图。,小知识,任务一 直流电路的基本物理量,3.电路的作用 进行能量的转换、传输和分配 实现信息的传递和处理,电能的传输示意图,扩音机电路示意图,任务一 直流电路的基本物理量,电路的基本物理量电流电荷的定向移动形成电流,（a）金属中的电流（b）电解液中的电流,形成电流的两个必备的条件？,任务一 直流电路的基本物理量,(3)、电流的方向 习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方向，因此电流的方向实际上与电子移动的方向相反。,（a）电流实际方向和参考方向相反（b）电流实际方向和参考方向一致,任务一 直流电路的基本物理量,如图2-7所示电路中，电流参考方向已选定，已知I1=1A，I2=-3A，I3=-5A，试指出电流的实际方向。,（a）（b）（c）,任务一 直流电路的基本物理量,（4）直流电流的大小 在单位时间内，通过导体横截面的电荷量称为电流，用字母I表示。若在t时间内通过导体横截面的电荷量是Q，则电流I可用下式表示：,式中 I-电流，单位安培，简称安，用符号A表示。Q-电荷量，单位库仑，简称库，用符号C表示。t-时间，单位秒，用符号S表示。,任务一 直流电路的基本物理量,电流常用的单位有安(A)，还有毫安（m A）和微安（u A),其换算关系为：1 m A=10-3 A 1 u A=10-3 m A,试一试：在5min内，通过导体横截面的电荷量为3.6C，则电流是多少安？多少毫安？,任务一 直流电路的基本物理量,（5）电流分类 电流分为直流和交流两大类 若电流的方向和大小恒定不变，则称其为稳恒电流，简称直流，用DC表示。若电流的大小和方向都随时间而变化，则称其为交变电流，简称交流，用AC表示。,（a）直流电流（稳恒电流）（b）正弦交流电流（交变电流）图2-8 直流和交流,任务一 直流电路的基本物理量,（6）、电流的测量 1）对交、直流电流应分别使用交流电流表和直流电流表测量。2）电流表必串接到被测量的电路中。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，否则指针要反转，既影响正常测量，也容易损坏电流表。,任务一 直流电路的基本物理量,4）要合理选择电流表的量程。每个电流表都有一定的测量范围，称为电流表的量程。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。因此在测量之前应先估计被测电流大小，以便选择适当量程的电流表。若无法估计，可先用电流表的最大量程挡测量，当指针偏转不到1/3刻度时，再改用较小挡去测量，直到测得正确数值为止。,任务一 直流电路的基本物理量,2、直流电压和电位(1)电压 若电场力把电荷量Q从A点移到B点所做功为Wab，那么电压的计算 公式为：Uab=,任务一 直流电路的基本物理量,电压的基本单位是伏特，简称伏，用V表示。常用电压单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）等。单位换算：1kV=103V 1V=103 mV,任务一 直流电路的基本物理量,电压方向规定为从正极指向负极。电压参考方向的几种表示方法如下：,（a）(b)(c)图2-12 电压的参考方向,试一试：已知图2-12（a）中，U=5V；图2-12（b）中，Uab=-2V；图2-12（c）中，U=-4V。试指出电压的实际方向。,任务一 直流电路的基本物理量,（2）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“+”“”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，否则指针要反转，并会损坏电压表。4）合理选择电压表的量程，其方法和电流表相同。,任务一 直流电路的基本物理量,(3)电位 如果在电路中选择一个参考点，则电路中某点A与参考点之间的电压就称为该点的电位，用VA表示。电位的单位是伏特，简称伏，用符号V表示。电路中任意两点之间的电位差就等于这两点之间的电压，即Uab=UaUb，故电压又称电位差。电路中某点的电位与参考点的选择有关，但两点间的电位差与参考点的选择无关。,任务一 直流电路的基本物理量,电压与电位关系,小知识,参考点的选择,参考点的电位规定为零。在实际电路中常以机壳或大地作为公共参考点，即以机壳或大地作为零电位，用符号“”。,注意,任务一 直流电路的基本物理量,高水位,低水位,电动势的概念、符号、方向,任务一 直流电路的基本物理量,任务一 直流电路的基本物理量,电动势是衡量电源将非电能转换成电能本领的物理量。用字母E表示，电动势的单位：伏 特(V)电动势的实际方向：电动势的方向规定：在电源内部由负极指向正极。,3、电动势,任务一 直流电路的基本物理量,（a）（b）图2-16 直流电动势的两种图形符号,电动势与电压区别,任务一 直流电路的基本物理量,理想电压源:E=U,非理想电压源:EU,电动势的大小在数值上等于电源两端的开路电压.,E=UAO,注意,任务一 直流电路的基本物理量,4、电功和电功率（1）电功 电流所做的功，简称电功（即电能），用字母W表示。电流在一段电路上所作的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积，即：W=UIt 式中W、U、I、t的单位分别用J、V、A、s。电能的另一个常用单位是千瓦时（kWh）,即通常所说的1度电，它和焦耳的换算关系为 1 kWh=3.6106 J,任务一 直流电路的基本物理量,（2）电功率 电流在单位时间内所作的功称为电功率，用字母P表示，单位为瓦（W）。电功率的常用单位还有千瓦（kW）、毫瓦（mW）等，它们之间的换算关系如下：1kW=103W；1W=103mW 对于纯电阻电路：,任务一 直流电路的基本物理量,算一算：某电度表标有“220V、5A”的字样，问这只电度表最多能接入220V、60W的灯泡多少盏？若这些灯每天使用2h，一个月（按30天计算）该电度表显示消耗了多少千瓦时的电能？,任务一 直流电路的基本物理量,电流通过导体时使导体发热的现象叫电流的热效应。电流与它流过导体时所产生的热量之间的关系可用下式表示：Q=I2Rt Q的单位是J，这种热也称焦耳热。,电流的热效应,小知识,电气设备安全工作时所允许的最大电流、最大电压和最大功率分别称为它们的额定电流、额定电压和额定功率。电气设备在额定功率下的工作状态称为额定工作状态，也称满载；低于额定功率的工作状态称为轻载；高于额定功率的工作状态称为过载或超载。由于过载很容易烧坏用电器，所以一般不允许出现过载。,负载的额定值,小知识,任务一 直流电路的基本物理量,任务一 直流电路的基本物理量,三、电阻 1、电阻（1）电阻的定义 物体对电流的阻碍作用称为该物体的电阻，用字母R表示。电阻的基本单位是欧姆（），常用的电阻单位还有千欧（k）和兆欧(M)等，它们之间的换算关系如下：1 M=103 k 1 k=103,任务一 直流电路的基本物理量,（2）电阻的计算 在一定温度下，导体的电阻R与它的长度L成正比，与横截面积s成反比，且与导体的材料有关。用公式表示为：,式中称为材料的电阻率，电阻率的大小反映了物体的导电能力。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。,任务一 直流电路的基本物理量,一根铜导线L=2000m，截面积S=2mm2,导线的电阻是多少？若将它截成等长的两段，每段的电阻是多少？（铜的电阻率=1.75x10-8.m）,任务一 直流电路的基本物理量,(3)电阻器的识别,图2-19 五条环色标法,图2-18 四条环色标法,任务一 直流电路的基本物理量,（a）可调电阻（b）精密合金电阻（c）绕线电阻（d）可变电阻（e）精密薄膜电阻 图2-22 不同类型的电阻,任务一 直流电路的基本物理量,（5）电阻的测量,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。,注意,任务一 直流电路的基本物理量,学习数字万用表和电路参数的测量,任务实施,任务一 直流电路的基本物理量,学习评估,任务二 简单直流电路,知识目标：1、能熟练掌握电路的欧姆定律 2、能熟悉串并联电路的特点技能目标：1、能正确判断串并联电路 2、能正确应用串并联电路的 3、能应用欧姆定律进行简单的计算,学习目标,在日常生活中，我们发现家中多盏照明灯点亮、熄灭互不影响，那么这些灯是怎样连接到电路中去的？我们使用的电风扇，为什么调换不同的档位就可以改变风叶的转动速度？通过对实例及相关实验的学习熟练掌握电阻串、并联的特点和作用，掌握简单混联电路的分析和计算。,任务二 简单直流电路,任务二 简单直流电路,只含有负载而不包含电源的一段电路称为部分电路。,一、部分电路欧姆定律,知识准备,内容：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。公式：当电压与电流的参考方向关联时，当电压与电流的参考方向非关联时，,注意,任务二 简单直流电路,如果以电压为横坐标，电流为纵坐标，可画出电阻的U/I关系曲线，即伏安特性曲线。电阻元件的伏安特性曲线是直线时，称为线性电阻，其电阻值可认为是不变的常数。如果不是直线，则称为非线性电阻。,小知识,任务二 简单直流电路,二、全电路欧姆定律,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。,任务二 简单直流电路,内容：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。公式：,任务二 简单直流电路,全电路欧姆定律又可表述为：电源电动势等于U外和U内之和。,三、电源的外特性,电源端电压U与电源电动势E的关系为：U=EI r 可见，当电源电动势E和内阻r一定时，电源端电压U将随负载电流I的变化而变化。,电源端电压随负载电流变化的关系特性称为电源的外特性，其关系特性曲线称为电源的外特性曲线。,电路的有几种不同状态,1.通路 开关SA接到位置“3”时，电路处于通路状态。电路中电流为 端电压与输出电流的关系为 U外=EU内=EI r,2.开路（断路）开关SA接到位置“2”时，电路处于开路状态。,即：电源的开路电压等于电源电动势。,3.短路 开关SA接到位置“1”时，相当于电源两极被导线直接相连。电路中短路电流为 由于电源内阻一般都很小，所以短路电流极大。此时电源对外输出电压,如图2-27所示，当单刀双掷开关S合到位置1时，外电路的电阻R1=14，测得电流表读数I1=0.2 A；当开关S合到位置2时，外电路的电阻R2=9，测得电流表读数I2=0.3 A；试求电源的电动势E及其内阻r,图2-27 闭合电路,四、电阻的串联 把多个元件逐个顺次连接起来，就组成了串联电路。,图2-28 电阻的串联,电阻串联电路的特点（1）电路中流过每个电阻的电流都相等,即 I=I1=I2=In（2）电路两端的总电压等于各电阻两端的分电压之和，即 U=U1 U2 Un,（3）电路的等效电阻（即总电阻）等于各串联电阻之和，即R=R1 R2 Rn,（4）电路中各个电阻两端的电压与它的阻值成正比，即,上式表明，在串联电路中，阻值越大的电阻分配到的电压越大；反之电压越小。,注意,若已知R1和R2两个电阻串联，电路总电压为U,可得分压公式如下图所示,例2.2 有一盏额定电压为U1=40V、额定电流为I=5A的电灯，应该怎样把它接入电压U=220V照明电路中。,图2-29 分压电路,电阻串联电路的应用,a.获得较大阻值的电阻 b.限制和调节电路中电流,小知识,c.构成分压器 d.扩大电压表量程,例题 有一只万用表，表头等效内阻Ra=10 k,满刻度电流（即允许通过的最大电流）Ia=50 A,如改装成量程为10 V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=5010610103=0.5 V 设量程扩大到10V需要串入的电阻为Rx,则,当用电器的额定电压高于单个电池的电动势时，可以将多个电池串联起来使用，称串联电池组,小知识,五、电阻的并联 把多个元件并列地连接起来，由同一电压供电，就组成了并联电路。,电阻并联电路的特点（1）电路中各电阻两端的电压相等，且等于电路两端的电压。即 U=U1=U2=Un（2）电路的总电流等于流过各电阻的电流之和，即,（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,上式表明，阻值越大的电阻所分配到的电流越小，反之电流越大。,注意,若已知和两个电阻并联，并联电路的总电流为I，可得分流公式如下：,想一想：两只电阻R1、R2并联时，等效电阻,则有分流公式如何？,如图所示，电源供电电压U=220 V，每根输电导线的电阻均为R1=1，电路中一共并联100盏额定电压220 V、功率40 W的电灯。假设电灯在工作(发光)时电阻值为常数。试求：(1)当只有10盏电灯工作时，每盏电灯的电压UL和功率PL；(2)当100盏电灯全部工作时，每盏电灯的电压UL和功率PL。,电阻并联电路的应用（1）凡是额定工作电压相同的负载都采用并联的工作方式。这样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。,电池的并联 有些用电器需要电池能输出较大的电流，这时可用并联电池组。,电路中元件既有串联又有并联的连接方式称为混联。对于电阻混联电路的计算，只需根据电阻串、并联的规律逐步求解即可，但对于某些较为复杂的电阻混联电路，比较有效的方法就是画出等效电路图，然后计算其等效电阻。,注意,例题 图中R1=R2=R3=2，R4=R5=4，试求A、B间的等效电阻RAB。,任务二 简单直流电路,电路等效电阻验证实验,任务实施,任务二 简单直流电路,学习评估,任务三 复杂直流电路,知识目标 1、了解复杂电路定义 2、掌握复杂电路的相关名词及定理技能目标：1、能应用基尔霍夫定理解决复杂电路中的问题 2、能应用戴维宁定理解决复杂电路中的问题,学习目标,任务三 复杂直流电路,电路只有3个电阻，2个电源，似乎很简单，可是你试一试，能用电阻串、并联化简，并用欧姆定律求解吗？,显然不能,一、复杂电路 如果要求计算不平衡的直流电桥，也会遇到同样的困难。不能用电阻串、并联化简求解的电路称为复杂电路。分析复杂电路要应用基尔霍夫定律。,知识准备,电路的基本术语,1、支路 电路中具有两个端钮且通过同一电流的无分支电路。2、节点 电路中三条或三条以上支路的联接点。3、回路 电路中任一闭合的路径。4、网孔 不含有分支的闭合回路。5、网络 在电路分析范围内网络是指包含较多元件的电路。,二、基尔霍夫电流定律1、电流定律(KCL)内容: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 I进=I出,对于节点O有 I1+I2=I3+I4+I5可将上式改写成 I1+I2-I3-I4-I5=0因此得到 I=0 即对任一节点来说，流入（或流出）该节点电流的代数和恒等于零。,注意,（1）对于含有n个节点的电路，只能列出(n 1)个独立的电流方程。（2）列节点电流方程时，只需考虑电流的参考方向，然后再带入电流的数值。,注意,例题 下图电路中，I1=2A，I2=-3A，I3=-2A，试求I4。,例2.5 如图2-38所示电桥电路，已知I1=25 mA，I3=16 mA，I4=12 A，试求其余电阻中的电流I2、I5、I6。,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）。,IAIBIC=0或 I=0 即流入此闭合面的电流恒等于流出该闭合面的电流。,三、基尔霍夫电压定律（回路电压定律）1、电压定律（KVL）内容 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。用公式表示为 U=0,电源电动势之和=电路电压降之和,攀登总高度=下降总高度,如图2-39所示，沿着回路abcdea绕行方向，有：,Uac=Uab+Ubc=R1I1+E1，Uce=Ucd+Ude=R2I2 E2，Uea=R3I3 则 Uac+Uce+Uea=0即 R1I1+E1 R2I2 E2+R3I3=0上式也可写成 R1I1 R2I2+R3I3=E1+E2,对于电阻电路来说，任何时刻，在任一闭合回路中，各段电阻上的电压降代数和等于各电源电动势的代数和，即 RI=E,图2-39 电压定律应用,注意,2、利用RI=E列回路电压方程的原则（1）标出各支路电流的参考方向并选择回路绕行方向（既可沿着顺时针方向绕行，也可沿着逆时针方向绕行）；（2）电阻元件的端电压为RI，当电流I的参考方向与回路绕行方向一致时，选取“+”号；反之，选取“”号；（3）电源电动势为E，当电源电动势的标定方向与回路绕行方向一致时，选取“+”号，反之应选取“”号。,注意,支路电流法 对于具有b条支路、n个节点的电路，可列出(n 1)个独立的电流方程和b(n 1)个独立的电压方程。,注意,例2.6 如图所示电路，已知E1=42 V，E2=21 V，R1=12，R2=3，R3=6，试求：各支路电流I1、I2、I3。,五、戴维宁定理1、二端网络的有关概念二端网络：具有两个引出端与外电路相联的网络，又叫做一端口网络。如图2-41所示。无源二端网络：内部不含有电源的二端网络。有源二端网络：内部含有电源的二端网络。,任何一个线性有源二端电阻网络，对外电路来说，总可以用一个电压源E0与一个电阻r0相串联的模型来替代。电压源的电动势E0等于该二端网络的开路电压，电阻r0等于该二端网络中所有电源不作用时（即令电压源短路、电流源开路）的等效电阻（叫做该二端网络的等效内阻）。戴维宁定理又叫做等效电压源定理。,如果一个复杂电路，并不需要求所有支路的电流，而只要求某一支路的电流，在这种情况下，可以先把待求支路移开，而把其余部分等效为一个电压源，这样运算就很简便了。戴维南定理所给出的正是这种方法，所以戴维南定理又称等效电压源定理。这种等效电压源电路也称戴维南等效电路。,启示,例2.7 如图2-42所示电路，已知E1=7 V，E2=6.2 V，R1=R2=0.2，R=3.2，试应用戴维宁定理求电阻R中的电流I。,图2-42 有源二端网络 图2-43 求开路电压U ab,任务三 复杂直流电路,学习评估,