电路的基本概念和基本定律教案 讲义 电工基础教案.doc

注解教学内容绪 论一、电能的应用及重要作用现代工业现代农业现代国防交通工具家用电器二、电能的优点生产方便传输方便转换方便控制方便三、本课程的性质、内容、任务和要求性质：专业基础课内容：交直流电路、电容、磁场、变压器等任务：掌握较系统的电工理论基础、培养一定的技能要求：课本P2（5点）四、学习本课程应注意的问题1.端正学习态度、明确学习目标，做好课堂笔记2.把上课时间充分运用好，要理解记忆，并能灵活运用3.把握章节的知识点、注意各部分区别联系4.注意做好重点内容的记号，考试试题的来源即此5.分数计算方法：平时+考试第一章 电路的基本概念和基本定律新课导入 所有电气设备的运行，都依靠电流的作用。而要产生电流就需要构成电路，本章主要介绍有关电路的概念、电路中一些物理量的概念和电路的基本定律。§1-1电路的基本概念一、电路的定义电流所流通的路径成为电路。二、电路的组成部分电源：电路中提供电能的装置其他形式的能量电能负载：又称用电器电路中取用电能的电气器件或设备电能其他形式的能开关：控制和保护电路的电器接通和断开电路导线：连接电源和负载的导体输送和分配电能三、电路的分类1按电源性质分直流电路交流电路2按电流流通的路径内电路：电源内部的电路，其电流方向由电源的负极流向正极。外电路：从电源一端经过开关、负载和导线，再回到电源另一端的电路，其电流方向由电源的正极流向负极。四、部分电气器件的图形符号详见课本P4表1-1 小结：1电流所流通的路径成为电路；2电路是由电源、负载、开关、导线四个部分组成的；3电路的分类有两种方式；作业习题册注解教学内容§1-2电路中的基本物理量题引：1电路的作用实现电路的传输、分配和转换传递和处理信号2电路无论起什么作用，都要通过电流、电压和电动势来实现，所以，我们先来讨论学习一下这几个物理量。一、电流与电流密度1.电流.定义：电荷的定向运动成为电流A.内因：物体内部有自由电荷B.外因：有电场（或有电压）作用于物体.几点补充说明：A.能够在物体中作定向运动形成电流的电荷称为自由电子（载流子）。B.根据物质的导电能力，将物质分为：导 体：载流子数目很多，导电能力很强的物质。绝缘体：载流子数目很少，导电能力很弱的物质。半导体：载流子数目和导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。.定义式：电流的大小在数值上等于单位时间（1S）内通过某导体某一横截面的电荷量，用符号I表示。对直流电：I=Q/t对交流电：i=Q/t.单位：安培，简称：安，符号：A常用单位：千安（KA），毫安（mA），微安（A）换算关系：1KA=1000A 1A=1000mA 1mA=1000A.方向：规定正电荷定向运动的方向（或负电荷定向运动的反方向），电流的方向在电路图中常用带箭头的线段表示。A稳恒电流：又叫直流电流，简称直流（AC），大小、方向都不随时间变化而变化。B交流电流：简称交流（DC），大小、方向都随时间变化而变化。.参考方向：在分析和计算电路时，经常会遇到某段电路的电流方向难以确定的问题，此时，我们可以先任意假定电流的正方向，即参考方向，然后根据此方向列方程求解，解出电流为正值，表明电流实际方向与参考方向相同；当解出电流为负值时，表明电流实际方向与参考方向相反。.测量：用电流表串联测量，注意选好量程，对于直流电，还要注意使电流从表的“”端流入，“”端流出。2.电流密度.定义：流过导体单位横截面积上的电流，叫做电流密度，用符号J表示。.公式：J=I/S.单位：A/mm二、电压与电位1.电压定义：电场力把单位正电荷从电场中的一点移到另一点所做的功，叫做这两点之间的电压，用符号U表示。公式：若电场力把单位正电荷Q从a点移到b点所做的功为Wab，则a、b两点间的电压Uab为：Uab=Wab/Q单位：伏特，简称：伏，符号：V常用单位：千伏（KV）、毫伏（mV）和微伏（V）换算关系：1 KV=1000V 1V=1000mV 1mV=1000V方向：规定为由高电位指向低电位，即电场力移动正电荷做功的方向。用带箭头的线段表示，方向即箭头的指向用双下标表示，方向为第一个下标指向第二个下标参考方向测量.选择量程.并联在待测电路中.对直流电压表，“”端接高电位，“”端接低电位2.电位.定义：电场中某点与参考点之间的电压叫做该点的电位，用符号 表示。.单位及公式.区别与联系电压是电场力把单位正电荷从电场中的一点移到另一点所做的功，不是一个相对值，参考点改变其值不变；电位是电场力把单位正电荷从电场中的一点移到另参考点所做的功，是一个相对值，参考点改变其值也变；因此电压又叫电位差。例题1-2：（P8）三、电动势1.定义：电源把单位正电荷从电源的负极经电源内部移到正极所做的功，叫做电源的电动势，用符号E表示。2.单位及公式：E=W- +/Q3.方向：规定为由电源的负极经由电源内部指向正极，即从电源的低电位端指向高电位端。4.电动势与电压的区别：.物理意义不同：电动势是衡量电源力做功本领大小；而电压是衡量电场力做功本领的大小。.方向不同：电动势的方向由低电位指向高电位，即电压升的方向；而电压的方向是由高电位指向低电位，即电压降的方向。.存在范围：电动势仅存在于电源的内部；而电压不仅存在于电源两端，而且也存在于电源外部。 小结：1电流的产生内因与外因缺一不可；2计算结果为负值说明参考方向与实际方向相反；3电压与电动势有联系也有区别。作业课本P9想一想课本P21习题1、2、4、5习题册注解教学内容§1-3电阻与电导一、电阻（反映了导体对电流产生阻碍作用大小的一个物理量）1.定义：某段导体两端的电压U和通过这段导体的电流I的比值，叫做这段导体的电阻，用符号R表示。2.公式：R=U/I3.单位：欧姆，简称欧，符号4.常用单位及换算5.电阻定律内容：在一定的温度下，导体的电阻与导体的长度成正比，与导体的横截面积成反比，并与导体的材料性质有关。公式：设电阻率为，对长度为l，横截面积为s的导体，则R=l/s常见材料的电阻率课本P10表1-26.电阻与温度的关系温度系数：通常把温度升高1时，导体所产生的电阻变动值与原电阻的比值，称为电阻的温度系数，用符号表示。表达式：设温度t1时，电阻为R1，温度t2时，电阻为R2，则=（R2-R1）/R1（t2-t1）关系0（正温度系数）时，t，R0（负温度系数）时，t，R二、电导1.定义：电阻的倒数叫做电导，用符号G表示。2.表达式：G=1/R3.单位：西门子简称西，符号S三、常用电阻器1.电阻器及其分类定义：利用导体的电阻性能制成具有一定阻值的实体元件称为电阻器，简称电阻。分类：A固定电阻器B可变电阻器C敏感电阻器2.主要性能指标标称阻值：成品电阻器上所标注的电阻值允许偏差：电阻器的实际阻值相对于标称阻值所允许的最大偏差范围额定功率：在额定环境温度下，电阻器长期安全连续工作所允许消耗的最大功率。最高工作电压温度特性稳定性3.色环标示方法常见标示方法有直标法、数码法、色标法和文字符号法四种。色环标示方法又叫色码法，是指用不同颜色的色环或色点表示阻值的方法。一般电阻用四环，精密电阻用五环。四环：第一环A1 有效数字第二环A2 有效数字第三环A3 应乘倍数第四环A4 允许偏差 结果：A1A2×10A3 ±A4例如：棕蓝黄银16×104±10=160 K±10五环：第一环A1 有效数字第二环A2 有效数字第三环A3 有效数字第四环A4 应乘倍数第五环A5 允许偏差结果：A1A2 A3×10A4 ±A5例如：棕紫黄金棕174×101±1=17.4±14.电阻器的选用电阻器的标称阻值应与电路要求相符合；额定功率应比该电阻在电路中的实际消耗功率大1.5至2倍；允许偏差应在要求范围之内；熟悉电阻器的型号及含义。注解教学内容§1-4欧姆定律一、一段无源支路的欧姆定律1.内容：流过一段电路的电流I与这段电路两端的电压U成正比，与这段电路的电阻R成反比。2.表达式： I=U/R3.欧姆定律是电路的基本定律之一，揭示了电路中电流、电压、电阻三者之间的关系。4.线性电阻：R不随U和I改变而改变非线性电阻：R随U和I改变而改变5.线性电路：由线性电阻及其他线性元件组成的电路非线性电路：含有非线性电阻的电路二、全电路欧姆定律如图所示是全电路，R是负载电阻，虚线框内表示的是一个电源，其中E是电源电动势，r是电源的内电阻（便于分析才分开画的，实际上是电源内部不可分割的）当开关S闭合后，对外电路，负载两端电压为：U=IR对内电路，电源的端电压为：U=E-Ir综上有：IR=E-Ir，即：I=E/（R+r）上式表明：全电路中的电流与电源的电动势成正比，与电路中内电阻与外电阻之和成反比，这个规律称为全电路欧姆定律。三、电源的外特性1.电压平衡方程：E=Ur+U，其中Ur=Ir是电源内阻上的电压降，称为内压降；U=IR是电源的端电压，也是负载两端的电压；即：电源电动势等于内压降与电源端电压之和2.外特性：电源端电压随负载电流变化的关系3.外特性曲线当E、r一定时，U=E-Ir是关于U、I的直线方程。令I=0，则U=E，得A（0，E）令U=0，则I=E/r，得B（E/r，0）对理想电源（r=0），所以U=E，电源端电压U不随负载电流I变化而变化。四、电路的三种状态1.通路电路中电流：I=E/（R+r）内压降：Ur=Ir电源端电压：U=IR或U=E-Ir2.开路电路中电流：I=0内压降：Ur=0电源端电压：U=E-Ir=E3.短路电路中电流：Id=E/r内压降：Ur=Idr=E电源端电压：U=0注意：电源的开路电压等于电源电动势，但是两者方向相反；电源的内阻很小，故短路电流很大，电源或导线有烧毁的危险。例题：如图，已知：电源的电动势E=220V，内阻r0=10，负载电阻R=100，求：电路电流I；电源端电压U；负载上的电压降UR；电源内阻上的电压降Ur解：I=E/（R+r0）=220/（10+100）=2AU=E-Ir0=220-2×10=200VUR=IR=2×100=200VUr=Ir0=2×10=20V注解教学内容§1-5电功与电功率一、电功1.定义：电流流过负载所做的功，叫做功率，用符号W表示。2.公式：W=UItW=I2Rt=U2t/R3.单位：焦耳，简称焦，符号J实际工作中，常用单位还有千瓦时（KW·h），俗称“度“。例题：P18例1-7二、电功率1.定义：电流在单位时间（1S）内所做的功，称为电功率，用符号P表示。2.公式：P=W/t=UI=I2R=U2/R3.单位：瓦特，简称瓦，符号W4.功率平衡方程：EI=UrI+UI 或 PE=Pr+PPE=EI是电源产生的功率，叫做电源功率；Pr=UrI是电源内阻上损耗的功率，叫做内损耗功率；P=UI是负载从电源取用的功率，叫做负载功率；即：电源产生的电功率等于内阻上损耗功率与负载取用的电功率之和。5.负载获得最大功率的条件：P=I2R= E/（r+R）2R=E2R/（R-r）2+4rR=E2/（R-r）2/R+4r当且仅当R=r时，有Pmax= E2/4r三、焦耳定律1.电流的热效应：定义：电流流过导体时使导体发热的现象，称为电流热效应。举例：电饭煲、电烤箱、电热毯等2.焦耳定律：内容：电流流过导体时所产生的热量Q，与电流的平方I2、导体的电阻R及通电时间t成正比。公式：Q=I2Rt3.电气设备额定值额定电流：电器设备和元件长期安全工作时所允许的最大电流。额定电压：电器设备和元件长期安全工作时所允许的最大电压。额定电流：电器设备和元件长期安全工作时所允许的最大功率。铭牌数据：标在电器外壳铭牌上的额定值。4.负载的工作状态：满载：电器设备工作在额定状态下过载或超载：高于额定状态轻载：低于额定状态