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1、1第一章第一章 电路的基本知识和基本定律电路的基本知识和基本定律教学内容教学内容: 1、电路的基本组成、电路的三种工作状态和额定电压 电流、功率等概念 2掌握电流、电压、电功率、电能等基本概念。 3掌握电阻定律、欧姆定律、焦尔定律。 重难点重难点：欧姆定律 教学进程教学进程:见下面第一节第一节 电路及电路图电路及电路图 一、电路的基本组成 电路的基本组成包括以下四个部分： (1) 电源(供能元件)：为电路提供电能的设备和器件(如电池、发电机等)。 (2) 负载(耗能元件)：使用(消耗)电能的设备和器件(如灯泡等用电器)。 (3) 控制器件：控制电路工作状态的器件或设备(如开关等)。 (4) 联
2、接导线：将电器设备和元器件按一定方式联接起来(如各种铜、铝电缆线等)。二电路的状态电路的状态 (1) 通路(闭路)：电源与负载接通，电路中有电流通过，电气设备或元器件获得一 定的电压和电功率，进行能量转换。 (2) 开路(断路)：电路中没有电流通过，又称为空载状态。 (3) 短路(捷路)：电源两端的导线直接相连接，输出电流过大对电源来说属于严重 过载，如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气 设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。 第二、三、四、五、六节第二、三、四、五、六节 电流、电压、电位、电动势、电阻电流、电压、电位、电动势、电阻
3、一、电流一、电流 电路中电荷沿着导体的定向运动形成电流，其方向规定为正电荷流动的方向(或负 电荷流动的反方向)，其大小等于在单位时间内通过导体横截面的电量，称为电流强度 (简称电流)，用符号I或 i(t)表示，讨论一般电流时可用符号i。 二、电压二、电压 电压是指电路中两点 A、B 之间的电位差(简称为电压)，其大小等于单位正电荷因 受电场力作用从 A 点移动到 B 点所作的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的 方向。 三、电位三、电位在电路中选定某一点 A 为电位参考点，就是规定该点的电位为零， 即UA= 0。电位 参考点的选择方法是：(1) 在工程中常选大地作为电位参考点；2(2) 在
4、电子线路中，常选一条特定的公共线或机壳作为电位参考点。在电路中通常用符号“”标出电位参考点。电路中某一点 M 的电位UM就是该点到电位参考点 A 的电压，也即 M、A 两点间的电 位差，即 UM = UMA 四、电阻四、电阻 电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件，例如灯泡、电热炉等电器。电阻定律： SlR五、电动势五、电动势 衡量电源的电源力大小及其方向的物理量叫做电源的电动势。 电动势通常用符号E或e(t)表示，E表示大小与方向都恒定的电动势(即直流电源 的电动势)，e(t)表示大小和方向随时间变化的电动势，也可简记为e。电动势的国际 单位制为伏特，记做 V。 电动势的方向规定为从电源的负
5、极经过电源内部指向电源的正极，即与电源两端电 压的方向相反。 第六节第六节 欧姆定律欧姆定律 一、部分电路欧姆定律一、部分电路欧姆定律电阻元件的伏安关系服从欧姆定律，即 U = RI 或 I = U/R = GU 二、全二、全电路欧姆定律电路欧姆定律 图中 r 表示电源的内部电阻，R 表示电源外部联接的电阻(负载)。闭合电路欧姆定 律的数学表达式为rREIrIRIE 或外电路两端电压 U = RI = E rI =，显然，ErRR 负载电阻 R 值越大，其两端电压 U 也越大；当 R r 时(相当于开路)，则 U = E；当 R 0 时，表明电流的实际方向与 所标定的参考方向一致；当I 1，且
6、不是常数，如铁、钢、铸铁、镍、钴等物质都是铁 磁性物质。在磁场中放入铁磁性物质，可使磁感应强度B增加几千甚至几万倍。 七、磁场强度七、磁场强度 在各向同性的媒介质中，某点的磁感应强度B与磁导率 之比称为该点的磁场强 度，记做H。即HHBBHr0 磁场强度H也是矢量，其方向与磁感应强度B同向，国际单位是：安培/米(A/m)。必须注意：磁场中各点的磁场强度H的大小只与产生磁场的电流I的大小和导体 的形状有关，与磁介质的性质无关。 八、磁场对直线电流的作用力八、磁场对直线电流的作用力 1安培力的大小 磁场对放在其中的通电直导线有力的作用，这个力称为安培力。 (1)当电流I的方向与磁感应强度B垂直时，
7、导线受安培力最大，根据磁感应强度IlFB 可得BIlF (2) 当电流I的方向与磁感应强度B平行时，导线不受安培力作用。 (3) 如图 5-3 所示，当电流I的方向与磁感应强度B之间有一定夹角时，可将B分 解为两个互相垂直的分量： 一个与电流I平行的分量，B1 = Bcos；另一个与电流I垂直的分量，B2 = Bsin。B1对电流没有力的作用，磁场对电流的作用力是由B2产生的。因此，磁场对直线电流的作用力为 sin2BIlIlBF12当 = 90时，安培力F最大；当 = 0时，安培力F = 0。 2左手定则 安培力F的方向可用左手定则判断：伸出左手，使拇指跟其他四指垂直，并都跟手 掌在一个平面
8、内，让磁感线穿入手心，四指指向电流方向，大拇指所指的方向即为通 电直导线在磁场中所受安培力的方向。 由左手定则可知：F B，F I，即F垂直于B、I所决定的平面。 九、磁场对通电线圈的作用力矩九、磁场对通电线圈的作用力矩 将一矩形线圈 abcd 放在匀强磁场中，如图 5-4 所示，线圈的顶边 ad 和底边 bc 所受的磁场力Fad、Fbc大小相等，方向相反，在一条直线上，彼此平衡；而作用 在线圈两个侧边 ab 和 cd 上的磁场力Fab、Fcd虽然大小相等，方向相反，但不在一条直 线上，产生了力矩，称为磁力矩。这个力矩使线圈绕OO 转动，转动过程中，随着线圈 平面与磁感线之间夹角的改变，力臂在
9、改变，磁力矩也在改变。 当线圈平面与磁感线平行时，力臂最大，线圈受磁力矩最大； 当线圈平面与磁感线垂直时，力臂为零，线圈受磁力矩也为零。 电流表就是根据上述原理工作的。 第第六六节节 电电磁磁感感应应 一、磁感应现象一、磁感应现象 在发现了电流的磁效应后，人们自然想到：既然电能够产生磁，磁能否产生电呢？ 由实验可知，当闭合回路中一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，回路中就有 电流产生。 当穿过闭合线圈的磁通发生变化时，线圈中有电流产生。 在一定条件下，由磁产生电的现象，称为电磁感应现象，产生的电流叫感应电流。 二、磁感应条件二、磁感应条件 上述几个实验，其实质上是通过不同的方法改变了穿过闭合
10、回路的磁通。因此， 产生电磁感应的条件是： 当穿过闭合回路的磁通发生变化时，回路中就有感应电流产生。 三、感应电流的方向三、感应电流的方向 1、右手定则 当闭合回路中一部分导体作切割磁感线运动时，所产生的感应电流方向可用右手 定则来判断。 伸开右手，使拇指与四指垂直，并都跟手掌在一个平面内，让磁感线穿入手心， 拇指指向导体运动方向，四指所指的即为感应电流的方向。 2、楞次定律 当将磁铁插入或拔出线圈时，线圈中感应电流所产生的磁场方向，总是阻碍原磁 通的变化。这就是楞次定律的内容。 根据楞次定律判断出感应电流磁场方向，然后根据安培定则，即可判断出线圈中 的感应电流方向。133、右手定则与楞次定律
11、的一致性 右手定则和楞次定律都可用来判断感应电流的方向，两种方法本质是相同的，所 得的结果也是一致的。 右手定则适用于判断导体切割磁感线的情况，而楞次定律是判断感应电流方向的 普遍规律。 四、电磁感应定律四、电磁感应定律 单匝线圈中产生的感应电动势的大小，与穿过线圈的磁通变化率/t成正比， 即tE对于N匝线圈，有tNN tNE12式中N 表示磁通与线圈匝数的乘积，称为磁链，用 表示。即 = N 于是对于N匝线圈，感应电动势为tE第七节第七节 自感现象自感现象 一、自感现象一、自感现象 当线圈中的电流变化时，线圈本身就产生了感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈 中电流的变化。这种由于线圈本身电流发
12、生变化而产生电磁感应的现象叫自感现象， 简称自感。在自感现象中产生的感应电动势，叫自感电动势。 二、自感电动势二、自感电动势由电磁感应定律，可得自感电动势，将代入，则tELLILtILtLILI tELL L1212自感电动势的大小与线圈中电流的变化率成正比。当线圈中的电流在 1 s 内变化 1 A 时，引起的自感电动势是 1 V，则这个线圈的自感系数就是 1 H。 三、自感现象的应用三、自感现象的应用 四、磁场能量四、磁场能量 电感线圈也是一个储能元件。经过高等数学推导，线圈中储存的磁场能量为2 21LIWL当线圈中通有电流时，线圈中就要储存磁场能量，通过线圈的电流越大，储存的能 量就越多；
13、在通有相同电流的线圈中，电感越大的线圈，储存的能量越多，因此线圈14的电感也反映了它储存磁场能量的能力。 与电场能量相比，磁场能量和电场能量有许多相同的特点： (1) 磁场能量和电场能量在电路中的转化都是可逆的。例如，随着电流的增大，线 圈的磁场增强，储入的磁场能量增多；随着电流的减小，磁场减弱，磁场能量通过电 磁感应的作用，又转化为电能。因此，线圈和电容器一样是储能元件，而不是电阻类 的耗能元件。 (2) 磁场能量的计算公式，在形式上与电场能量的计算公式相同。 第八节第八节 互感现象及同名端互感现象及同名端 一、互感现象一、互感现象 由于一个线圈的电流变化，导致另一个线圈产生感应电动势的现象
14、，称为互感现象。 在互感现象中产生的感应电动势，叫互感电动势。 二、互感电动势二、互感电动势 互感电动势的方向，可用楞次定律来判断。 互感现象在电工和电子技术中应用非常广泛，如电源变压器，电流互感器、电压 互感器和中周变压器等都是根据互感原理工作的。 三、同名端三、同名端 1同名端 这种在同一变化磁通的作用下，感应电动势极性相同的端点叫同名端，感应电动 势极性相反的端点叫异名端。 2同名端的表示法 在电路中，一般用“ ”表示同名端，如图 6-7 所示。在标出同名端后，每个线 圈的具体绕法和它们之间的相对位置就不需要在图上表示出来了。 3同名端的判定 (1) 若已知线圈的绕法，可用楞次定律直接判
15、定。 (2) 若不知道线圈的具体绕法，可用实验法来判定。 图 6-8 是判定同名端的实验电路。当开关 S 闭合时，电流从线圈的端点 1 流入， 且电流随时间在增大。若此时电流表的指针向正刻度方向偏转，则说明 1 与 3 是同名 端，否则 1 与 3 是异名端。 第十节第十节 磁路及欧姆定律磁路及欧姆定律 一、磁路一、磁路 1主磁通和漏磁通 2磁路 磁通经过的闭合路径叫磁路。磁路和电路一样，分为有分支磁路和无分支磁路两 种类型。图 5-12 给出了无分支磁路，图 5-13 给出了有分支磁路。在无分支磁路中， 通过每一个横截面的磁通都相等。 二、磁路的欧姆定律二、磁路的欧姆定律 1磁动势15通电线圈产生的磁通 与线圈的匝数N和线圈中所通过的电流I的乘积成正比。 把通过线圈的电流I与线圈匝数N的乘积，称为磁动势，也叫磁通势，即 Em = NI 磁动势Em的单位是安培(A)。 2磁阻 磁阻就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用Rm表示。磁路中磁阻的大小与磁 路的长度l成正比，与磁路的横截面积S成反比，并与组成磁路的材料性质有关。因 此有SlRm式中， 为磁导率，单位 H/m，长度l和截面积S的单位分别为 m 和 m2。因此，磁阻 Rm的单位为 1/亨(H1)。由于磁导率 不是常数，所以Rm也不是常数。 3磁路欧姆定律 (1)
