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1、模块一 直流电路,课题一 电路基本知识 课题二 电路基本定律 课题三 电路基本分析方法及应用,【知识点】 (1)掌握电路的组成和作用。 (2)掌握电路的基本物理量，理解电流、电压的真实方向和参考方向。 (3)理解实际电源与电源模型的关系。 (4)掌握电路的工作状态及特点。 【技能点】 (1)认识电路元件，会正确使用电路元器件连接直流电路。 (2)会正确使用电压表、电流表测试直流电压和电流。 (3)理解电器的额定参数的意义，会正确使用电器。 (4)防止短路事故。,课题一 电路基本知识,下一页,任务一 直流电路的基本物理量的测量【任务导入】什么是电路?首先来看看日常生活中最常见的两个电路例子，一个
2、是手电筒电路，如图1-1所示，图1-1(a)、图1-1(b)分别是手电筒的结构不意图和原理电路图。手电筒电路中供给灯泡发光的电源是电池，它是直流电源，所以这是一个直流电路。另一个电路例子是室内照明电路，如图1-2所示，它是由交流电源供电的电路，称为交流电路。模块一只介绍由直流电源组成的直流电路，交流电路将在模块二中介绍。,课题一 电路基本知识,下一页,上一页,下一页,上一页,课题一 电路基本知识,手电筒电路虽是一个简单的直流电路，但是它具有组成电路的基本元索电源、负载和连接电源与负载的中间环节，体现了电路的共有特性。【相关知识】一、电路的组成从前面所举的手电筒电路和室内照明电路可以看出，电路由
3、三个基本部分组成。1.电源如手电筒电路中的干电池，它是电路中电能的来源，一般称为电源。它是将其他形式的能量转换成为电能的装置。如电池将化学能转换成为电能、发电机将机械能转换成为电能，等等。,下一页,上一页,课题一 电路基本知识,2.负载用电设备被称为负载，它是将电能转换成其他形式能量的装置。例如，手电筒中的灯泡就是负载，它将电能转换为光能。还有其他的用电设备，如电动机将电能转换为机械能，电热器将电能转换为热能，等等。在直流电路中，负载主要是电阻性负载，电阻的基本性质是对流过它的电流具有阻碍作用，阻碍作用的大小用电阻值来表不，电阻将其电能转换成为热能。3.中间环节中间环节主要是连接导线和控制电路
4、通断的开关电器，它们将电源及负载连接起来，构成电流通路。此外，中间环节还包括保障安全用电的保护电器，如熔断器(俗称保险丝)等。,下一页,上一页,电源、负载、中间环节是组成电路的“三要索”。所以，电路就是由电源、负载及中间环节等电器设备组成的总体，是电流流通的闭合路径。二、电路符号与原理电路图在实际电路中，电路元件是多种多样的。在分析、研究电路问题时，不可能把这些实际元件直接表不在电路中，而是采用一些电路符号来表不。常见的理想电路元件符号如图1-3所示。用电路符号表不实际电路元件和器件，用线条表不电流流经电路(导线)，所绘出的电路图称为原理电路图。手电筒的原理电路如图1-1(b)所示。,课题一
5、电路基本知识,除了上面列举的两个电路外，还有其他功能的电路，各种电路的作用基本可归纳为两方面的功能。第一，电能的传送、分配与转换。例如，电厂的发电机产生电能(电流)，通过变压器、输电线等送到用电单位，并通过负载把电能转换成为其他形式的能量(如机械能等)。这就组成了一个十分复杂的供电系统电路。在模块二中将会介绍的单相交流电路和三相交流电路就是这种功能电路的典型运用。第二，进行电信号产生、传输和处理等。例如，日常生活中使用的扩音机、电视机、手机以及生产和科研中使用的电子自动控制设备、测量仪表、计算机等电子电路。,下一页,上一页,课题一 电路基本知识,在现代电路中，除了“电路”的概念之外，现在还经常
6、用到“网络”概念，这两个概念既有一定的区别，有时又是通用的名词。通常“网络”的含义更具有普遍的适用性，特别是在讨论普遍规律及复杂的电路问题时，常常把电路称作网络。而在讨论比较简单或者是某一具体电路时，则比较多地使用“电路”这个名词。所以，可以认为网络是电路的泛称。如现代因特网、电话网络等。三、电路中的基本物理量从上面介绍的两个电路已经看到，电路的功能是进行电能的传输和电能与其他形式能量之间的相互转换。为了分析计算电路的工作状况和电路中能量相互转换的情况，必须用一些物理量来表不电路的状态及电路各部分之间能量转换的相互关系。,下一页,上一页,课题一 电路基本知识,电路中常用的物理量主要是电流、电压
7、(电位)、电动势、电功率、电功。在这里对这些物理量做简要的介绍。1.电流(1)“电流”的物理意义。第一，在电场的作用下，电荷有规则的运动就形成了电流。第二，电流是具有大小和方向的物理量。电流的大小用电流强度(I或i)来表不。电流强度是指在单位时间内通过导体横截面的电荷量。如果电流是随时间变化的，假设在dt时间内通过导体横截面的电荷量为dq，则电流强度为:所以说，电流强度就是流过导体横截面的电荷量对时间的变化率。如果电流的大小和方向都不随时间变化，则称为恒定电流或直流电流，这时的电流强度规定用大写字母I来表示，则,下一页,上一页,课题一 电路基本知识,下一页,上一页,(1-1-1) 式中，q是时
8、间t间隔内通过导体横截面的电荷量。电流强度一般简称为电流。(2)电流的单位。电流这个物理量的单位是安培(库仑/秒)，简称“安”，常用大写字母A来表示。根据不同的负载情况，电流大小的差别很大。动力用电动机的电流达到几十甚至上百安培，而电子电路中的电流则常常只有百分之几，甚至千分之几安培。对于较小的电流可以用毫安(mA)或微安(pA)作单位，它们的关系是:1 A=103 mA=106 A,课题一 电路基本知识,(3)电流的真实方向和正方向。电荷的有规则移动形成了电流，而形成电流的电荷可能是正电荷(如正离子)，也可能是负电荷(如电子或负离子)。于是电流就有一个方向问题，在物理学中有关电流方向规定是把
9、正电荷运动的方向作为电流的方向。图1-4中所表示的手电筒电路中电流的实际方向是电流从电源正极流出，经负载后流回电源的负极，这是手电筒电路中电流的真实方向或称实际方向。对于直流电路，在简单电路中，电流的真实方向能够很容易地通过电源的电压极性确定下来，但是在比较复杂的电路中，一段电路里电流的真实方向往往很难预先确定下来;在交流电路中，电流的大小和方向都是随时间变化的(这方面的内容将在模块二中介绍)。,下一页,上一页,课题一 电路基本知识,这时，电流的方向又怎样表不呢?因此，由于分析和计算电路的需要，引入了电流参考方向的概念，参考方向又叫假定正方向，简称正方向。所谓正方向，就是在一段电路里，在电流两
10、种可能的真实方向中，入为地任意选择一个方向作为参考方向。当实际的电流方向与假定电流方向相同时，电流是正值;当实际的电流方向与假定电流方向相反时，电流是负值。在图1-5中，实线箭头是设定的电流正方向，虚线箭头表不的是该段电路中电流的真实方向。其中图1-5 (a)表T的电流真实方向与正方向一致，在电路计算中1是正值;图1-5(b)表不电流正方向与真实方向相反的情况，电流1是负值。电流值的正负与正方向的选取有关。,下一页,上一页,课题一 电路基本知识,电流的正方向是分析计算电路时事先假定的电流方向，它可以是任意设定的。当一个直流电路的元器件参数确定之后，电路中各部分电流的真实方向也就全部确定了，它不
11、受正方向的影响，正方向的改变，只影响计算电流的正、负符号。在规定了正方向之后，电流是一个代数量，分析计算出电流的正、负只表明实际电流方向与假定方向的一种关系也就是说，某一个电流是正还是负，都是相对某一假定正方向来说的。今后在电路图中，所标注的电流方向一般都是假定正方向。在分析和计算电路的电流时，首先假定电流的正方向，当计算出电流为正时，说明电流的真实方向与假定方向相同，若计算出电流为负，则说明电流的真实方向与假定方向相反，这样就确定出电路中电流的真实方向。,下一页,上一页,课题一 电路基本知识,2.电压与电位(1)电压。电压是描写电场力做功本领大小的物理量。电荷在电场力的作用下运动形成电流，电
12、场力移动电荷运动做功。为了描述电场力对电荷做功的本领，引入了“电压”这个物理量。在电场中，电场力把正电荷从A点移动到B点所做的功与被移动电荷电量的比值称为A,B两点之间的电压UAB，A、B两点的电压也叫A、B两点间的电位差，用UA、UB表示电场中A、B两点的电位，则A,B两点的电压为UAB=UA-UB。电压的方向由高电位端指向低电位端。如图1-4中，电源使电流经过电阻R，在R两端产生电势(位)降U。不随时间变化的电压是直流电压，用大写字母U来表T。,下一页,上一页,课题一 电路基本知识,电压的单位是“伏特”，常用字母V来表不，较大的电压单位有千伏(kV),1kV=1 000 V，较小的电压单位
13、有毫伏(mV)和微伏(V), 1V=1 000 mV,l mV=1 000V。(2)电位。电位在物理学中也叫电势，它是表不电场中某一点能量性质的物理量，而且是相对于确定的参考点而言。电场中某点八的电位在数值上等于电场力将单位正电荷自该点沿任意路径移动到参考点电场力所做的功。A点电位用UA表示。将电位与电压的概念进行比较，可以看出，电场中某点的电位就是该点到参考点之间的电压。电位的单位也是伏特，且规定参考点的电位为零，所以参考点又叫零电位点。,下一页,上一页,课题一 电路基本知识,某点的电位与零电位点的选取有关。在物理学中，常选择无限远处或大地作为参考点。而在电工学中，如果所研究的电路里有接地点
14、，通常就选择接地点作为参考点，用 符号表示。在电子电路中常取若干导线的交汇点或者机壳作为电位的参考点，并标以符号表示。在一般的原理性电路中，可选取多条导线汇集的公共点作为参考点。必须注意，在研究同一问题时，参考点原则上可以任意选取，但一经选定，就不能更改了，相应的其余各点电位也就确定了。在一个电路中，参考点一旦选定，其余各点的电位就有唯一确定的数值。如图1-6所示一段电路中有A、B两点，在电源电动势的作用下，正电荷自A移动到B，电场力做正功，表明这段电路是吸收电能的，,下一页,上一页,课题一 电路基本知识,而且，正电荷在A点时比在B点具有更高的做功能力，即A点是高电位点，B点是低电位点。在图1
15、-6所示的电路中，选取O点为参考电位点，UA=12 V,UB=8V，UAB=UA-UB=4V。(3)电压的正方向。在实际应用中，仅仅知道两点间的电压数值往往是不够的，还必须知道这两点中哪一点电位高，哪一点电位低。例如，对于直流电动机来说，绕组两端的高、低电位不同，电动机的转动方向可能是不同的。在实际应用中，要求知道电压的大小，还要知道电压的极性，即电压的方向。图1-6中包含了几个物理概念:电位(UA、UB)、电压(UAB)、电压正方向(即参考方向，图中的箭头)和电压实际方向的概念。,下一页,上一页,课题一 电路基本知识,在电工学中规定，一段电路上，电压的实际方向是由高电位点指向低电位点。也就是
16、说，沿着电压的实际方向，电位是逐点降低的。正电荷沿着这个方向运动，将失去电能，并转换成为其他形式的能量。在分析和计算电路问题时，由于要分析电路在可能较复杂的情况下，电路中各段电压的真实方向难以确定时，或者该段电压的极性是随时间不断变化时，像规定电流的正方向一样，需要为电压规定一个正方向。一段电路上电压的正方向也是可以任意规定的。如图1-4中，规定A点为高电位点，标以“+”号，B点相对于八点是低电位点，标以“-”号，即假定这一段电路电压的正方向是从八点指向B点，并用箭头的指向来表示。,下一页,上一页,课题一 电路基本知识,当电压的实际方向与事先假定的正方向一致时，电压为正值;当电压的实际方向与事先假定的正方向相反时，电压为负值。这表明，在引入了正方向之后，电压也是一个代数量。电压的正方向根据习惯，可以用三种方法表示:用“+”、“一”符号表不，“+”表不假定的高电位端，“-”表示假定的低电位端。用箭头的指向来表不，由假定的高电位端指向低电位端。用双下标字母表示电压。如在图1-6中，假定AB段电压的正方向是从A指向B，则给电压符号U加双下标AB，即用UAB表示：第一个下标字母A表示假定的高电位点，第二个下标字母表不假定的低电位点。,
