模块一-电路基本知识

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1、模块一 电路基本知识,课题一 电路及电路中的物理量 课题二 欧姆定律 课题三 电阻的连接 课题四 电功和电功率,课题一 电路及电路中的物理量,知识点 1、电路的概念和基本组成 2、电路的工作状态 3、电路中各基本物理量的概念 技能点 1、认识电路和电路中的元器件 2、分清电路的工作状态 3、会测量电路中的基本物理量,一、电路,1.电路及其组成 电路：电流流通的路径 电路的组成：电源、开关、负载和导线。,电源,负载,开关,导线,电源的能量转化,各种形式的能转化为电能,提供电能,电源及其能量转化,各种用电器,用电器的能量转化电能转化为各种形式的能,消耗电能,2.电路图 用电气符号描述电路连接情况的

2、图， 称电路原理图，简称电路图。,电路图,实物图,常用电气图形符号,3.方框图 用功能块表明电路中各部分之间关系的图，称为方框图,方框图,4.电路的功能 一是进行能量的转换、传输和分配 二是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,二、电路的基本物理量,引言： 电路中由电源产生电能，电能的多少用电动势、电压和电位来衡量。而电流又将电能传递给负载，电流流过负载时因受到阻碍而损耗电能，这个阻碍作用就是负载的电阻。,1、电流,类比,电流？ 水流？ 车流？,水流：水的流动,车流：车的流动,电流：,联想,（1）电流的形成 电荷的定向移动形成电流，移动的电荷又称载流子。金属导体电子；导电液

3、/气体正负离子 （2）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。 （3）产生持续电流的条件：电源、电路闭合。,在分析和计算较为复杂的直流电路时，经常会遇到某一电流的实际方向难以确定的问题，这时可先任意假定电流的参考方向，然后根据电流的参考方向列方程求解。 如果计算结果I 0，表明电流的实际方向与参考方向相同； 如果计算结果I 0，表明电流的实际方向与参考方向相反。,任意假设的电流方向称为电流的参考方向。,如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。,【例1-1】如图1-7所示电路中，电流参考方向已选定，已

4、知I1=1A，I2=-3A,I3=-5A,试指出电流的实际方向。,解：I1的实际方向与参考方向相同，即电流由a流向b，大小为1A； I2的实际方向与参考方向相反，即电流由b流向a，大小为3A ； I3的实际方向与参考方向相反，即电流由a流向b，大小为5A ；,大小和方向都随时间而变化,大小和方向都不随时间而变化,（4）电流的分类：直流（DC）、交流（AC）,（5）电流的大小 在单位时间内，通过导体横截面的电荷量越多，就表示流过该导体的电流越强。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、Q 、t的单位分别为A、C、s。,电流:,(1)符号:,(2)单位：主单位:

5、安培 简称:安 符号: A,常用单位：千安（kA）毫安（mA) 微安(A),（3）单位换算：,比一比,3安培= 毫安= 微安,15毫安= 微安= 安培,400微安= 毫安= 安培,3 103,3 106,1.5 104,0.015,0.4,4 10-4,举例,某导体在5min内均匀通过的电荷量为4.5C，求导体中的电流是多少？,解：,（6）电流的测量 使用电流表测量。 正确选择量程. 与被测电路串联 “+”进“-”出 绝对不允许不经过用电器而把电流表直接电源两极相连。,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

6、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。,电流表的符号：,电流表,正接线柱,指针,表头,电流表的结构：,调零旋钮,负接线柱,（7）电流密度,电流密度就是当电流在导体的横截面上均匀分布时，该电流与导体横截面积的比值，以字母J表示,电流密度的单位是安培/平方毫米（A/mm2）。,小结,1、电流的形成、大小、方向 2、电流实际方向与参考方向的关系 3、电流的测量 4、电流密度,2电压 电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功，称为a、b两点间的电压，用Uab表示

7、。,电压单位：伏特，简称伏，用V表示。 电压常用单位还有千伏（kV）、毫伏（mV） 微伏（ V ） 单位换算 1kV=103V 1V=103mV 1mV=103V,类比,水路,阀门,小涡轮,抽水机,结论,水压是产生水流的原因；,抽水机是提供水压的装置。,电压的实际方向：正电荷在电场中的受力方向。 分析电路时首先应该规定电流电压的参考方向。 若电压的参考方向与实际方向相同，电压为正。 若电压的参考方向与实际方向相反，电压为负。 电压参考方向的表示方法：,箭头表示,极性表示,双下标表示,例1-2 已知图a中，U=5V，图b中，U=-2V，图c中，Uab=-4V。试指出电压的实际方向。,已知,解：

8、图a中，U=5V0，电压实际方向与参考方向相同 图b中，U=-2V0，电压实际方向与参考方向相反 图c中，Uab=-4V，电压实际方向与参考方向相反,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。,3 电位 在电路中任选一点作为参考点，电路中某一点与参考点之间的电压即为该点的电位。即电位等于电场力将单位正电荷从该点移动到参考点所

9、做的功。用符号 表示，以o点为参考点，则a点的电位为,电位的单位：V,电位的写法：a，b点的电位可分别记作,参考点,参考点的电位等于零，即 。参考点又称为零电位点。高于参考点的电位是正电位。低于参考点的电位是负电位,电压与电位的关系,结论：电路中任意两点间的电压就等于两点间的电位之差，所以电压又称为电位差。,整理得,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。,注意,举例,在图中，已知UCO=3V， UCD =2V.试分别以D点和O点为参考点，求各点的电位及D、O两点的电压UDO 。,解： 1）以D点为参考点，即 D=0V,因为,所以,所以,又因为,2）以O点为参考

10、点，即 O=0V,因为,所以,因为,所以,结论一：参考点改变，各点的电位随之改变，即各点的电位与参考点的选择有关。,结论二：不管参考点如何变化，两点间的电压（电位差）是不变的，即电位差与参考点的选择无关。,4、电动势,在电源内部，由于其他形式能量的作用，产生一种对电荷的作用力，叫做电源力。,电池中的电源力是电解液和极板间的化学作用产生的；发电机的电源力则是电磁作用产生的。,(1)电源力,(2)电动势,在电源内部，电源力将单位正电荷从电源负极b移到正极a所做的功叫做电源的电动势，用符号E表示。,电动势的单位是V，其方向是由电源负极指向正极。,(3)电动势与端电压的关系,电源两端的电位差称为电源的

11、端电压（或电源电压）。,在电源不接负载的情况下，电源电动势与电源端电压在数值上是相等的，方向是相反的。,电动势仅存在于电源内部，而电压存在于电源外部两端。,5、电阻 （1）基本概念：电阻是反映导体对电流起阻碍作用大小的一个物理量。用字母R表示,电阻的单位：欧姆，简称欧，用符号表示。电阻常用单位还有K，M ,导体的电阻是客观存在的，它不随导体两端电压大小变化。,（2）电阻定律,导体的电阻是导体本身的一种性质。它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积。即： 导体的电阻跟导体的长度成正比，跟导体的横截面积成反比，并与导体的材料有关。 式中称为材料的电阻率（电阻系数），单位是欧米（ m）。电阻率的大小

12、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 。,导体的长度(m),导体横截面积（m2）,二、电阻与温度的关系,1、各种材料的电阻率都随温度而变化。一般的金属材料，温度升高后，导体的电阻增加；而碳的电阻随温度升高反而减小。 2、热敏电阻 利用某些材料对温度的敏感特性，可以制成热敏电阻。 负温度系数热敏电阻：电阻值随温度升高而减小的热敏电阻 正温度系数热敏电阻：电阻值随温度升高而增大的热敏电阻称为。,3、热敏电阻的应用：冰箱、汽车、空调等,三、用万用表测量电阻,测量时注意以下几点： 1. 准备测量电路

13、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。,6、电导,我们把电阻的倒数叫做电导。电导用符号G表示，即,电导的单位名称是西门子，简称西，用符号S表示。,电导越大表示导体的导电性能越好。,练习,有一段导线，电阻是8，如果把它对折起来作为一条导线用，电阻值是多少？如果把它均匀拉伸，使它的长度为原来的两倍，电阻值又是多少？,课题二 欧姆定律,学习目标 1、会运用欧姆定律计

14、算部分电路和全电路的电压、电流和电阻 2、会分析电源的外特性,当导体两端的电压发生变化时，导体中的电流也会发生变化，那么导体中的电流跟导体两端的电压和导体的电阻有什么关系呢？ 电路如下图所示，开关有三个位置，当开关在这三个不同位置时，试分析电源和电阻上的电压、电流会如何变化？,一、部分电路欧姆定律,1、部分电路：只含有负载而不包含电源的一段电路称为部分电路。,a）U/I关联方向,b）U/I非关联方向,部分电路,2、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。 3、公式： 当电压与电流的参考方向关联时(即电压、电流参考方向相同，如上图a所示)， 当电压与电流的参考方向非关联

15、时（即电压、电流参考方向相反，如上图b所示），,还可以将其变形为,思考：有同学认为，由公式 可知，在一段导体上所加的电压越大，这段导体的电阻越大，这种认识对吗？为什么？,练习,1.某白炽灯接在220V电源上，正常工作时流过 的电流为455mA，试求此电灯的电阻？,练习,2.有一个量程为300V的电压表，它的内阻是40k。用它测量电压时，允许流过的最大电流是多少？,二、电阻的电压电流关系曲线 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R。 如果不是直线，则称为非线性电阻。,三、全电路欧姆

16、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。,内电路,内电阻,外电阻,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：,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。,例题 已知电源的电动势为3V，内阻为0.4，外接负载电阻为9.6，求电源端电压和内压降。,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 = EIr 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。,电路的三种不同状态,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