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1、第一章 电路的基本定律教学目的与要求：1、理解电路的基本模型。2、掌握电压、电流、功率等电路基本物理量的表示方法及其基本运 算。3、熟练应用欧姆定律4、掌握电阻的串、并、混联及其等效变换方法5、熟练掌握电压源和电流源的等效变换6、能够运用基尔霍夫定律正确分析和计算一般电路中某点的电压和 电流教学重点1. 电阻的串、并、混联及其等效变换方法2. 电压源和电流源的等效变换3. 基尔霍夫定律的运用教学难点1. 电压源和电流源的等效变换2. 基尔霍夫定律的运用3. 授课方法 讲授法教具仪器 教案第一章 电路的基本定律1.1 电路的基本概念1.1.1 电路的组成电路是为了某种需要而将某些电工设备或元件按
2、一定方式组合起来的电流通路。电路的功能：进行能量的转换、传输和分配;实现信号的传递、存储和处理。组成实际电路的电气设备和电路元件的不同按其功能可分为:电源、中间环 节和负载三个部分。电源：提供提供电能，作用是吧机械能、化学能等转化为电能从而向电路提 供能量，如电池、发电机。中间环节：电源和负载连接起来，如电气开关、导线、保护装置等。 负载：用电设备，把电能转换为其他形式的能量，如热能、光能、机械能等， 在日常生活中我们经常用的灯、洗衣机、热水器等。1.1.2 电路模型理想元件：将实际元件理想化（模型化）,即在一定条件下突出元件主要的电磁 性质，忽略次要因素，用一个足以表征其主要特性的理想元件近
3、似表示。 如灯 泡，当它发光时，其物理过程是十分复杂的，很难用剑单的数学表达式来描述， 而为了便于对电路进行分析计算，忽略温度对灯泡电阻的影响，将其电阻视为恒 定值，将灯泡视为理想元件。理想元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件、 理想电压源、理想电流源，不能产生能量的元件为无源元件，能产生能量的元件 为有源元件。灯泡电路模型：由理想元件所组成的电路称为电路模型。：勺干:；+八电:池I1.1.3 电路的基本物理量电路中的物理量很多，其中电流、电压和电位是基本物理量。1.1.3.1 电流： 产生：电路中带电粒子在电源作用下有规则的移动形成电流1. 大小：单位时间内流过导体横截面积的电荷量。1安培
4、=1s内流过导体横截面积的电荷量是1库。I Q若电流或电荷随t变化，用i(t)、q(t)或i、q表示。 则电荷随t的变化率可近似表为dqdt其精确值为：Aqi = lim = At衫0 At i 因此电流可定义为l = dq单位：安培(A)、毫安(mA)、微安(uA)1A=103 mA=106 uA2. 方向：规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。(1) 实际方向：规定为正电荷的移动方向。(2) 参考方向：人为规定。二者关系：i0,相同，i 0实际方向和参考方向相同aTb2) i _ dq - lOOOcos cot A dt冗3冗.当i0时 2k冗2k冗+亍2刼+了2刼 (k=0,1,2)相
5、同，aTb当i0 相同， u0，表示A点电位咼于参考点电 位，反之亦然。1.1.3.4 电压电流的关联参考方向在电路分析时，元件或某段电路中电压和电流的参考方向均可任意假设， 两者可以一致，也可以不一致，但一经选定后，在电路的计算过程中不可随意 改变。电压电流的参考方向关系共 4 种，当两者方向一致时，称这种假设为关 联参考方向，如a、b所示；反之为非关联参考方向，如c、d。a q b J +c)d)a)b)电动势的实际方向：由电源负极指向正极。 电动势的参考方向：人为规定。 电动势与电压的参考方向关系：a）b）c）电压和电动势的参考方向(a) u=e(b) u=e(c) u=-e1.1.3.
6、5 电功率与电能1. 电功率 W定义：单位时间电路消耗的能量。表为直流时P二t功率随时间变化时，则有 P=lim严=字 At TO At dt即 /、dw P（t）=dt_将dw=udq，且dq=idt代入得：p=ui 单位：瓦特（W）单位换算:1MW 二 103kW, lkW 二 1O3W, 1W 二 103mWu、i 方向与 p 的关系：（1）u、i 取关联参考方向时：p0为吸收功率，pO 为发出功率， p0,吸收；wv0,发出u、 i 方向如图示：讲解课本例题P4例1-2、1-3小结：1. 实际电路或实际电路元件可以用理想电路元件或理想电路元件组合的电路模 型进行模拟。2. 电流、电压均
7、有实际方向和参考方向之分，后者原则上可任意规定。同一支 路二者参考方向有关联参考方向和非 关联参考方向之分，一般无源元件取前者，有源元件取后者。3. 判断元件吸收还是发出功率，和其电压、电流参考方向的选择有关1.2 电阻、电压源、电流源和欧姆定律1.2.1 电阻1）定义：具有负载性质的电路元件，工作时总是消耗电能，转化为其他形式的 能量，如光能，热能等，这类电路元件的理想模型称为电阻。用 R 表示。2）时变分类：线性电阻时不变电阻元件o电阻元件的电路符号非线性电阻时变时不变本书只讨论线性电阻3）.线性电阻（线性时不变电阻）定义：元件上电压正比于电流，该元件称为线性电阻。表为u = R1线性电阻
8、的阻值R （或电导G）是常数，与其电压、电流的大小无关。4） 电导的定义：”=丄|单位：电导为S,电阻为0。现实生活中，实际电源的种类很多。如干电池、蓄电池、发电机、稳压电源等。 在电路分析中采用的是独立的电源来表示，所谓的独立电源指的是对外特性由电 源本身决定，而不受电源以外的其它电路所控制。独立电源是实际电源的一种科 学抽象，是理想电路元件。它分为独立电压源和独立电流源。1.2.2 电压源1）定义：输出的电压与流过该元件的电流无关。电压源是个理想的二端电路元件， 工作时不管流过多大的电流，其端电压总是保持不变，在直流的情况下，其值为 恒定常数；而对交流的情况而言，则是某一特定的时间函数。2
9、）电路付号：I*IhRsCt也QUsa）直流电压源b）交流电压源c）存有内部功率损耗的理性电压源实际电源工作时，总是存在内部的功率损耗，因此实际电源常用理想电压源 US 串联内阻RS的模型来表示，如果电压源的电压US=OV,它在电路中相当于短路。 讲解例子 P5 例1-41.2.3 电流源1）定义：输出的电流与该元件的端电压无关。 电流源也是个理想的二端电路元件，工作时不管其端电压多大，总是流过的电流保持不变，类似于电压源，电流 源也有直流与交流之分。a）直流电流源b）交流电流源c）存有内部功率损耗的理性电流源实际电源常用理想电流源IS并联内阻RS的模型来表示，如果电流源的电流 IS=0 V,
10、它在电路中相当于开路。讲解例子 P6 例1-51.2.4 欧姆定律1）定义：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。2）表达式：I二U或U二IRR式中U为电阻两端的电压，I为流过电阻R的电流，且U、I为关联参考方向。 若 U、 I 参考方向设定为非关联参考方向， 则欧姆定律的表达式为 I 二-U 或 U = - IRR讲解例子 P6 例1-6、1-71.3 基尔霍夫定律所谓的电路分析就是在已知电路的结构和元件参数的前提下，去求解电路中的 电压和电流，进而求得功率和能量。分析电路的定律可分为两类：一类是分析元 件的定律，即研究元件端钮的电压电流关系，它只与元件本身的性质有关，而与 电路的连接方式无
11、关；另一类只与电路的连接方式有关，而与电路中各元件的性 质无关，它就是基尔霍夫定律。b1.3.1 电路中几个专用名词1. 支路：电路中的每一个二端元件称为一条支路（10条）。习惯上：几个相串联的元件分支构成一条支路（6条a2. 节点：元件之间的连接点。（8个）习惯上：三条以及三条以上支路的联接点（4 个）。3回路：电路中任意闭合路径。（共有7个回路）网孔：再分不出其他回路的回路（即网孔是最小的回路） （4个，有3个内网孔，1个外网孔）1.3.2、基尔霍夫电流定律内容：对于集总参数电路，在任意时刻，流出电路任一节点的电流之和等于流入 该节点的电流之和。即工i二工i入若规定流出节点的电流为正，流入的为负，则KCL又可表示为：| = 例如图中节点a的KCL为：i2+ i3= i1或者为：- i1+i2+ i3=0说明：1)KCL 与电路元件的性质无关；(2)对于电路中任意节点，可列出KCL方程求得未知电流;(3)
