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1、第第1 1章章 电路的基本知识电路的基本知识1.1 电路的概念电路的概念1.2 电路中的主要物理量电路中的主要物理量1.3 电阻电阻1.4 欧姆定律欧姆定律1.5 电功与电功率电功与电功率1.6 技能训练技能训练: 验证欧姆定律的接线及测量验证欧姆定律的接线及测量内内 容容1.1 电路的概念电路的概念1.1.1 电路和电路的组成电路和电路的组成1.1.2 电路图电路图1.1.1 电路和电路的组成电路和电路的组成 电流流经的路径称为电路。通常电路由电源、负载和电流流经的路径称为电路。通常电路由电源、负载和中间环节（导线和开关）等基本部分组成。中间环节（导线和开关）等基本部分组成。电源电源 电源是
2、将其它形式的能转换成电能电源是将其它形式的能转换成电能的装置。的装置。负载负载 负载是将电能转换成其他形式能量负载是将电能转换成其他形式能量的装置。的装置。导线和开关导线和开关 导线是用来连接电源和负载导线是用来连接电源和负载的元件。开关是控制电路接通和断开的装的元件。开关是控制电路接通和断开的装置。置。1.1.2 电路图电路图交流电动机直流电动机 交流发电机 电灯 二极管 直流发电机 熔断器 电压表 抽头线圈 不连接导线 电流表 铁芯线圈 连接导线 电容 线圈接地 电位器 电池 接机壳 电阻 开关 交 直 流 电 交 流 电 直 流 电 用国家用国家统一一规定的定的图形符号画成的形符号画成的
3、电路模型路模型图称称为电路路图。表表1.1 部分电工图形符号（摘自部分电工图形符号（摘自GB/T47282000）1.2 电路中的主要物理量电路中的主要物理量1.2.1电流电流1.2.2电压和电位电压和电位1.2.3电动势电动势1.2.1 电流（电流（I） 1. 电流的概念电流的概念 电荷的定向移动形成电流。电荷的定向移动形成电流。 电流的方向：把正电荷定向移动的方向规定电流的方向：把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。为电流的方向。 在金属导体中，电流的方向与自由电子实际在金属导体中，电流的方向与自由电子实际定向移动的方向相反。定向移动的方向相反。 电流的大小：取决于流的大小：取决于单位位
4、时间内通内通过导体横截面的体横截面的电量。量。 单位：安培（位：安培（A）、千安（）、千安（kA）、毫安（）、毫安（mA）、微安（）、微安（A） 1 kA=103A=106 mA=109A 在进行电路分析计算时，电流的实际方向有时难以确定，为此在进行电路分析计算时，电流的实际方向有时难以确定，为此可以预先假定一个电流方向称为参考方向（也称正方向），并在电可以预先假定一个电流方向称为参考方向（也称正方向），并在电路中用箭头标出。当电流的实际方向与参考方向一致时，则电流为路中用箭头标出。当电流的实际方向与参考方向一致时，则电流为正值；反之，电流为负值。正值；反之，电流为负值。 2. 电流的种类电流
5、的种类 直流直流 凡大小和方向都不随时间变化的电流凡大小和方向都不随时间变化的电流称为直流电流，用称为直流电流，用I表示。表示。 交流交流 凡大小和方向都随时间变化的电流称凡大小和方向都随时间变化的电流称为交流电流，用为交流电流，用i表示。表示。 【例例1.1】已知流经某导体横截面的电流为已知流经某导体横截面的电流为1.5A，问在，问在多少时间内通过导体横截面的电量为多少时间内通过导体横截面的电量为60C？1.2.2 电压和电位电压和电位 1. 1. 电压（电压（U） 电压是衡量电场力做功大小的物理量。在电路中电场力把单位电压是衡量电场力做功大小的物理量。在电路中电场力把单位正电荷从正电荷从a
6、点移到点移到b所做的功，定义为所做的功，定义为a、b两点间的电压两点间的电压 。单位：伏特（位：伏特（V）、千伏（）、千伏（kV）、毫伏（）、毫伏（mV）、微伏（）、微伏（V）1 kV=103V=106mV=109V 电压的参考方向可用箭的参考方向可用箭头在在图上表示，由起点指向上表示，由起点指向终点；也可用点；也可用双下双下标表示，前一个下表示，前一个下标代表起点，后一个下代表起点，后一个下标代表代表终点；点；电压的方的方向向还可以在起点可以在起点标正号（正号（+）、）、终点点标负号（号（-）表示。）表示。 电压为正正值（U0），表明），表明电压的的实际方向与参考方向一致方向与参考方向一致
7、电压为负值（U0），表明），表明电压的的实际方向与参考方向相反方向与参考方向相反 2. 电位（位（V）：）： 如果在如果在电路中路中选定一个参考点，定一个参考点，则电路中某一点与参考点之路中某一点与参考点之间的的电压即即为该点的点的电位。位。 单位：伏特（位：伏特（V） 计算算电位位时，必，必须先任意先任意选定定电路中的某一点作路中的某一点作为参考点，并参考点，并规定定该点的点的电位位为零（参考点就是零零（参考点就是零电位点）。位点）。 如下如下图所示，若取所示，若取O点点为参考点，参考点，则 3. 电压与电位的关系：电压与电位的关系： 如上图所示，由于如上图所示，由于Uao=Uab+Ubo，
8、若取，若取O点为参点，点为参点，则则 Va=Uab+Vb故故 Uab=Va-Vb 结论：电路中任意两点间的电位之差就等于这两点结论：电路中任意两点间的电位之差就等于这两点之间的电压，故电压又称电位差。之间的电压，故电压又称电位差。【案例案例1.2】电位、位、电压的的测定定 本案例通本案例通过电位位值、电压值的的测定，定，验证电位的相位的相对性和性和电压的的绝对性。性。【操作步操作步骤】（1）在）在实验线路板上按照下路板上按照下图连线好好电路。路。 （2）检查电路连接无误后接通电源（通电前将稳压电源调至）检查电路连接无误后接通电源（通电前将稳压电源调至9V）。）。 （3）用万用表进行测量（量程调
9、至）用万用表进行测量（量程调至10V的直流电压挡）。的直流电压挡）。 以以d点为参考点，分别测量点为参考点，分别测量a、b、c、d、g、h各点电位值及各点电位值及电压值电压值Uhb、Uba、Ubc、Ucd、Uda、Uhg，将测量数据记入表，将测量数据记入表1-2。 以以a点参考点，重复步骤点参考点，重复步骤。 注意：测量电位时，用万用表的黑表笔接参考点，用红表笔接注意：测量电位时，用万用表的黑表笔接参考点，用红表笔接被测点。若表针正向偏转，则电位值为正；若表针反向偏转，应调被测点。若表针正向偏转，则电位值为正；若表针反向偏转，应调换表笔，然后读出数值，此时电位值为负值。测量电压时，应将万换表笔
10、，然后读出数值，此时电位值为负值。测量电压时，应将万用表的红、黑表笔并接在被测电路的两点上，表针正向偏转，则电用表的红、黑表笔并接在被测电路的两点上，表针正向偏转，则电压值为正值；若发现表针反向偏转时，应调换表笔，此时的电压值压值为正值；若发现表针反向偏转时，应调换表笔，此时的电压值为负值。为负值。 表表1.2 测量数据记录测量数据记录 测量测量 内容内容参考点参考点 Va Vb Vc Vd Vg Vh Uhb Uba Ubc Ucd Uda Uhg d点点 a点点 结论：结论：（1）电位具有）电位具有 ，它的大小与参考点的选择，它的大小与参考点的选择 。（2）电压具有）电压具有 ，它的大小与
11、参考点的选择，它的大小与参考点的选择 。 【综合案例综合案例】 在下图中，已知在下图中，已知Uco=3V，Ucd=2V。试分别以。试分别以d点和点和o点为参考点，求各点的电位及点为参考点，求各点的电位及d、o两点间的电压两点间的电压Udo。解：（解：（1）以）以D点为参考点，即点为参考点，即 因为因为 所以所以 又因为又因为 所以所以 （2）以）以O点为参考点，即点为参考点，即 因为因为 所以所以 因为因为 所以所以 1.2.3 电动势（电动势（E） 在下图中，为使水在在下图中，为使水在C管中持续不断地流动，必须用水泵把管中持续不断地流动，必须用水泵把B槽槽中的水不断地泵入中的水不断地泵入A槽
12、中，以维持两槽间的固定水位差，也就是要保槽中，以维持两槽间的固定水位差，也就是要保证水管证水管C两端有固定的水压。电源与水泵的作用相似，它把正电荷由两端有固定的水压。电源与水泵的作用相似，它把正电荷由电源的负极搬到正极在电路中持续不断地流动。电源是利用非电场电源的负极搬到正极在电路中持续不断地流动。电源是利用非电场力把正电荷由电源的负极搬到电源的正极。力把正电荷由电源的负极搬到电源的正极。 在电源内部，电源力将单位正电荷从电源负极在电源内部，电源力将单位正电荷从电源负极b移动移动到正极到正极a所做的功称为电源的电动势。所做的功称为电源的电动势。单位：伏特（单位：伏特（V）方向：在电源内部由负极
13、指向正极方向：在电源内部由负极指向正极大小：等于电源电动势大小：等于电源电动势1.3 电阻电阻1.3.1 导体的电阻导体的电阻1.3.2 电阻定律电阻定律1.3.3 电阻器的主要指标和标志方法电阻器的主要指标和标志方法1.3.1 导体的电阻（导体的电阻（R）导体对电流的这种阻碍作用称为导体的电阻。导体对电流的这种阻碍作用称为导体的电阻。单位：欧姆（单位：欧姆（）、千欧（）、千欧（k）、兆欧）、兆欧(M)1 M=103k=1061.3.2 电阻定律电阻定律 导体的电阻不仅与导体自身的材料有关，而导体的电阻不仅与导体自身的材料有关，而且与导体的长度成正比，与导体的横截面积成反且与导体的长度成正比，
14、与导体的横截面积成反比，这个结论称为电阻定律。比，这个结论称为电阻定律。 式中式中 导导体的体的电电阻率，阻率，单单位位为为欧欧米（米（m）,它它是反映材料是反映材料导电导电性能好坏的物理量。性能好坏的物理量。表表1.3 几种常见材料在几种常见材料在20时的电阻率时的电阻率材料名称材料名称 电阻率（电阻率（m） 用途用途 银银 1.610-8 导线镀银导线镀银 铜铜 1.710-8 导线导线(主要的导线材料主要的导线材料) 铝铝 2.910-8 导线导线 钨钨 5.310-8 白炽灯的灯丝、电器触头白炽灯的灯丝、电器触头 铁铁 1.010-7 锰铜合金锰铜合金 4.410-7 标准电阻标准电阻
15、 康铜合金康铜合金 5.010-7 标准电阻标准电阻 镍铬合金镍铬合金 1.010-6 电炉丝电炉丝 电木电木 1010 1014 绝缘体（制作电器）绝缘体（制作电器） 橡胶橡胶 10131016 1.3.2 电阻定律电阻定律 【例例1.2】 试计算长度为试计算长度为100m，横截面积为，横截面积为2.5mm2的铝导线在的铝导线在20时的电阻值是多少？时的电阻值是多少？ 解：由表解：由表1.3可以查出铝的电阻率为可以查出铝的电阻率为1.3.3 电阻器的主要指标和标志方法电阻器的主要指标和标志方法 1. 电阻器的主要指标电阻器的主要指标 标称阻值标称阻值 为了便于生产，同时考虑到能够满足实际为了
16、便于生产，同时考虑到能够满足实际使用的需要，国家规定了一系列数值作为产品的标准，使用的需要，国家规定了一系列数值作为产品的标准，这一系列叫电阻的标称系列值。这一系列叫电阻的标称系列值。 允许偏差允许偏差 电阻器的标称阻值与实际阻值不完全相符，电阻器的标称阻值与实际阻值不完全相符，存在着误差（偏差）。当存在着误差（偏差）。当R为实际阻值、为实际阻值、RH为标称阻值时，为标称阻值时，允许偏差的表达式为：（允许偏差的表达式为：（R-RH）/RH。允许偏差表示电阻。允许偏差表示电阻器阻值的准确程度，常用百分数表示。器阻值的准确程度，常用百分数表示。 标称功率标称功率 也称为额定功率，是指在一定的条件下
17、，也称为额定功率，是指在一定的条件下，电阻器长期连续工作所允许消耗的最大功率。电阻器长期连续工作所允许消耗的最大功率。 2. 电阻器的标志方法电阻器的标志方法 额定功率、阻值、偏差等电阻器的性能指标额定功率、阻值、偏差等电阻器的性能指标一般用数字和文字符号直接标在电阻器的表面上，一般用数字和文字符号直接标在电阻器的表面上，也可以用不同的颜色表示不同的含义。也可以用不同的颜色表示不同的含义。 色标法是用颜色表示元件的各种参数并直接色标法是用颜色表示元件的各种参数并直接标注在产品上的一种标志方法。标注在产品上的一种标志方法。表表1.5 电阻值的色标符号电阻值的色标符号 颜色颜色 有效数字有效数字
18、乘数乘数 允许偏差允许偏差(%) 颜色颜色 有效数字有效数字 乘数乘数 允许偏差允许偏差(%) 银色银色 10-2 10 黄色黄色 4 104 金色金色 10-1 5 绿色绿色 5 105 0.5 黑色黑色 0 100 蓝色蓝色 6 106 0.2 棕色棕色 1 101 1 紫色紫色 7 107 0.1 红色红色 2 102 2 灰色灰色 8 108 橙色橙色 3 103 白色白色 9 109 +50-20 阻值为阻值为26000、允许偏差、允许偏差5%的电阻器，表示方法的电阻器，表示方法如下图（如下图（a）所示。）所示。 阻值为阻值为17.4、允许偏差为、允许偏差为1%的电阻器，表示方的电阻
19、器，表示方法如上图（法如上图（b）所示。）所示。1.4 欧姆定律欧姆定律1.4.1 部分电路欧姆定律部分电路欧姆定律1.4.2 全电路欧姆定律全电路欧姆定律1.4.3 电源的外特性电源的外特性1.4.1 部分电路欧姆定律部分电路欧姆定律 只含有负载而不包含电源的一段电路称为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。 导体中的电流，与导体两端的电压成正比，与导体导体中的电流，与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比，这个规律称为部分电路欧姆定律的电阻成反比，这个规律称为部分电路欧姆定律。 【例例1.3】当一个白炽灯接上当一个白炽灯接上4.5V电压时，其灯丝的工电压时，其灯丝的工作电
20、阻值为作电阻值为1.5。试问此时流经灯泡的电流是多少？。试问此时流经灯泡的电流是多少？1.4.2 全电路欧姆定律全电路欧姆定律 全电路是指含有电源的闭合电路。全电路是指含有电源的闭合电路。 在一个闭合电路中，电流与电源的电动势成正比，与电在一个闭合电路中，电流与电源的电动势成正比，与电路中内电阻和外电阻之和成反比，这个规律称为全电路欧路中内电阻和外电阻之和成反比，这个规律称为全电路欧姆定律。姆定律。 【例例1.4】有一电源电动势有一电源电动势E=3V，内阻，内阻r=0.4，外接负载电阻，外接负载电阻R=9.6，试求电源端电压和内压降。，试求电源端电压和内压降。 解：由全电路欧姆定律解：由全电路
21、欧姆定律, 得得故电源端电压故电源端电压内压降内压降 【例例1.5】已知电池的开路电压已知电池的开路电压UK=1.5V，接上，接上9的负载电阻时，的负载电阻时，其端电压为其端电压为U=1.35V,试求电池的内电阻试求电池的内电阻r。1.4.3 电源的外特性电源的外特性 1. 电源的外特性电源的外特性 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。系特性曲线称为电源的外特性曲线。 2. 电路的三种状态电路的三种状态 (1) 通路通路 (2)开路开路(3)短路短路 电源短路是严重的故障状态，必须避免发
22、生。但有时在调试和维电源短路是严重的故障状态，必须避免发生。但有时在调试和维修电气设备的过程中，有意将电路中某一部分短路，这是为了让与调修电气设备的过程中，有意将电路中某一部分短路，这是为了让与调试过程无关的部分暂不通电流，或是为了便于发现故障而采用的一种试过程无关的部分暂不通电流，或是为了便于发现故障而采用的一种特殊方法，这种方法也只有在确保电路安全的情况下才能采用。特殊方法，这种方法也只有在确保电路安全的情况下才能采用。电流电流 I=0电源端电压电源端电压 U=E电流电流电源端电压电源端电压 U=0【综合案例综合案例】 在下图所示电路中，设电阻在下图所示电路中，设电阻R1 = 14，R2
23、= 9。当开关。当开关S接到位置接到位置1时，由电流表测得时，由电流表测得I1 = 0.2A；接到位置；接到位置2时，测得时，测得I2 = 0.3A。试求电源电。试求电源电动势动势E和内电阻和内电阻r。解：根据全电路欧姆定律，可列出联立方程：解：根据全电路欧姆定律，可列出联立方程：消去消去E，解得，解得 E = I1R1 + I1r E = I2R2 + I2r 把把r=1代入代入E = I1R1 + I1r，可得，可得E = 3 V1.5 电功与电功率电功与电功率 1.5.1 电功电功1.5.2 电功率电功率1.5.3 焦耳定律焦耳定律1.5.4 负载的额定值负载的额定值1.5.1 电功（电
24、功（W） 电流所做的功称为电功。电流所做的功称为电功。 如果如果a、b两点间的电压为两点间的电压为U，则将电量为的正电荷从，则将电量为的正电荷从a点移到点移到b时时电场力所做的功为电场力所做的功为而而 故故 单位：焦耳（单位：焦耳（J）、千瓦时（）、千瓦时（kWh）（度）（度）1kWh=3.6106J1.5.2 电功率（电功率（P）单位时间内电流所做的功称为电功率。单位时间内电流所做的功称为电功率。单位：单位：瓦特（瓦特（W）、千瓦（）、千瓦（kW）1kW = 1000W解：解： (1) 由部分电路欧姆定律得电阻上的电压降由部分电路欧姆定律得电阻上的电压降U=IR=0.05100=5V (2)
25、 电阻消耗的功率电阻消耗的功率 P=UI=50.05=0.25W(3) 电阻消耗的电能电阻消耗的电能 W=Pt=0.2560=15J 【例例1.6】一个一个100的电阻流过的电阻流过50mA的电流时，求电阻的电流时，求电阻上的电压降和电阻消耗的功率，当通电时间为上的电压降和电阻消耗的功率，当通电时间为1min时，电时，电阻消耗的电能为多少？阻消耗的电能为多少？1.5.3 焦耳定律焦耳定律1. 电流的热效应电流的热效应电流通过导体时使导体发热的现象称为电流的热效应。电流通过导体时使导体发热的现象称为电流的热效应。2. 焦耳定律焦耳定律 电流流过导体产生的热量与电流的平方、导体的电阻和通电时间电流
26、流过导体产生的热量与电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比，这一规律称为焦耳定律。成正比，这一规律称为焦耳定律。 单位：焦耳（单位：焦耳（J）1.5.4 负载的额定值负载的额定值满载：电气设备或元件在额定功率下的工作状态满载：电气设备或元件在额定功率下的工作状态轻载：低于额定功率的工作状态叫做状态轻载：低于额定功率的工作状态叫做状态过载（超载）：高于额定功率的工作状态过载（超载）：高于额定功率的工作状态 为防止电气元件和电气设备因电流过大而发热损坏，对为防止电气元件和电气设备因电流过大而发热损坏，对工作时的电流、电压、功率的最大值都有一定的限制，分别工作时的电流、电压、功率的最大值都有一定的限制，分别称额定电流、额定电压和额定功率。称额定电流、额定电压和额定功率。 【例例1.7】一个一个“220V/100W”的灯泡正常发光时通过灯丝的电流是的灯泡正常发光时通过灯丝的电流是多少？灯丝的电阻是多大？多少？灯丝的电阻是多大？ 解：由解：由P=UI，得得
