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1、项目项目1 认识电路的基本物理量和基尔霍夫定律认识电路的基本物理量和基尔霍夫定律1.1 电路和电路模型1.2 电路的基本物理量及其参考方向1.3 无源元件1.4 电源1.5 基尔霍夫定律项目项目1 认识电路的基本物理量和基尔霍夫定律认识电路的基本物理量和基尔霍夫定律【项目要求】【项目要求】了解电路的基本组成及基本物理量的意义；了解电路的基本组成及基本物理量的意义；掌掌握电压、电流的概念及其正方向的规定；掌握握电压、电流的概念及其正方向的规定；掌握电能与电功率的计算方法；掌握电阻、电感、电能与电功率的计算方法；掌握电阻、电感、电容和电源元件的特性；掌握基尔霍夫定律在电容和电源元件的特性；掌握基尔
2、霍夫定律在电路中的应用；熟悉测量仪表使用。电路中的应用；熟悉测量仪表使用。1.知识要求知识要求（1） 掌握电流、电压参考方向及电能与电功掌握电流、电压参考方向及电能与电功率的计算方法；率的计算方法；（2） 掌握电阻、电感、电容和电源元件的特掌握电阻、电感、电容和电源元件的特性；性；（3） 掌握基尔霍夫定律及应用。掌握基尔霍夫定律及应用。2.技能要求技能要求（1） 根据要求能够正确连接电路；根据要求能够正确连接电路；（2） 能够正确使用电流表、电压表及万用表，能够正确使用电流表、电压表及万用表，准确测量电路中电流、电压、电位等物理量；准确测量电路中电流、电压、电位等物理量；（3） 根据测得电路的
3、物理量，能够分析电路根据测得电路的物理量，能够分析电路的工作状态；的工作状态；（4） 能够对电路元件识读、检测。能够对电路元件识读、检测。【实施目标】【实施目标】（1） 熟悉电流表、电压表、万用表使用方法；熟悉电流表、电压表、万用表使用方法；（2） 连接一个具有三个回路的实际电路，对连接一个具有三个回路的实际电路，对各物理量进行测试，并能分析电路的工作状态；各物理量进行测试，并能分析电路的工作状态；（3） 能够利用基尔霍夫定律解决电路计算问能够利用基尔霍夫定律解决电路计算问题；题；（4） 掌握电路各元件的特性并能够识读、检掌握电路各元件的特性并能够识读、检测。测。【实施器材】【实施器材】（1）
4、 电源、导线、元件、开关若干；电源、导线、元件、开关若干；（2） 配备电流表、电压表、万用表。配备电流表、电压表、万用表。【实施步骤】【实施步骤】（1） 讲解项目要求的相关知识；讲解项目要求的相关知识；（2） 连接一个具有三个回路的实际电路，检连接一个具有三个回路的实际电路，检查无误后，通电测试；查无误后，通电测试；（3） 利用电流表、电压表、万用表，在线测利用电流表、电压表、万用表，在线测量各物理量；量各物理量；（4） 利用基尔霍夫定律计算得到结果与实际利用基尔霍夫定律计算得到结果与实际测得数据比较；测得数据比较；（5） 对电阻、电容、电感器件进行识读、检对电阻、电容、电感器件进行识读、检测
5、。测。【实训报告】【实训报告】实训报告内容包括实施目标、实施器材、实施实训报告内容包括实施目标、实施器材、实施步骤、测量数据、比较数据，并总结体会。步骤、测量数据、比较数据，并总结体会。【相关知识】【相关知识】1.1 电路和电路模型电路和电路模型案例1.1 手电筒电路是大家所熟悉的一种用来手电筒电路是大家所熟悉的一种用来照明的最简单的用电器具，如图照明的最简单的用电器具，如图1-1所示。所示。图图1-1 手电筒电路手电筒电路1.1.1 电路电路 电路电路是为了实现某种功能由电气器件按一定方式连接是为了实现某种功能由电气器件按一定方式连接而成的集合体。而成的集合体。 作用：实现电能的传输和转换；
6、 实现信号的传递和处理。 一个完整的一个完整的电路电路应包括应包括电源电源、负载负载和和中间中间环节环节三部分，是由三部分，是由发生发生、传送传送和和应用电能应用电能（或电信号）的各种部件组成的总体。（或电信号）的各种部件组成的总体。 电源电源是提供电能或电信号的设备；是提供电能或电信号的设备； 负载负载是使用电能或输出电信号的设备；是使用电能或输出电信号的设备； 中间环节中间环节用于传输、控制电能和电信号。用于传输、控制电能和电信号。1.1.2 理想元件理想元件 实际电路器件理想化而得到的只具有某种单实际电路器件理想化而得到的只具有某种单一电磁性质的元件，称为一电磁性质的元件，称为理想电路元
7、件理想电路元件，简称，简称为为电路元件电路元件。每一种电路元件体现某种基本现。每一种电路元件体现某种基本现象，具有某种象，具有某种确定的电磁性质确定的电磁性质和和精确的数学定精确的数学定义义。电路元件按照其与电路其他部分相连接的电路元件按照其与电路其他部分相连接的端钮端钮数数，可以分为，可以分为二端元件和多端元件二端元件和多端元件。二端元件。二端元件通过两个端钮与电路其他部分连接，多端元件通过两个端钮与电路其他部分连接，多端元件通过三个或三个以上端钮与电路其他部分连接。通过三个或三个以上端钮与电路其他部分连接。1.1.3 电路模型电路模型 由由由由理想电路元件理想电路元件理想电路元件理想电路元
8、件互相连接组成的电路称为互相连接组成的电路称为互相连接组成的电路称为互相连接组成的电路称为电路模型电路模型电路模型电路模型。 手电筒电路手电筒电路手电筒电路手电筒电路1.2 电路的基本物理量及其参考方向电路的基本物理量及其参考方向 1.2.1 电流及其参考方向电流及其参考方向金属内的自由电子在电场的作用下做定向运动，形金属内的自由电子在电场的作用下做定向运动，形成成电流电流。电流的强弱用。电流的强弱用电流强度电流强度来衡量。来衡量。 电流强度电流强度在数值上等于在数值上等于单位时间内单位时间内通过导体某一通过导体某一横截横截面面的的电荷量电荷量。规定。规定正电荷运动的方向正电荷运动的方向或或负
9、电荷运动的负电荷运动的相反方向相反方向为电流的为电流的实际方向实际方向。在外电场的作用下，正。在外电场的作用下，正电荷将沿着电场方向运动，而负电荷将逆着电场方向电荷将沿着电场方向运动，而负电荷将逆着电场方向运动，电流的实际方向总是和外电场的方向一致。电运动，电流的实际方向总是和外电场的方向一致。电流强度习惯上流强度习惯上简称为电流简称为电流。大小大小和和方向方向都都随时间随时间而而变化变化的电流称为的电流称为交流电交流电流流，用小写字母，用小写字母i表示表示 。如果电流的如果电流的大小大小和和方向方向不随时间不随时间而而变化变化，则称，则称其为其为直流电流直流电流，用大写字母，用大写字母I表示
10、表示 。 电电流的流的单单位位是是安培安培（A），），简简称称安安。当每秒通。当每秒通过导过导体横体横截面的截面的电电量量为为1库仑库仑（C）时时，电电流流为为1A。表示微小。表示微小电电流流时时，以，以毫安毫安（mA）或）或微安微安（A）为单为单位；表示大位；表示大电电流流时时，以，以千安千安（kA）为单为单位。位。 电流的参考方向电流的参考方向 任意任意规定某一方向规定某一方向作为电流数值为作为电流数值为正正的方向，称的方向，称为为电流的参考方向电流的参考方向，也称为电流的正方向。它是，也称为电流的正方向。它是一个一个任意假定任意假定的电流方向，用的电流方向，用箭头箭头表示在电路上，表示在
11、电路上，并标以并标以符号符号。未规定电流的参考方向未规定电流的参考方向时，电流的正负时，电流的正负没有任何没有任何意义意义。1.2.2 电压和电动势电压和电动势 1.1.电压电压电压电压 电压电压电压电压的的的的实际方向实际方向实际方向实际方向是从是从是从是从高高高高电位点指向电位点指向电位点指向电位点指向低低低低电位点，即电位点，即电位点，即电位点，即电位降的方向。电位降的方向。电位降的方向。电位降的方向。 单位是单位是单位是单位是伏特伏特伏特伏特（V V）。）。）。）。 2.电动势电动势电动势的方向是从电动势的方向是从低电位低电位点指向点指向高电位高电位点，点，即即电位升电位升的方向。的方
12、向。 电动势的电动势的单位单位也是也是伏特伏特（V） 3.电压和电动势的参考方向电压和电动势的参考方向 一般地，在一般地，在一般地，在一般地，在元件或电路两端用符号元件或电路两端用符号元件或电路两端用符号元件或电路两端用符号“+”“+”、“-”“-”分别分别分别分别标定正负极性标定正负极性标定正负极性标定正负极性，由，由，由，由正极正极正极正极指向指向指向指向负极负极负极负极的方向为的方向为的方向为的方向为电压的电压的电压的电压的参考方向参考方向参考方向参考方向，并以，并以，并以，并以箭头箭头箭头箭头表示表示表示表示。如果。如果。如果。如果电压电压电压电压为为为为正正正正值，则值，则值，则值，
13、则实际方向与参考方向实际方向与参考方向实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致一致一致；如果；如果；如果；如果电压电压电压电压为为为为负负负负值，则值，则值，则值，则实际方向与参考方向实际方向与参考方向实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反相反相反。4.关联与非关联参考方向关联与非关联参考方向 如果指定流过元件的如果指定流过元件的如果指定流过元件的如果指定流过元件的电流参考方向电流参考方向电流参考方向电流参考方向是是是是从标以电压正极从标以电压正极从标以电压正极从标以电压正极性的一端指向负极性的一端性的一端指向负极性的一端性的一端指向负极性的一端性的一端指向负极性的一端，即两者的参考
14、方向，即两者的参考方向，即两者的参考方向，即两者的参考方向一致一致一致一致，则把电流和电压的这种参考方向称为则把电流和电压的这种参考方向称为则把电流和电压的这种参考方向称为则把电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向关联参考方向关联参考方向关联参考方向；当两者当两者当两者当两者不一致不一致不一致不一致时，称为时，称为时，称为时，称为非关联参考方向非关联参考方向非关联参考方向非关联参考方向。方法：方法：方法：方法： 电路中电路中电路中电路中任意指定任意指定任意指定任意指定一点作为一点作为一点作为一点作为参考点参考点参考点参考点，假定该点电位是零。假定该点电位是零。假定该点电位是零。假定该点电位是
15、零。 例例例例1-1 1-1 在如图在如图在如图在如图1-91-9所示的电路中，已知所示的电路中，已知所示的电路中，已知所示的电路中，已知U U1 1=10V=10V，U U2 2=-16V=-16V，U U3 3 =-4V =-4V，试求，试求，试求，试求U Uabab。 =-10V+（-16）V-（-4）V=-22V 1.2.3 电功率和电能电功率和电能1.电功率电功率电流通过电路时传输或转换电能的速率称为电流通过电路时传输或转换电能的速率称为电电功率功率，简称为，简称为功率功率，用符号，用符号p表示。表示。单位单位是是瓦特瓦特（W），简称瓦。），简称瓦。若若p0，表示元件实际，表示元件实
16、际吸收或消耗功率吸收或消耗功率；若若p0，表示元件实际，表示元件实际发出或提供功率发出或提供功率。2.电能电能 电能的电能的单位单位是是焦耳焦耳（J） 1.3 无源元件无源元件 案例案例1.21.2 单相异步电动机属于感性负载。图单相异步电动机属于感性负载。图1-141-14是吊扇的是吊扇的电气原理图。其中，电气原理图。其中，L LA A、L LB B分别是单相异步电动机（分别是单相异步电动机（MM）的工作绕组、起动绕组；电容是起动电容，它与起动绕组的工作绕组、起动绕组；电容是起动电容，它与起动绕组串联；串联；S S是开关；电感是吊扇的调速电抗器。是开关；电感是吊扇的调速电抗器。1.3.1电阻
17、元件电阻元件单位是欧姆（单位是欧姆（），简称欧。），简称欧。 （a a）线性电阻的伏安特性曲线）线性电阻的伏安特性曲线 (b) (b)非线性电阻的伏安特性曲线非线性电阻的伏安特性曲线 (c) (c)线性电阻的电路符号线性电阻的电路符号 非线性电阻的电路符号非线性电阻的电路符号 在关在关联联参考方向下，参考方向下，欧姆定律欧姆定律 非关非关联联参考方向，参考方向， 电阻器的电路符号电阻器的电路符号 1.3.2电容元件电容元件单位是单位是法拉（法拉（F），简称法），简称法 。线性电容元件是一个二端元件，电荷量与电压的线性电容元件是一个二端元件，电荷量与电压的比值称为电容比值称为电容 电容元件的图形
18、符号电容元件的图形符号 电容元件的电压电流关系电容元件的电压电流关系 当电压、电流为当电压、电流为关联参考方向关联参考方向时时 非关联参考方向非关联参考方向 3.电容元件的电场能量电容元件的电场能量n个个电电容容串串联联n个个电电容容并并联联常用电容元件的外形常用电容元件的外形 1.3.3 电感元件电感元件1.电感元件电感元件电感线圈简称电感线圈简称线圈线圈，在电路图中用字母，在电路图中用字母“L”表示。表示。 自感磁通链与电流自感磁通链与电流的关系为的关系为 电感的电感的单位单位是是亨利亨利，简称，简称亨（亨（H） 2.电感元件的电压电流关系电感元件的电压电流关系3.电感元件的能量电感元件的
19、能量4.常用电感元件的外形和特点常用电感元件的外形和特点1.4 电源电源案例1.3 蓄电池是一种常见的电源，它多用于汽车、电力机车、应急灯等。下图是汽车照明灯的电气原理图。其中，RA、RB、是一对汽车照明灯；S是开关；US是12V的蓄电池。1.4.1 电压源电压源 1.实际电压源实际电压源 实际电压源如大型电网、直流稳压电源、新的干电池实际电压源如大型电网、直流稳压电源、新的干电池实际电压源如大型电网、直流稳压电源、新的干电池实际电压源如大型电网、直流稳压电源、新的干电池及信号源等，及信号源等，及信号源等，及信号源等，内阻内阻内阻内阻通常通常通常通常很小很小很小很小，在电路中工作时，在电路中工
20、作时，在电路中工作时，在电路中工作时，端电端电端电端电压基本不随外电路的变化而变化压基本不随外电路的变化而变化压基本不随外电路的变化而变化压基本不随外电路的变化而变化。 2.理想电压源理想电压源理想电压源理想电压源理想电压源理想电压源是一种是一种是一种是一种理想理想理想理想的二端元件，元件的的二端元件，元件的的二端元件，元件的的二端元件，元件的电压电压电压电压与与与与通过的电流无关通过的电流无关通过的电流无关通过的电流无关，总保持某给定的数值或给定的时，总保持某给定的数值或给定的时，总保持某给定的数值或给定的时，总保持某给定的数值或给定的时间函数。常将理想电压源间函数。常将理想电压源间函数。常
21、将理想电压源间函数。常将理想电压源简称为电压源简称为电压源简称为电压源简称为电压源。 理想电压源输出电压和所连接的电路无关，理想电压源输出电压和所连接的电路无关，独立独立于电路之外于电路之外，所以称为，所以称为独立电源独立电源；对应于某一时；对应于某一时刻，刻，理想电压源流过的电流的大小与方向由与它理想电压源流过的电流的大小与方向由与它连接的外部电路确定连接的外部电路确定。1.4.2 电流源电流源1.实际电流源实际电流源 2.理想电流源理想电流源 理想电流源理想电流源是一种是一种理想理想的二端元件，元件的电的二端元件，元件的电流与它的电压无关，流与它的电压无关，总保持某给定的数值或给总保持某给
22、定的数值或给定的时间函数定的时间函数，即，即 。常将理想电流源。常将理想电流源简称为电流源。简称为电流源。 理想电流源的伏安特性理想电流源的伏安特性理想电流源输出电流和所连接的电路无关，独理想电流源输出电流和所连接的电路无关，独立于电路之外，所以也称为立于电路之外，所以也称为独立电源独立电源；对应于；对应于某一时刻，某一时刻，理想电流源两端的电压的大小和极理想电流源两端的电压的大小和极性由与它连接的外部电路确定。性由与它连接的外部电路确定。1.4.3 受控电源受控电源1.定义和分类定义和分类 受控电源主要用来表示电路内不同支路物理量之间受控电源主要用来表示电路内不同支路物理量之间受控电源主要用
23、来表示电路内不同支路物理量之间受控电源主要用来表示电路内不同支路物理量之间的控制关系，它本身也是一种电路元件，将控制支的控制关系，它本身也是一种电路元件，将控制支的控制关系，它本身也是一种电路元件，将控制支的控制关系，它本身也是一种电路元件，将控制支路和被控制支路耦合起来，使两个支路中的路和被控制支路耦合起来，使两个支路中的路和被控制支路耦合起来，使两个支路中的路和被控制支路耦合起来，使两个支路中的电压和电压和电压和电压和电流保持一定的数学关系电流保持一定的数学关系电流保持一定的数学关系电流保持一定的数学关系，即受控电源的电压或电，即受控电源的电压或电，即受控电源的电压或电，即受控电源的电压或
24、电流受某一支路电压或电流的控制，流受某一支路电压或电流的控制，流受某一支路电压或电流的控制，流受某一支路电压或电流的控制，是非独立的是非独立的是非独立的是非独立的，故，故，故，故称为称为称为称为受控电源受控电源受控电源受控电源。 受控电源是一个受控电源是一个受控电源是一个受控电源是一个二端口元件二端口元件二端口元件二端口元件，由一对输入端钮施加由一对输入端钮施加由一对输入端钮施加由一对输入端钮施加控制量控制量控制量控制量，称为，称为，称为，称为输入端口输入端口输入端口输入端口；一对输出端钮对外提供电一对输出端钮对外提供电一对输出端钮对外提供电一对输出端钮对外提供电压或电流压或电流压或电流压或电
25、流，称为，称为，称为，称为输出端口输出端口输出端口输出端口。 2.电路符号及特性电路符号及特性 例例1-4 求如图所示电路中求如图所示电路中ab端的等效电阻。端的等效电阻。解解 由由图图1-31易知易知化化简简得得所以所以故故ab端的等效端的等效电电阻阻为为131.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.5.1 一些有关的电路术语一些有关的电路术语 1.支路和节点支路和节点 一般地，把一般地，把一般地，把一般地，把每个二端元件每个二端元件每个二端元件每个二端元件称为一条称为一条称为一条称为一条支路支路支路支路，电路中，电路中，电路中，电路中两条或两条以上支路的两条或两条以上支路的两条或两条以上支路的两
26、条或两条以上支路的连接点连接点连接点连接点称为称为称为称为节点节点节点节点。 流经任意支路的电流称为流经任意支路的电流称为流经任意支路的电流称为流经任意支路的电流称为支路电流支路电流支路电流支路电流，任意支路两，任意支路两，任意支路两，任意支路两端的电压称为端的电压称为端的电压称为端的电压称为支路电压支路电压支路电压支路电压。 为方便起见，为方便起见，在电路分析中，常把几个元件互在电路分析中，常把几个元件互相串接组成的二端电路称为支路，相串接组成的二端电路称为支路，3条或条或3条以条以上支路的连接点称作节点。上支路的连接点称作节点。 电路图电路图2.回路回路由几条支路构成的由几条支路构成的封闭
27、路径封闭路径称为一个称为一个回路回路。3.网孔网孔n n 所谓所谓平面电路平面电路，就是电路图上，就是电路图上无不连接的交无不连接的交叉点叉点的电路。的电路。n n 在平面电路中，如果回路除了组成其本身的在平面电路中，如果回路除了组成其本身的那些支路外，在回路限定面内那些支路外，在回路限定面内不含另外的支路不含另外的支路，这样的回路称为这样的回路称为网孔网孔。n n 网孔网孔是不能够再分割的是不能够再分割的最小回路最小回路。 电路图电路图1电路图电路图21.5.2 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL） 对于电路中任意节点，在任意时刻，对于电路中任意节点，在任
28、意时刻，流出节点流出节点的电流之和的电流之和等于等于流入节点的电流之和流入节点的电流之和。按照电流的参考方向，若规定按照电流的参考方向，若规定流出流出节点的电流节点的电流取取“+”号，号，流入流入节点的电流取节点的电流取“-”号，则基尔霍号，则基尔霍夫电流定律可以表述为：对于电路中的任意节夫电流定律可以表述为：对于电路中的任意节点，在任意时刻，流出或流入节点的各支路电点，在任意时刻，流出或流入节点的各支路电流的流的代数和等于零代数和等于零。其数学表示式为。其数学表示式为节点 节点 节点 节点 对于任意电路，在任意时刻，对于任意电路，在任意时刻，流出包围部分电路流出包围部分电路的任意闭合曲面的各
29、支路电流代数和等于零。的任意闭合曲面的各支路电流代数和等于零。2.基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL） 在在任意时刻任意时刻，沿任意回路内的，沿任意回路内的各支路电压各支路电压的的代代数和数和等于等于零零。 首先要首先要给定各支路电压参考方向给定各支路电压参考方向，其次必须，其次必须指定回指定回路的绕行方向路的绕行方向，当支路电压的参考方向与回路的绕，当支路电压的参考方向与回路的绕行方向行方向一致一致时，该电压前取时，该电压前取“+”号，号，相反相反时前面取时前面取“-”号。回路的号。回路的绕行方向绕行方向用带用带箭头箭头的虚线表示。的虚线表示。 电路图电路图在任意时刻，沿回路各支路电
30、压降的和等在任意时刻，沿回路各支路电压降的和等于电压升的和。于电压升的和。 移移项项得到得到 1.5.3 基尔霍夫定律的应用步骤基尔霍夫定律的应用步骤（1）假设假设各支路各支路电流参考方向电流参考方向，写出，写出KCL方程；方程；（2）规定）规定回路绕行方向回路绕行方向，写出，写出KVL方程；方程；（3）求解求解KCL、KVL联立方程组。联立方程组。 用用KCL对对n-1个个节点列方程节点列方程; 用用KVL对对b-(n-1)个个独立回路独立回路列方程。列方程。例例1-5 如图如图1-39所示电路由三个电源及电阻组成，所示电路由三个电源及电阻组成，求各支路电流。求各支路电流。解解解解: :对节点对节点对节点对节点 对节点对节点对节点对节点 应用应用应用应用KVLKVL写出回路电压写出回路电压写出回路电压写出回路电压方程为方程为方程为方程为
