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1、 电路和电路元件电路和电路元件第第1 1章章 电路和电路元件电路和电路元件1.3 电电动势、电位、电压、电功率动势、电位、电压、电功率1.4 电压源和电流源电压源和电流源 电路和电路元件电路和电路元件1-3、电动势、电位、电压、电功率、电动势、电位、电压、电功率 一、电动势：一、电动势： 1、概念：、概念： 在电源内部，电源力在电源内部，电源力F0把单位正电荷从电源负极把单位正电荷从电源负极b沿某一路径沿某一路径l推移到正极推移到正极a所做的功，称为电动势。即：所做的功，称为电动势。即： 电路和电路元件电路和电路元件 2、电动势的方向：、电动势的方向： 电动势的方向规定为由负极指向正极的方向，
2、也即电动势的方向规定为由负极指向正极的方向，也即由低电位端指向高电位端（或电位升高的方向）。在直流由低电位端指向高电位端（或电位升高的方向）。在直流电路中，电源的正、负极是已知的，所以电动势的方向不电路中，电源的正、负极是已知的，所以电动势的方向不必假设。但在交流电路中，电源电动势的实际方向是随时必假设。但在交流电路中，电源电动势的实际方向是随时间作周期性变化，所以电源上所标电动势的方向也是参考间作周期性变化，所以电源上所标电动势的方向也是参考方向。在图中可用箭头表示，也可用方向。在图中可用箭头表示，也可用“+”和和“-”表示。表示。 因为正电荷在电源内部被电源力从负极搬到正极而因为正电荷在电
3、源内部被电源力从负极搬到正极而获得了电位能，可以对外做功，所以电源供给电能（输出获得了电位能，可以对外做功，所以电源供给电能（输出功率）时，真实电流方向是从电源正极流出，负极流入，功率）时，真实电流方向是从电源正极流出，负极流入，即在电源内部电流真实方向与电动势方向一致。即在电源内部电流真实方向与电动势方向一致。 电路和电路元件电路和电路元件 如果电流在电源内部的真实方向与电动势方向相反，如果电流在电源内部的真实方向与电动势方向相反，电流从电源的正极流入，负极流出，此时的电源是吸取电电流从电源的正极流入，负极流出，此时的电源是吸取电能（输入功率），处于负载状态。如蓄电池充电时就属于能（输入功率
4、），处于负载状态。如蓄电池充电时就属于这种情况。这种情况。 举例：举例： 如图所示电路，其中如图所示电路，其中E1是电源而是电源而R和和E2同属于负载。同属于负载。 电动势的单位是伏特（电动势的单位是伏特（V）。）。 电路和电路元件电路和电路元件 二、电位：二、电位： 1、概念：、概念： 单位正电荷在电场中某点单位正电荷在电场中某点a所具有的电力位能，称所具有的电力位能，称为该点的电位为该点的电位Va。 2、电位的相对性和单值性：应注意电位值是相对、电位的相对性和单值性：应注意电位值是相对的，电位的高低是对某一个参考点而言的，某电路的参考的，电位的高低是对某一个参考点而言的，某电路的参考点可以
5、是接地点，也可以是许多元件汇集的公共点，或者点可以是接地点，也可以是许多元件汇集的公共点，或者是为了计算方便而在电路中选择的某一点。参考点的电位是为了计算方便而在电路中选择的某一点。参考点的电位为零，其它各点通过与该参考点比较，可定出各自的电位为零，其它各点通过与该参考点比较，可定出各自的电位数值，而且在同一电路中，取不同的参考点，各电位就有数值，而且在同一电路中，取不同的参考点，各电位就有不同的数值，所以没有参考点的电位数值是没有意义的。不同的数值，所以没有参考点的电位数值是没有意义的。但若选定了一个参考点后，电路中某点电位就只有一个固但若选定了一个参考点后，电路中某点电位就只有一个固定的数
6、值，这就是电位的相对性和单值性。定的数值，这就是电位的相对性和单值性。 电路和电路元件电路和电路元件 举例：如图举例：如图a)、b)所示的电路中，所示的电路中，E=6V。 a)电路中以电路中以A点为参考点有：点为参考点有： A点电位点电位VA=0 B点电位点电位VB=-6V。 电路和电路元件电路和电路元件 b)电路中以电路中以B点为参考点有：点为参考点有： B点电位点电位VB=0 A点电位点电位VA=6V。 3、电位的单位：是伏特（、电位的单位：是伏特（V）。）。 三、电压（电位差）：三、电压（电位差）： 1、概念：、概念： 电路中某两点之间电压的数值等于这两点之间的电电路中某两点之间电压的数
7、值等于这两点之间的电位之差。位之差。 电路中两点间的电压数值与参考点的选择无关，也电路中两点间的电压数值与参考点的选择无关，也与电路路径的选择无关。与电路路径的选择无关。 举例：上例中，不论所选的参考点是举例：上例中，不论所选的参考点是A还是还是B点，点， UAB=UA-UB=6V 电路和电路元件电路和电路元件 2、电压的方向：、电压的方向： 电压的方向规定为由高电位端指向低电位端，即电电压的方向规定为由高电位端指向低电位端，即电位降低的方向。和电流一样，在实际分析计算电路时因不位降低的方向。和电流一样，在实际分析计算电路时因不能事先判断某两电位的高低，所以电压也应假定一个方向能事先判断某两电
8、位的高低，所以电压也应假定一个方向作为它的参考方向，常用下列三种方法之一表示：作为它的参考方向，常用下列三种方法之一表示： （1）、用）、用“+”、“-”符号表示所假定的高电位端符号表示所假定的高电位端和低电位端；和低电位端； （2）、用箭头指向表示电位下降的方向；）、用箭头指向表示电位下降的方向； （3）、用双下标字母表示。例如）、用双下标字母表示。例如Uab表示表示a点为假定点为假定的高电位点，的高电位点，b点为假定的低电位点。点为假定的低电位点。 3、电压与电动势的区别：、电压与电动势的区别： 它们的不同之处是做功的力不同，电压是电场力做它们的不同之处是做功的力不同，电压是电场力做功，电
9、动势是电源力做功。功，电动势是电源力做功。 电路和电路元件电路和电路元件 相同点是它们的单位都是伏特，都表示移动单位正电相同点是它们的单位都是伏特，都表示移动单位正电荷所做的功。荷所做的功。 四、电能和电功率：四、电能和电功率： 1、电能：、电能： 电荷在流动过程中所放出的电能，是以电压和电电荷在流动过程中所放出的电能，是以电压和电荷的乘积表示：荷的乘积表示： W=Uit 单位为焦（单位为焦（J），也常用），也常用“千瓦千瓦.时时”（KW.h，即即“度度”）。）。 2、电功率：、电功率： P=W/t=UI 单位为瓦（单位为瓦（W）。）。1-4、电压源和电流源、电压源和电流源 一、理想电压源和理
10、想电流源：一、理想电压源和理想电流源： 电路和电路元件电路和电路元件 1、理想电压源：、理想电压源： 理想电压源也称为恒压源，它的电路符号如图所示。理想电压源也称为恒压源，它的电路符号如图所示。 理想电压源有如下特点：理想电压源有如下特点： （1）、电源的端电压恒定，流过它的电流大小是由）、电源的端电压恒定，流过它的电流大小是由电压源本身及与它相连的外电路共同决定的。电压源本身及与它相连的外电路共同决定的。 电路和电路元件电路和电路元件 （2）、对外电路来说，与理想电压源并联的元件）、对外电路来说，与理想电压源并联的元件（电阻或电流源），并不影响理想电压源对外电路的作用（电阻或电流源），并不影
11、响理想电压源对外电路的作用（指外电路提供的端电压、电流及功率），它们对外电路（指外电路提供的端电压、电流及功率），它们对外电路的作用只等效为这理想电压源本身的作用，所以这些并联的作用只等效为这理想电压源本身的作用，所以这些并联元件可以除去。但是，就理想电压源本身流过的电流，所元件可以除去。但是，就理想电压源本身流过的电流，所发出的功率前后是不同的。发出的功率前后是不同的。 （3）、当电路中有多个理想电压源串联共同作用时，）、当电路中有多个理想电压源串联共同作用时，可以把它们合并为一个理想电压源，其电动势等于各个理可以把它们合并为一个理想电压源，其电动势等于各个理想电压源电动势的代数和（要注意各
12、电动势的正负极性）。想电压源电动势的代数和（要注意各电动势的正负极性）。 （4）、理想电压源不允许短路，因为短路时）、理想电压源不允许短路，因为短路时RL0，而使，而使I。 电路和电路元件电路和电路元件 2、理想电流源：、理想电流源： 理想电流源也称为恒流源，它的电路符号如图所示。理想电流源也称为恒流源，它的电路符号如图所示。 理想电流源有如下特点：理想电流源有如下特点： （1）、电流源输出的电流恒定，而电源的端电压大）、电流源输出的电流恒定，而电源的端电压大小是由电流源本身及与它相连的外电路共同决定的，因此小是由电流源本身及与它相连的外电路共同决定的，因此不能错误地认为理想电流源的端电压为零
13、。不能错误地认为理想电流源的端电压为零。 电路和电路元件电路和电路元件 （2）、对外电路来说，与理想电流源串联的元件）、对外电路来说，与理想电流源串联的元件（电阻或电压源），并不影响理想电流源对外电路的作用，（电阻或电压源），并不影响理想电流源对外电路的作用，它们对外电路的作用只等效为这理想电流源本身的作用，它们对外电路的作用只等效为这理想电流源本身的作用，所以这些串联元件可以除去。但是，就理想电流源本身的所以这些串联元件可以除去。但是，就理想电流源本身的端电压和所发出的功率前后是不同的。端电压和所发出的功率前后是不同的。 （3）、当电路中有多个理想电流源并联共同作用时，）、当电路中有多个理想
14、电流源并联共同作用时，可以把它们合并为一个理想电流源，其电激流等于各理想可以把它们合并为一个理想电流源，其电激流等于各理想电流源电激流的代数和（要注意电流的方向）。电流源电激流的代数和（要注意电流的方向）。 （4）、理想电流源可以短路，此时）、理想电流源可以短路，此时U=0，即空载，即空载，但不允许开路，因为开路时但不允许开路，因为开路时R，电源端电压，电源端电压U。不。不过切不可因此就把实际常用的电源短路。过切不可因此就把实际常用的电源短路。 二、电压源和电流源：二、电压源和电流源： 1、电压源：、电压源： 电路和电路元件电路和电路元件 用一个恒电动势为用一个恒电动势为E的理想电压源和一个内
15、电阻的理想电压源和一个内电阻R串串联来表示的电源称为电压源。联来表示的电源称为电压源。 电压源的伏安特性如图所示。电压源的伏安特性如图所示。 2、电流源：、电流源： 用一个恒定电流为用一个恒定电流为I（电激流）的理想电流源和一个（电激流）的理想电流源和一个内电阻内电阻R并联的电路来表示的电源称为电流源。并联的电路来表示的电源称为电流源。 电路和电路元件电路和电路元件 电流源的伏安特性如图所示。电流源的伏安特性如图所示。 三、电压源与电流源的等效变换：三、电压源与电流源的等效变换： 1、一个电路的电源可以用电压源的形式表示，也、一个电路的电源可以用电压源的形式表示，也可以用电流源的形式表示。若电
16、压源与电流源互为等效，可以用电流源的形式表示。若电压源与电流源互为等效，则它们必须是对该电路所起的作用完全相同（指电压、电则它们必须是对该电路所起的作用完全相同（指电压、电流的大小和方向、功率的大小完全相同）。流的大小和方向、功率的大小完全相同）。 电路和电路元件电路和电路元件 2、理想电压源与理想电流源之间不能等效变换。、理想电压源与理想电流源之间不能等效变换。 3、电压源与电流源的等效变换实际上是用来分析、电压源与电流源的等效变换实际上是用来分析计算电路的一种方法，因此可以把理想电压源计算电路的一种方法，因此可以把理想电压源E与一个电与一个电阻阻R相串联的电路（此电阻相串联的电路（此电阻R
17、实际上并不是电源的内阻），实际上并不是电源的内阻），变换为一个由电激流大小为变换为一个由电激流大小为IS=E/R的理想电流源与一个电的理想电流源与一个电阻阻R相并联的电路。相并联的电路。 4、电压源与电流源的等效变换只是对外部电路等、电压源与电流源的等效变换只是对外部电路等效，对电源内部并不等效。效，对电源内部并不等效。 举例：在图举例：在图a中，五个元件分别代表电源或负载，中，五个元件分别代表电源或负载，电流和电压的参考方向如图所示，现测得电流和电压的参考方向如图所示，现测得I1=20A，I3=10A，I5=-10A，U1=120V，U2=-70V，U3=50V，U4=30V，U5=-80V
18、。 电路和电路元件电路和电路元件 （1）、试标出各电流及电压的实际方向；）、试标出各电流及电压的实际方向； （2）、求）、求b、f两点间的电压；两点间的电压； （3）、判断哪些元件是电源？哪些是负载？）、判断哪些元件是电源？哪些是负载？ 电路和电路元件电路和电路元件 解：（解：（1）：）： 电路和电路元件电路和电路元件 （2）、）、Ubf=Uba+Uaf=U2+U1=-70+120=50V； Ufb=Ufa+Uab=-U2-U1=-（-70）-120=-50V。 （3）、电源：）、电源：U和和I的实际方向相反。所以电的实际方向相反。所以电源为源为2和和4； 负载：负载：U和和I的实际方向相同。所以负载为的实际方向相同。所以负载为1、3、5。 电路和电路元件电路和电路元件
