免费在线 电路的作用与组成部分 1.2 电路模型 1.3 电压和电流的参考方向 1.4 欧 姆 定 律 1.5 电源有载工作、开路与短路 1.6 基尔霍夫定律 1.7 电路中电位的概念及计算 作业 P30 1.5.9; 1.6.3 ; 1.6.4; 1.7.5 解 I1 I2 I3 I4 由基尔霍夫电流定律可列出 I1－I2＋I3－I4＝0 2－（－3）＋（－2）－I4＝0 可得 I4＝3A 已知：如图所示，I1＝2A，I2＝－3A，I3＝－2A， 试求I4。 例题1.6 电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。 例 I1+I2=I3 例 I=0 基尔霍夫电流定律的扩展 I=? I1 I2 I3 U2 U3 U1 + _ R R1 R + _ + _ R 广义节点 注意：电流只能在闭合路径中通过 1.6.2 基尔霍夫电压定律 从回路中任意一点出发，沿顺时针方向或逆时针方向 循行一周，则在这个方向上的电位升之和等于电位降 之和. 或电压的代数和为 0。 U1＋U4＝U2＋U3 U1－U2－U3＋U4＝0 即 ?U＝0 电位降取正 电位升取负 上式可改写为 E1－E2－R1I1＋R2I2＝0 或 E1－E2＝R1I1－R2I2 即 ?E＝ ?（RI） 在电阻电路中，在任一回路循行方向上，回路 中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。 在这里电动势的参考方向与所选回路循行方向相反者，取正号，一致者则取负号。 电压与回路循行方向一致者，取正号，反之则取负号。 注 基尔霍夫电压定律的推广：可应用于回路的部分电路 ?U＝UA－UB－UAB 或 UAB＝UA－UB E－U－RI＝0 或 U＝E－RI 注 列方程时，要先在电路图上标出电流、电压或 电动势的参考方向。 解 由基尔霍夫电压定律可得 （1）UAB＋UBC＋UCD＋UDA=0 即 UCD＝2V （2）UAB＋UBC＋UCA＝0 即 UCA＝－1V 已知：下图为一闭合电路，各支路的元件是任意 的，但知UAB＝5V，UBC＝－4V，UDA＝－3V 试求：（1）UCD；（2）UCA。 例题1.7 解 应用基尔霍夫电压定律列出 EB－RBI2－UBE＝0 得 I2＝0.315mA EB－RBI2－R1I1＋US＝0 得 I1＝0.57mA 应用基尔霍夫电流定律列出 I2－I1－IB＝0 得 IB＝－0.255mA 如图：RB＝20K? ， R1＝10K? ，EB＝6V US＝6V，UBE＝－0.3V 试求电流IB ，I2及I1。 例题1.8 R1 Uab＝6×10＝60V Uca＝20×4＝80V Uda＝5×6＝30V Ucb＝140V Udb＝90V 设Va=0V Vb－Va＝Uba Vb＝－60V Vc－Va＝Uca Vc＝＋80V Vd－Va＝Uda Vd＝＋30V * 1.1 电路的作用与组成部分 1.2 电路模型 1.3 电压和电流的参考方向 1.4 欧姆定律 1.5 电源有载工作、开路与短路 1.6 基尔霍夫定律 1.7 电路中电位的概念及计算 第 1 章 电路的基本概念与基本定律 本章要求: 1.了解电路模型及理想电路元件的意义； 2.理解电压与电流参考方向的意义 3.理解电路的基本定律并能正确应用； 4.了解电源的有载工作、开路与短路状态， 理解电功率和额定值的意义； 5.掌握分析与计算电路中各点电位的方法。 电路是若干电气设备或电器件按一定方式连接起来构成的电流的通路。 1.1.1 电路的作用 （1）电能的传输和转换 （2）信号的传递和处理 1.1.2 电路的组成 （1）电源 （2）负载 （3）中间环节 返回 电源（electric source)(或信号源）向电路提供 能量或有用信号，如发电机、信号发生器和电池等。 负载（load)实现能量的转换或信号之间的转换， 如电灯、扬声器、电视显示屏、电阻器和电容器等。 中间环节是将电源和负载连接起来的电路部分， 它包换连接导线、开关及信号处理设备， 其作用是输送、分配电能和对电信号进行处理。 中间环节 负载 发电机 升压 变压 器 降压 变压 器 电灯 电动机 电炉 电力系统电路示意图 输电线 放 大 器 话筒 扬声器 扩音机电路示意图 信号源 （电源） 返回 电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作； 由激励在电路各部分产生的电压和电流称为响应。 电路分析，就是在已知电路的结构和元件参数的条件下，讨论电路的激励与响应之间的关系。 电路元件的理想化 在一定条件下突出元件主要的电磁性质，忽略其次要因素，把它近似地看作理想电路元件。 为什么电路元件要理想化? 便于对实际电路进行分析和用数学描述，将实际元件理想化（或称模型化）。 返回 在理想电路元件中主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件。 手电筒的电路模型 U I 开关 E ＋ － R 0 R 干电池 电珠 返回 电压和电流的方向 实际方向 参考方向（人为设定的，目的是为了确定实际方向） 参考方向 在分析计算时人为规定的方向。 返回 1.3 电压和电流的参考方向 物理中对基本物理量规定的方向 1. 电路基本物理量的实际方向 物理量 实 际 方 向 电流 I 正电荷运动的方向 电动势E (电位升高的方向) 电压 U (电位降低的方向) 高电位 ? 低电位 单 位 kA 、A、mA、μA 低电位 ? 高电位 kV 、V、mV、μV kV 、V亿博电竞、mV、μV 注意：它们是标量，规定方向是为了便于电路的计算。 问题 在复杂电路中难于判断元件中物理量的 实际方向，如何解决？ (1) 在解题前任选某一个方向为参考方向（或称正 方向）； (3) 根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正,则实际方向与参考方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。 (2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式； 解决方法 返回 物理量参考方向的表示方法 电池 灯泡 Uab _ + 正负号 a b Uab（高电位在前， 低电位在后） 双下标 箭 头 Uab a b 电压 + - I R 电流：从高电位 指向低电位。 I R Uab E + _ a b U + _ 欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。 返回 伏安特性 线性电阻伏安特性 非线性电阻伏安特性 当电压和电流的参考方向一致时 U=RI 当电压和电流的参考方向相反时 U=－RI 注意: 返回 I U o I U o 若方向关联，以前（或以后）所学公式定律都直接利用！ 解 应用欧姆定律对下图的电路列出式子，并求电阻R 例题1.1 返回 解 a点电位比b点电位低12V n点电位比b点电位低12-5=7V Unb=-7V m点电位比b点电位高3V Umb=3V 于是 n点电位比m点电位低7+3=10V 即 Unm=Unb-Umb=-10V 由欧姆定律得 R＝Unm／I＝5 ? 计算下图的电阻R值，已知Uab＝－12V。 例题1.2 1.5.1 电源有载工作 开关闭合 有载 开关断开 开路 cd短接 短路 返回 开关闭合,接通电源与负载 负载端电压 U = IR （1）特征: 1.5.1 电源有载工作 I R0 R + - E U + - I ① 电流的大小由负载决定。 ② 在电源有内阻时，I ?? U ?。 或 U = E – IR0 电源的外特性 E U I 0 当 R0R 时，则U ? E ，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。 （2）电源与负载的判别 根据 U、I 的实际方向判别 电源：U、I 实际方向相反， 即电流从U“+”端流出， （发出功率）； 负载：U、I 实际方向相同， 即电流从U“+”端流入， （吸收功率）。 R U + _ I I E + _ U + _ 例1： 已知：方框代表电源或负载，U = 220V，I = -1A 试问：哪些方框是电源，哪些是负载？ U I + - (a) U I + - (b) U I - + (c) U I - + (d) 解： (a) 电流从“+”流出，故为电源； (b) 电流从“+”流入，故为负载； (c) 电流从“+”流入，故为负载 ； (d) 电流从“+”流出，故为电源。 2.功率与功率平衡 功率 设电路任意两点间的电压为 U ,流入此部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为: 功率平衡：由U＝E－R0I得 UI＝EI－R0I2 P＝PE－ ?P 电源输出 的功率 电源内阻上 损耗功率 电源产生 的功率 W为瓦[特] KW为千瓦 返回 解 (1)电源 U＝E1－?U1＝E1－IR01 E1＝U＋R01I＝220＋0.6×5=223V （2）负载 U＝E2＋ ?U2＝E2＋R02I E2＝U－R02I＝220－ 0.6×5＝217V 如图，U＝220V，I＝5A，内阻R01＝R02＝0.6? (1)求电源的电动势E1和负载的反电动势E2； (2)试说明功率的平衡 例题1.3 返回 （2）由（1）中两式得 E1＝E2＋R01I＋R02 I 等号两边同乘以I 得 E1I＝E2I＋R01I2＋R02I2 223×5＝217×5＋0.6×52 ＋0.6×52 1115W=1085W＋15W＋15W E2I＝1085W R01I2＝15W R02I2＝15W 负载取用 功率 电源产生 的功率 负载内阻 损耗功率 电源内阻 损耗功率 （3）电气设备的额定值 额定值: 电气设备在正常运行时的规定使用值 （4）电气设备的三种运行状态 欠载（轻载）： I IN ，P PN (不经济) 过载（超载）： I IN ，P PN (设备易损坏) 额定工作状态： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠) ① 额定值反映电气设备的使用安全性； ② 额定值表示电气设备的使用能力。 例： 灯泡：UN = 220V ，PN = 60W 电阻： RN = 100? ，PN =1 W 解 一个月的用电量 W＝Pt＝60（Ｗ）×?× 30 (h) ＝5.4kWh 已知：有一220V 60W的电灯，接在220V的电源上， 求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时电阻。 如每晚用3小时，问一个月消耗电能多少？ 例题1.4 解 在使用时电压不得超过 U＝RI＝500×0.1＝50V 已知：有一额定值为5W 500? 的线绕电阻， 问其额定电流？在使用时电压不得超过多大？ 例题1.5 特征: 开关 断开 1.5.2 电源开路 I = 0 电源端电压 ( 开路电压 ) 负载功率 U = U0 = E P = 0 1. 开路处的电流等于零； I = 0 2. 开路处的电压 U 视电路情况而定。 电路中某处断开时的特征: I + – U 有 源 电 路 I Ro R + - E U0 + - 电源外部端子被短接 1.5.3 电源短路 特征: 电源端电压 负载功率 电源产生的能量全被内阻消耗掉 短路电流（很大） U = 0 PE = ?P = I2R0 P = 0 1. 短路处的电压等于零； U = 0 2. 短路处的电流 I 视电路情况而定。 电路中某处短路时的特征: I + – U 有 源 电 路 I R0 R + - E U0 + - 用来描述电路中各部分电压或各部分电流的关系,包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。 结点：三条或三条以上支路相联接点 支路：电路中每一个分支 回路：电路中一条或多条支路所组成的闭合电路 注 基尔霍夫电流定律应用于结点 基尔霍夫电压定律应用于回路 支路：ab、ad、… ... （共6条） 回路：abda、 bcdb、… ... （共7 个） 结点：a、 b、… ... (共4个） I3 E4 E3 _ + R3 R6 + R4 R5 R1 R2 a b c d I1 I2 I5 I6 I4 - 1.6.1 基尔霍夫电流定律 如图 I1＋I2＝I3 或 I1＋I2－I3＝0 即 ?I＝0 在任一瞬时，流向某一结点的电流之和应该等于流出 该结点的电流之和。即在任一瞬时，一个结点上电流 的代数和恒等于零。 返回 流入取正 流出取负 依据：电流的连续性 * *

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