第1章 電路的基本概念與基本定律

電路分析基礎(chǔ)主要內(nèi)容

直流電路（一、二、三章）交流電路（四、五章）總學(xué)時(shí)：

32學(xué)時(shí)（講課：24實(shí)驗(yàn)：8）學(xué)習(xí)方法及要求一、學(xué)習(xí)方法好的學(xué)習(xí)效果源于好的學(xué)習(xí)習(xí)慣

課堂上緊扣教師的思路和進(jìn)程。充分理解教師反復(fù)強(qiáng)調(diào)的重要概念和原理。積極思考，主動(dòng)回答教師提出的問(wèn)題。及時(shí)梳理每堂課的主要內(nèi)容，沒(méi)聽(tīng)懂的內(nèi)容及時(shí)弄明白。做到能學(xué)以致用，堅(jiān)持獨(dú)立完成每次課后的作業(yè)。課程簡(jiǎn)介二、作業(yè)要求常備2本作業(yè)本，并在封面寫(xiě)明姓名、學(xué)號(hào)；作業(yè)題要抄寫(xiě)題目，有圖必須畫(huà)出；每周首次課前交上周布置的作業(yè)。發(fā)下來(lái)的作業(yè)中如有錯(cuò)，必須改正。三、成績(jī)的評(píng)定總成績(jī)=理論考試×0.6+作業(yè)×0.2+實(shí)驗(yàn)×0.2如作業(yè)或?qū)嶒?yàn)達(dá)不到最低要求，總成績(jī)無(wú)效！第1章電路的基本概念與基本定律1.1電路的作用與組成1.2電路模型1.3電壓和電流的參考方向1.5電源有載工作、開(kāi)路與短路1.4歐姆定律1.6基爾霍夫定律1.7電路中電位的概念及計(jì)算第1章目錄c.負(fù)載

電路是電流的通路。a.電源b.中間環(huán)節(jié)1.1電路的作用與組成部分1.電能的傳輸與轉(zhuǎn)換1.1.1電路的作用和組成發(fā)電機(jī)升壓變壓器輸電線降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)用電器……第1章1

1電路的組成第1章1

12.傳遞與處理信號(hào)

放大器話筒揚(yáng)聲器a.信號(hào)源c.負(fù)載電源和信號(hào)源的電壓或電流稱為激勵(lì)，它推動(dòng)電路的工作。由激勵(lì)在電路中產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。電路分析就是討論激勵(lì)響應(yīng)與的關(guān)系b.中間環(huán)節(jié)基本概念：激勵(lì)與響應(yīng)實(shí)際電路？電路模型？用實(shí)物表示電流流過(guò)的全部通路：：用理想元件描述電路組成的主要電磁特性——簡(jiǎn)稱為電路1.2電路模型第1章1

21.5V重要概念：電路圖上所有的元件都是由實(shí)際元件理想化后的理想元件（用相應(yīng)符號(hào)代表）所構(gòu)成！模型：就是能用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行描述和分析的對(duì)象。第1章1

31.3電壓和電流的參考方向1.電壓、電流的實(shí)際方向(不標(biāo)注！）：一些復(fù)雜電路中，比較難以判斷電壓、電流的實(shí)際方向！2.電壓、電流的參考方向：根據(jù)實(shí)際情況假定并標(biāo)出！！數(shù)值為正：電壓（電流）參考方向與其實(shí)際方向相同例如：E=3V，則U=3V或UAB=3V則U=–3V或UBA=–3VER+–UIAB+–數(shù)值為負(fù)：電壓（電流）參考方向與其實(shí)際方向相反為正確地分析電路，要求在電路圖上標(biāo)上電流和電壓的方向！在參考方向選定后，電流電壓值的正負(fù)才有意義??！1.4歐姆定律歐姆定律揭示了電阻上電壓與電流的關(guān)系。它是分析計(jì)算電路的兩大基本定律之一。理解和使用它應(yīng)該注意：一只電阻上有電流才會(huì)有電壓，反之亦然！電阻上的電流與電壓如始終成正比，則這個(gè)電阻一定是線性電阻。即電阻的阻值與電流、電壓等外部因素?zé)o關(guān)。計(jì)算中使用歐姆定律必須注意U、I參考方向的一致性第1章1

3喬治·西蒙·歐姆（1787～1854）

1826年49歲的歐姆研究了電的傳導(dǎo)問(wèn)題，用其研制的電流扭力天平實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了著名的歐姆定律。同年發(fā)表了《金屬導(dǎo)電定律的測(cè)定》的論文。

1841年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)授予歐姆最高榮譽(yù)的科普列金獎(jiǎng)

1852年65歲的歐姆受聘于慕尼黑大學(xué)的非常任教授，兩年后去世。

第1章1

4通過(guò)電阻的電流與電壓成正比表達(dá)式=

RUIU、I參考方向相同U=–IRU、I參考方向相反圖B中若I=–2A，R=3，則U=–(–2)×3

=

6V電流的參考方向與實(shí)際方向相反–UIR圖A+–或UIR圖B+–UIR圖C+–電壓與電流參考方向相反1.4歐姆定律u/V0i/A電阻值不受外界影響的稱為理想電阻,即：阻值大小與電壓、電流或溫度等使用環(huán)境無(wú)關(guān)的線性常數(shù)。理想電阻的伏安特性曲線（線性）ABUIR+–第1章1

4注意：在分析電路或者計(jì)算電路時(shí)，在電路圖上必須對(duì)所需要引用和計(jì)算的電流和電壓標(biāo)上參考方向！電阻常用單位：歐姆Ω、千歐kΩ、兆歐MΩ1～4節(jié)重要概念的總結(jié)：電路的作用、組成；激勵(lì)與響應(yīng)的定義和關(guān)系。電路圖上所畫(huà)的任何一個(gè)電流、電壓的方向都是參考方向；所畫(huà)的任何一個(gè)元件都是理想元件。在分析計(jì)算電路時(shí)，必須養(yǎng)成標(biāo)注參考方向的習(xí)慣。在給R、L、C理想元件標(biāo)注電流、電壓的參考方向時(shí)，應(yīng)盡量將電流和電壓標(biāo)成一致。1.5電源有載工作、開(kāi)路與短路第1章1

5EUR0電源——為電路提供運(yùn)行所需電能的器件。用2個(gè)理想電磁特性元件來(lái)描述一個(gè)實(shí)際電源的主要特性。輸出正端口輸出負(fù)端口電源模型及其等效含義用電壓描述電能產(chǎn)生形式——等效電動(dòng)勢(shì)E用電阻描述自身消耗電能情況——等效內(nèi)阻U——電源實(shí)際輸出的正負(fù)端口電壓EIU第1章1

51.5.1電源有載工作1.電壓與電流R0RABCDU=RIR

+

R0I=

EU=E–R0IER0IU電源的外特性曲線當(dāng)R0

R時(shí)，UEIU0電源帶負(fù)載能力強(qiáng)指當(dāng)負(fù)載大幅變化時(shí)，電源的端電壓變化很小。第1章1

51.5.1電源有載工作1.電壓與電流U=E

–

R0I

2.功率與功率平衡UI=EI–R0I2

P=PE–

P電源產(chǎn)生功率內(nèi)阻消耗功率電源輸出功率功率的單位：瓦[特](W)或千瓦(kW)電源產(chǎn)生功率=負(fù)載取用功率+內(nèi)阻消耗功率EIUR0RABCD第1章1

5電源在某些情況下實(shí)際上是消耗電能（充電）即做負(fù)載使用，其特征為端電壓方向不變，而電流方向改變。3.電源所處狀態(tài)的判別方法根據(jù)電壓、電流的實(shí)際方向判別作為電源元件時(shí)：I由U的“－”流入，“＋”流出作為負(fù)載元件時(shí)：I由U的“＋”流入，“－”流出方法：根據(jù)U、I數(shù)值的正負(fù)，將負(fù)值的U或I改為其反向（即統(tǒng)一為實(shí)際方向）按下列原則判斷：D－＋UIC－＋UIB＋－UIA＋－UI例題：判斷下面元件是處于電源狀態(tài)還是負(fù)載狀態(tài)？分析方法提示：U、I沒(méi)有具體數(shù)值，無(wú)法判別！已知U=220V,I=－1AI的數(shù)值為負(fù)值，表明參考方向與實(shí)際方向相反。將I的參考方向反轉(zhuǎn)，成與實(shí)際方向一致。根據(jù)U、I現(xiàn)參考方向與各自實(shí)際方向都一致的情況，進(jìn)行判別。4.電源的額定值與實(shí)際值S1220VS2電源+–IS3P

電源輸出的電流和功率由負(fù)載的實(shí)際需求決定，即需要多少就提供多少。額定值：制造廠家為電氣設(shè)備在給定條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的值。通常為制造參數(shù)和使用極限參數(shù)第1章1

5220V/50W50W50W實(shí)際值：元件或設(shè)備在實(shí)際使用中產(chǎn)生的響應(yīng)或消耗的功率！1kw不同性質(zhì)元件額定值的一般意義：電源：額定值多為許可容量或極限值；中間部分元件：額定值為安全極限值，如電阻、電線；負(fù)載：額定值是在該數(shù)值下的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、壽命和安全的綜合值。如電燈、電爐。第1章1

5使用常識(shí)：

無(wú)論何種元件，其額定值與實(shí)際值之間不能等同。對(duì)于電源：在其容量范圍內(nèi)，其實(shí)際輸出功率值一定等于電路的總需求。EIU01.5.2電源開(kāi)路特征R0RABCDI=0U=U0=EP=0第1章1

5電源開(kāi)路對(duì)電源沒(méi)有損壞U

=

0I視電路參數(shù)而定有源電路EUISR1電流過(guò)大，將燒毀電源1.5.3電源短路特征R2R0U=0I=IS=E/R0P=0PE=P=R0IS2

ER1R2R0U短接I第1章1

5+例題1開(kāi)關(guān)閉合前后，電流I、I1、I2如何變化，I1會(huì)否少一些？60w與100w燈，哪一個(gè)燈絲電阻大？如電源的額定功率為125kw，端電壓220v，只接一個(gè)60w/220v燈，燈會(huì)否被燒毀？如100w燈絲已短路，開(kāi)關(guān)S閉合后，100w等會(huì)否被燒斷？220v/100w本節(jié)重要概念的總結(jié)：任何實(shí)際電源的輸出（電壓或電流及功率）都與外界負(fù)載有關(guān)，也與電源自身的內(nèi)阻大小有關(guān)。隨著負(fù)載阻值的減小（即電阻需求功率增加）電源輸出功率增加，但輸出電壓下降。在容量許可內(nèi)，負(fù)載需要多少功率，電源總是按需提供功率。本節(jié)重要方法的總結(jié)：利用實(shí)際方向判別元件處于負(fù)載或電源狀態(tài)的方法。根據(jù)額定值來(lái)計(jì)算許可值或?qū)嶋H值的方法。R3abE1節(jié)點(diǎn)

電路中三條或三條以上支路聯(lián)接的點(diǎn)支路

電路中的每一分支cd回路

由一條或多條支路組成的閉合路徑如acb,ab,adb如abca,adba,adbca

第1章1

6E2如a,bR2R1名詞術(shù)語(yǔ)：網(wǎng)孔

中間無(wú)分支的回路如abca,adba1.6基爾霍夫定律一條支路具有同樣的電流，一個(gè)電路至少有一條回路！基爾霍夫（GustavRobertKirchhoff，1824～1887）成就：1845年21歲時(shí)發(fā)表了第一篇論文，提出了穩(wěn)恒電路網(wǎng)絡(luò)中電流、電壓、電阻關(guān)系的兩條電路定律：基爾霍夫電路定律。

1859年基爾霍夫做了用燈焰燒灼食鹽的實(shí)驗(yàn)，得出熱輻射定律：任何物體對(duì)電磁輻射的發(fā)射本領(lǐng)和吸收本領(lǐng)的比值與物體特性無(wú)關(guān)，是波長(zhǎng)和溫度的普適函數(shù)，即與吸收系數(shù)成正比。并推定：太陽(yáng)光譜的暗線是太陽(yáng)大氣中元素吸收的結(jié)果。這給太陽(yáng)和恒星成分分析提供了一種重要的方法，天體物理由于應(yīng)用光譜分析方法而進(jìn)入了新階段。

1862年提出絕對(duì)黑體的概念。其熱輻射定律和絕對(duì)黑體概念是開(kāi)辟20世紀(jì)物理學(xué)新紀(jì)元的關(guān)鍵之一。1900年M.普朗克的量子論就發(fā)源于此。在海德堡大學(xué)期間制成光譜儀，與本生合作創(chuàng)立了光譜化學(xué)分析法發(fā)現(xiàn)了元素：銫和銣。著有《數(shù)學(xué)物理學(xué)講義》4卷。

I流入

=

I流出（直流電路）i入

=i出（對(duì)任意波形的電流）

KCL——在任一瞬間流入節(jié)點(diǎn)電流和等于流出節(jié)點(diǎn)的電流和！例:若I1=9A,I2=–2A,I4=8A。求:I3=?電流的參考方向與實(shí)際方向相反1.6.1基爾霍夫電流定律(KCL)I1I2I3I4解：第1章1

6漏電保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)第1章1

6IAIBIABIBCICAKCL推廣應(yīng)用ICABC對(duì)A、B、C三個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用KCL可列出：IA=IAB–ICAIB=IBC–IABIC=ICA–IBC上列三式相加，便得IA+IB+IC=0在任一瞬間流過(guò)任一人為封閉面的電流的代數(shù)和恒等于流入之和。第1章1

6例題1：?jiǎn)栆韵码娐分杏卸嗌僦泛徒Y(jié)點(diǎn)？Uab和I是否為零？第1章1

6例題2：求：以下電路中I5。第1章1

6假想閉合面或更直接：E1U4E2U1U2abced+++1.6.2基爾霍夫電壓定律（KVL）

在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段上升電壓的代數(shù)和恒等于下降之和。U上升

=U下降

若求：U2=？E2

=

5VE1=–3V，U4=8V，U1=–2V，U1+

U2+U5=U3+

U4–––+–U5U3+–U2=

2V(–2)+U2–8=(–3)–5第1章1

6根據(jù)U升

=U降

KVL推廣應(yīng)用于假想的閉合回路第1章1

6UAB=E+IRERABI根據(jù)KVL可列出UBUAABCUABUAB=UAUB

UA=

UB+UAB例題3：判斷以下電路中的元件是電源還是負(fù)載？負(fù)載例4.計(jì)算電流I、電壓U和電阻R。1.標(biāo)參考方向，計(jì)算電流。2.按電流參考方向標(biāo)各電阻上的電壓參考方向，計(jì)算電壓U。一、電位的概念電位：選定電路中某點(diǎn)作為參考點(diǎn)，令其電位為零，其它點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓，即為該點(diǎn)的電位，用V表示。參考點(diǎn)不同,電位不同,但任意兩點(diǎn)之間的電壓不變。若電位為負(fù)，則低于參考點(diǎn)電位，兩點(diǎn)之間電壓<0。二、電位的計(jì)算例已知：Uda=4V,Uac=6V,求各點(diǎn)電位

結(jié)論若電位為正，則高于參考點(diǎn)電位，兩點(diǎn)之間電壓>0。2643+-10Vabcd1.7電路中電位的概念及計(jì)算第1章1

7接地點(diǎn)電位值電壓值VaVbVcVdUadUbccdR2E1E2R3R1abcdd三、利用電位化簡(jiǎn)電路E1=2VE2=5V+2V–5VR2R3R1abc+2V–5V第1章1

7三、利用電位化簡(jiǎn)電路ECRCRBTEB+EB

C+E例：思考題：將電路圖化為原理電路圖D2R+3V0VF-12VRCRBT第1章1

7例題：求下圖中的VB。第1章1

7例題1：求下圖中開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)和閉合時(shí)A點(diǎn)的電位VA斷開(kāi)時(shí)閉合時(shí)例題2：求下圖中A、B、C、D的電位。常見(jiàn)作業(yè)格式錯(cuò)誤原題有圖，但作業(yè)上卻不畫(huà)電路圖。所用到的電流、電壓或電位符號(hào)沒(méi)在電路圖上表示出位置和參考方向。把直流電壓U,直流電流I，錯(cuò)誤寫(xiě)成表示交流的u和i符號(hào)。上交之前，請(qǐng)對(duì)照自己作業(yè)改錯(cuò)?。?！第一章小結(jié)一、基本概念

1.

參考方向：真實(shí)方向和假定方向的關(guān)系

2.

額定值：使電器工作在效益最好的狀態(tài)下

3.

功率的計(jì)算及功率性質(zhì)的判別

4.電位的計(jì)算和應(yīng)用二、基本定律

1.歐姆定律（L）U=IR2.基爾霍夫電流定律（KCL）

3.基爾霍夫電壓定律（KVL）電路的基本概念和基本定律自我檢查題一、填空題通常，電路可以分為

、

和

三部分；電路的電源或信號(hào)源的電流和電壓被稱為激勵(lì)，則由于激勵(lì)在電路的各部分產(chǎn)生的電流和電壓稱為

；電路圖中的任何一個(gè)元件都是

元件；能始終遵循歐姆定律的電阻被稱為

電阻；額定值為0.25w/100Ω的電阻，使用時(shí)電流不超過(guò)

，最高電壓不得超過(guò)

；2只220v/100w的電燈串聯(lián)接到220v的電路中，它們消耗的總功率為

；兩只標(biāo)稱值分別為1w/100Ω和0.5w/50Ω的電阻并聯(lián)使用時(shí)，其兩端允許的最大電壓為

；如串聯(lián)使用時(shí)，其允許的最大電流為

；一個(gè)額定值為10kw/380v的電爐如接到220v的電源上，則其實(shí)際消耗的功率為

；一個(gè)冰箱在額定工作狀況下，每天消耗的電能為0.76度，則冰箱的額定功率為

。二、判斷題有了參考方向后，電路的電流和電壓才有正負(fù)之分。（）Uab表示a點(diǎn)的實(shí)際電位一定高于b點(diǎn)的電位。（）在電流和電壓的參考方向不一致時(shí)，歐姆定律的使用表達(dá)式仍然為。（）額定電流為100A的發(fā)電機(jī)，只接了60A的負(fù)載，還有40A被發(fā)電機(jī)自己所消耗。（）對(duì)于電源來(lái)說(shuō)：“電源負(fù)載過(guò)重”意味著負(fù)載所要求的功率大于電源的額定功率。（）電路中的“接地”就是與大地相連。（）第1章復(fù)習(xí)自我檢查題（2）一、填空題對(duì)于一個(gè)實(shí)際電源，隨著其兩端的等效負(fù)載電阻的阻值不斷減少，電源兩端的端電壓隨之

。如果將一