《電工基礎(chǔ)》課件匯 1 電路的基本概念與基本定律-10電池

1電路的基本概念與基本定律1.1實際電路與電路模型電源：提供電能的設(shè)備(器件)負載：吸取電能的設(shè)備(器件)

中間環(huán)節(jié)：控制裝置、導線等手電筒電路一、實際電路的組成和功能

1.實際電路的組成由實際元器件構(gòu)成的電流的通路叫電路。1.1實際電路與電路模型一、實際電路的組成和功能

一、能量轉(zhuǎn)換、傳輸和分配

如：電力系統(tǒng)輸、配電及用戶負載構(gòu)成的系統(tǒng)2.電路的主要功能（作用）二、信號處理與傳遞

如：收音機、電話、電視機、計算機1.1實際電路與電路模型二、電路模型實際元器件舉例：白熾燈發(fā)光發(fā)熱，消耗電能——電阻性產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量——電感性為了便于分析計算實際電路，在一定條件下，常常忽略實際元器件的次要因素而突出其主要的電磁性質(zhì)，把其看成理想元器件。1.1實際電路與電路模型二、電路模型用理想元件及其組合代替實際元件組成的電路。手電筒電路簡單收音機電路電阻元件R電容元件C電感元件L電源元件US、IS1.2電路的基本物理量一、電流（I）1.物理意義：單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量2.定義：直流——大小和方向都不隨時間變化，簡稱DC。

交流——大小和方向均隨時間變化，簡稱AC。3.單位：安（A）。常用的：mA，μA，kA。4.方向：實際方向—正電荷定向移動的方向。參考方向—任意假設(shè)電流的方向。電流參考方向[例1-1]如圖1-5所示，電路上電流的參考方向已選定。試指出各電流的實際方向。圖1-5例1-1圖解：圖1-5（a）中，I>0,I的實際方向與參考方向相同，電流I由a流向b，大小為2A。圖1-5（b）中，I<0,I的實際方向與參考方向相反，電流I由a流向b，大小為2A。1.2電路的基本物理量二、電壓（U）1.物理意義：AB之間的電壓，就是電場力把單位正電荷從A點移到B點作的功。2.定義：直流——大小和方向都不隨時間變化。

交流——大小和方向均隨時間變化。3.單位：伏特（V）。常用的：mV，μV，kV。4.方向：實際方向—正電荷受電場力作用移動的方向。參考方向—為分析與計算方便而引入。[例1-2]如圖1-7所示，電路上電壓的參考方向已選定。試指出各電壓的實際方向。解：圖1-7（a）中，U>0,U的實際方向與參考方向相同，電壓U由a指向b，大小為10V。圖1-7（b）中，U<0,U的實際方向與參考方向相反，電壓U由b指向a，大小為10V。1.2電路的基本物理量三、電位（V）1.物理意義：電路中某點的電位就是該點到參考點之間的電壓。若：VO=

0VA=U

AOVB=U

BO2.單位：伏特（V）。3.電路中某兩點的電壓就是該兩點電位之差.UAB=VA–VB思考題：UAB

是否表示A端的電位高于B端的電位？[例]如圖所示，Uab=-5V，試問ab兩點哪點電位高？解一：Uab<0,U的實際方向與參考方向相反，電壓U由b指向a,所以b點實際電位高。解二：Uab=Va-Vb<0,Va<Vb,所以b點實際電位高。[例]

如圖所示，U1=-6V，U2=4V，試問Uab等于多少伏？解:按照圖中的參考方向可知1.2電路的基本物理量四、電功率（P/p）1.物理意義：電場力在單位時間內(nèi)所做的功

或電路在單位時間內(nèi)消耗的能量。2.單位：瓦特（W）。常用的：mW，kW。功率的計算常設(shè)電流的參考方向與電壓的參考方向一致，稱為關(guān)聯(lián)參考方向。非關(guān)聯(lián)參考方向。在直流電路中，當電壓電流是關(guān)聯(lián)參考方向時：

P=UI當電壓電流是非關(guān)聯(lián)參考方向時：

P=-UI由于電壓電流均為代數(shù)量，功率可正可負。1.當P>0時，表示元件實際消耗或吸收電能，相當于負載。2.當P<0時，表示元件實際提供或釋放電能，相當于電源。[例1-3]試計算圖中的元件的功率，并判斷其類型。解：（a）元件電流和電壓為關(guān)聯(lián)參考方向P<0，為供能元件，提供能量。（b）元件電流和電壓為非關(guān)聯(lián)參考方向P>0，為耗能元件，吸收能量。1.2電路的基本物理量五、電能（W）功率是能量的平均轉(zhuǎn)換率發(fā)電設(shè)備：功率是單位時間內(nèi)所產(chǎn)生的電能用電設(shè)備：功率是單位時間內(nèi)所消耗的電能1.公式：2.單位：焦耳（J）。常用kW·h1.3電路的基本工作狀態(tài)一、電路的開路工作狀態(tài)電源與負載沒有構(gòu)成閉合回路。當開關(guān)S斷開或電路中的導線有折斷時，電路就處于開路狀態(tài)，又稱為空載狀態(tài)。開路狀態(tài)的電路特征：1.電路中的外電阻可視為無窮大，電路中的電流為零，即I=0。2.電源端電壓大小等于電源電動勢大小，即U1=E。因此，要想測量電源的電動勢，只需用電壓表測量電路的開路電壓即可。3.電源輸出功率和負載的吸收功率均為零，即P1=U1I=0

P2=U2I=0。二、電路的短路工作狀態(tài)電源未經(jīng)負載直接通過導線構(gòu)成閉合回路。開關(guān)S閉合，當電源兩端由于某種事故直接由導線連接，電源輸出電流不經(jīng)過負載，只經(jīng)導線直接流回電源，這種狀態(tài)稱為短路狀態(tài)。短路狀態(tài)的電路特征：1.電路中的外電阻可視為零，電路中的電流為Ig。2.電源端電壓和負載端電壓都為零，即U1=U2=0。3.電源輸出功率和負載的吸收功率均為零，即P1=U1I=0

P2=U2I=0。三、電路的有載工作狀態(tài)電源經(jīng)負載通過導線構(gòu)成閉合回路。當開關(guān)S閉合，電路負載上有電流流過，電源輸出功率，負載吸收功率，這種狀態(tài)稱為有載狀態(tài)。有載狀態(tài)的電路特征：1.電路中的電流為I。2.電源端電壓為U1=E-IR0。負載端電壓U2=U1。3.電源輸出功率為P1=U1I，負載的吸收功率為P2=U2I。負載增大：負載電流或功率增大。電源內(nèi)阻和負載電阻上所消耗的電能會轉(zhuǎn)化成熱能散發(fā)出來。電流過大：設(shè)備的絕緣材料會因過熱加速老化，縮短

使用壽命，甚至損壞。電壓過高：設(shè)備的絕緣材料可能被擊穿而損壞。電壓過低：設(shè)備無法正常工作。為了保證電氣設(shè)備和器件能安全、可靠、經(jīng)濟的工作，制造商規(guī)定了每種設(shè)備和器件在工作時所允許的最大電流、最高電壓和最大功率，這稱為電氣設(shè)備和器件的額定值，分別用IN、UN和PN表示。

電氣設(shè)備都應在額定狀態(tài)下運行。通常把工作電流超過額定值時的情況叫做“超載”或“過載”。把工作電流低于額定值時的情況叫“輕載”或“欠載”。當工作電流等于額定電流時稱為“滿載”。1.4電路的基本元件1.4.1電阻元件

1.電阻：反映材料對電流阻礙作用的物理量。2.電阻元件（R）——理想元件、耗能元件電阻元件符號

3.長直導線電阻的計算4.電阻單位：歐姆（Ω）、千歐（KΩ）、兆歐（MΩ）1kΩ=103Ω，1MΩ=103kΩ=106Ω一、電阻與電阻元件5.常見電阻有

膜式電阻、繞線電阻器等。6.幾種常見的電阻符號。二、電導電阻的倒數(shù)G=1/R單位：西門子(S)三、電阻元件的電壓、電流關(guān)系歐姆定律：施加于電阻元件上的電壓與通過它的電流成正比，這一規(guī)律稱為歐姆定律。U=IR(關(guān)聯(lián)參考方向）也可寫成I=U/R=G·U關(guān)聯(lián)參考方向：在一段電路中，如果電流和電壓的參考方向設(shè)成一致，這種參考方向稱為關(guān)聯(lián)參考方向。

關(guān)聯(lián)參考方向伏安特性曲線線性電阻線性電阻非線性電阻非線性電阻時不變電阻時變電阻時不變電阻時變電阻電壓和電流的函數(shù)關(guān)系稱為“伏—安特性”[例1-4]

計算如圖所示電路的Uao、Ubo、Uco。

已知I1=2A，I2=-4A，I3=-1A，

R1=3Ω，R2=3Ω，R3=2Ω。解：R1、R2的電壓電流是關(guān)聯(lián)參考方向Uao=I1R1=2×3=6（V）Ubo=I2R2=-4×3=-12（V）R3的電壓電流是非關(guān)聯(lián)參考方向Uco=-I3R3=-（-1）×2=2（V）[例1-5]

如圖所示，已知R＝100kΩ，U＝50V,求電流I和I′，并標出電壓U及電流I、

I′的實際方向。解：因為電壓U和電流I為關(guān)聯(lián)參考方向，所以而電壓U和電流I′為非關(guān)聯(lián)參考方向，所以電壓U＞0，實際方向與參考方向相同電流I＞0，實際方向與參考方向相同電流I′＜0，實際方向與參考方向相反

電流I和I′的實際方向相同，說明電流實際方向是客觀存在的，與參考方向的選取無關(guān)。四、電阻元件的功率電阻元件上電壓U與電流I為關(guān)聯(lián)參考方向電阻元件上電壓U與電流I’為非關(guān)聯(lián)參考方向

任何時候電阻元件都不可能輸出電能，而只能從電路中吸收電能，所以電阻元件是耗能元件。1.4.2電容元件一、電容與電容元件

1.電容器：儲存電荷的容器。2.電容元件（C）——理想元件、儲能元件3.電容單位：法拉（F）、微法（μF）、皮法（pF）1F=106

μF=1012pF4.常見電容有滌綸電容、瓷介電容、電解電容等。5.幾種常見的電容符號。二、電容元件的電壓、電流關(guān)系1.如果加在電容兩個極板上的電壓為直流電壓，則極板上的電荷量不發(fā)生變化，電路中沒有電流，電容相當于開路，所以電容有隔斷直流的作用。2.當電容元件兩端的電壓發(fā)生變化時，極板上聚集的電荷也相應地發(fā)生變化，這時電容元件所在的電路中就存在電荷的定向移動，形成了電流。當

為關(guān)聯(lián)參考方向時：任一時刻通過電容的電流與電容兩端電壓對時間的變化率成正比。三、電容元件的功率當

為關(guān)聯(lián)參考方向時：表明電容實際為吸收功率，即電容被充電，吸取能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶瞿芰?。表明電容實際為發(fā)出功率，即電容放電，將儲存的電場能量釋放回電路。它不消耗能量，因此稱電容是儲能元件。1.4.3電感元件一、電感與電感元件

1.電感線圈：儲存磁場能量的元件。2.電感元件（L）——理想元件、儲能元件。3.電感單位：亨利（H）、毫亨（mH）、微亨（μH）1mH=10-3H1μH=10-6H4.常見電感有小型固定電感器、可調(diào)電感器、阻流電感器等。5.幾種常見的電感符號。二、電感元件的電壓、電流關(guān)系

由于自感電動勢的存在，在電感兩端產(chǎn)生電壓，通常選擇電感元件上電流、自感電動勢、電壓三者為關(guān)聯(lián)參考方向。

當電感元件中的電流發(fā)生變化時，自感磁鏈也發(fā)生變化，元件內(nèi)將產(chǎn)生自感電動勢。三、電感元件儲存的能量當

為關(guān)聯(lián)參考方向時：表明電感元件實際為吸收功率，儲存磁場能量。表明電感元件實際為發(fā)出功率，釋放磁場能量。它不消耗能量，因此電感元件也是儲能元件。1.4.4理想電源一、電源向電路提供能量或者信號的設(shè)備稱為電源。電源電壓源電流源獨立電源二、理想電壓源1.電壓源—理想電壓源的簡稱。它的端電壓總可以按照給定的規(guī)律變化而與通過它的電流無關(guān)。2.常見的電壓源有干電池,蓄電池，發(fā)電機以及一些信號源。3.直流電壓源電壓與電流特性曲線。三、理想電流源1.電流源—理想電流源的簡稱。它發(fā)出的電流總可以按照給定的規(guī)律變化而與其端電壓無關(guān)。2.常見的電流源如光電池及一些信號源。3.直流電流源電壓與電流特性曲線。1.5基爾霍夫定律一、電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)名詞解釋支路：至少有一個元件且通過同一電流的路徑節(jié)點：三條或三條以上支路的交會點回路：電路中任一閉合路徑網(wǎng)孔：不包圍其他支路在里面的最簡單回路AEC、AB、AD、BD、DC有源支路、無源支路A、B/C、DAECBA、ABDA、BCDB、ABCDA、AECDA、AECBDAAECBA、ABDA、BCDB網(wǎng)孔一定是回路，回路不一定是網(wǎng)孔。

二、基爾霍夫電流定律（KCL）任一時刻，對電路中任一節(jié)點，流入節(jié)點的電流=從該點流出的電流?；蛘撸毫魅牖蛄鞒鲈摴?jié)點的電流代數(shù)和為零。

如圖，在節(jié)點A處有：若規(guī)定：流出為“+”，流入為“-”寫成一般公式為：[例1-9]

如圖所示電路中，在給定的電流參考方向下，已知I1=3A、I2=5A、I3=-18A、I5=9A，求電流I4及I6。

解：對節(jié)點a，根據(jù)KCL定律可知：-I1-I2+I3+I4=0則：I4=I1+I2-I3=（3+5+18）A=26（A)對節(jié)點b，根據(jù)KCL定律可知：-I4-I5-I6=0則：I6=-I4-I5=（-26-9）A=-35(A)

基爾霍夫電流定律（KCL）的推廣：電路中任一節(jié)點電路中任一假設(shè)封閉面廣義節(jié)點I1-I2-I3-I5+I6+I7=0[例]

如圖所示電路中，在給定的電流參考方向下，已知Ia=1mA、Ib=10mA、Ic=2mA，求電流Id。

解：對廣義節(jié)點，根據(jù)KCL定律可知：Ia+Ib+Ic+Id=0則：Id=-(Ia+Ib+Ic)=-（1+10+2）=-13（mA)三、基爾霍夫電壓定律（KVL）在一個閉合回路中，按一定繞行方向，沿回路一周各段電壓的代數(shù)和為零。1.選取“繞行方向”2.確定各電壓變量的正、負號3.列出KVL方程[例1-11]

試求圖示電路中元件3、4、5、6的電壓。解：在回路cedc中，U5=-U7-U9=[-1-（-5）]=4（V)在回路becb中，U3=U2-U5=(3-4)=-1（V）在回路daed中，U6=-（U4+U7）=-（7+1）=-8（V）在回路aeba中，U4=U2+U1=（3+4）=7（V）U5+U7+U9=0U2-U5-U3=0U4-U2-U1=0U6+U4+U7=0

基爾霍夫電壓定律（KVL）的推廣：1.回路中存在非電壓源，比如電阻。寫KVL方程的步驟如下：(1)標出電流參考方向并編號(2)標出回路繞行方向(3)公式中各項前的“+”“-”確定

I與一致取“+”US與一致取“+”

I與相反取“-”US與相反取“-”IR項US

項

基爾霍夫電壓定律（KVL）的推廣：2.不閉合的電路。寫KVL方程的步驟如下：(1)在開口處標以電壓UAB(2)標出電流參考方向并編號(3)標出回路繞行方向(4)公式中各項前的“+”“-”確定同前[例1-12]一段有源支路如圖1-48所示，已知E＝12V，U＝8V，R＝5Ω，設(shè)電流參考方向如圖所示，求I。解：這一段含源支路可看成是一個不閉合回路，開口處可看成是一個電壓大小為U的電壓源。選擇順時針繞行方向根據(jù)KVL可得E+RI-U＝0電流為負值，說明其實際方向與圖中參考方向相反。[例]如圖所示，已知：I1=2A，I3=7A，US1=10V，US2=20V，R1=4Ω，R2=6Ω，R3=10Ω，求：UCD。解：求UCD需要求I2，由KCL可知(B點)在CD兩端標出UCD的參考方向選取開口電路的繞行方向[練習1]如圖所示，已知：I1=1A，I2=3A，I5=9A，求：I3，I4，I6。解：由KCL[練習2]如圖所示，求：電流I1、I2、I3、I4和電壓U

。解：設(shè)電流I1、I2、I3、I4流過的電阻上的電壓

分別為U1、U2、U3、U4

，方向與該電流方向相同。電工基礎(chǔ)實驗一萬用表的使用一、萬用表的基本工作原理

“萬用表”是萬用電表的簡稱，它是我們電子制作中一個必不可少的工具。萬用表能測量電流、電壓、電阻、有的還可以測量三極管的放大倍數(shù)，頻率、電容容量大小、邏輯電位、分貝值等。萬用表有很多種，現(xiàn)在最流行的有機械指針式的和數(shù)字式的萬用表。它們各有其優(yōu)缺點;對于電子初學者，建議使用指針式萬用表，因為它對我們熟悉一些電子知識原理很有幫助。下面主要介紹一下機械指針式萬用表的測量原理。

此類萬用表的基本原理是利用一只靈敏的磁電式直流電流表（微安表）做表頭。當微小電流通過表頭，就會有電流指示。但表頭不能通過大電流，所以，必須在表頭上并聯(lián)與串聯(lián)一些電阻進行分流或降壓，從而測出電路中的電流、電壓和電阻。下面分別給予介紹。

1.

測直流電流原理。

如圖所示，在表頭上并聯(lián)一個適當?shù)碾娮瑁ń蟹至麟娮瑁┻M行分流，就可以擴展電流量程。改變分流電阻的阻值，就能改變電流測量范圍。

2.

測直流電壓原理。

如圖所示，在表頭上串聯(lián)一個適當?shù)碾娮瑁ń斜对鲭娮瑁┻M行降壓，就可以擴展電壓量程。改變倍增電阻的阻值，就能改變電壓的測量范圍。

被測直流電流3.

測交流電壓原理。

如圖所示，因為表頭是直流表，所以測量交流時，需加裝一個并、串式半波整流電路，將交流進行整流變成直流后再通過表頭，這樣就可以根據(jù)直流電的大小來測量交流電壓。擴展交流電壓量程的方法與直流電壓量程相似。

4.

測電阻原理。

如圖所示，在表頭上并聯(lián)和串聯(lián)適當?shù)碾娮?，同時串接一節(jié)電池，使電流通過被測電阻，根據(jù)電流的大小，就可測量出電阻值。改變分流電阻的阻值，就能改變電阻的量程。二、萬用表的使用萬用表（以105型為例）的表盤如右圖所示。通過轉(zhuǎn)換開關(guān)的旋鈕來改變測量項目和測量量程。機械調(diào)零旋鈕用來保持指針在靜止處在左零位?！唉浮闭{(diào)零旋鈕是用來測量電阻時使指針對準右零位，以保證測量數(shù)值準確。

萬用表的測量范圍如下：

直流電壓：分5檔—0-6V；0-30V；0-150V；0-300V；0-600V。

交流電壓：分5檔—0-6V；0-30V；0-150V；0-300V；0-600V

直流電流：分3檔—0-3mA；0-30mA；0-300mA。

電

阻：分5檔—R*1；R*10；R*100；R*1K；R*10K

測量電阻：--先將表棒搭在一起短路，使指針向右偏轉(zhuǎn)，隨即調(diào)整“Ω”調(diào)零旋鈕，使指針恰好指到0。然后將兩根表棒分別接觸被測電阻（或電路）兩端，讀出指針在歐姆刻度線（第一條線）上的讀數(shù)，再乘以該檔標的數(shù)字，就是所測電阻的阻值。例如用R*100擋測量電阻，指針指在80，則所測得的電阻值為80*100=8K。由于“Ω”刻度線左部讀數(shù)較密，難于看準，所以測量時應選擇適當?shù)臍W姆檔。使指針在刻度線的中部或右部，這樣讀數(shù)比較清楚準確。每次換檔，都應重新將兩根表棒短接，重新調(diào)整指針到零位，才能測準。

測量直流電壓：--首先估計一下被測電壓的大小，然后將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至適當?shù)腣量程，將正表棒接被測電壓“+”端，負表棒接被測量電壓“-”端。然后根據(jù)該檔量程數(shù)字與標直流符號“DC-”刻度線（第二條線）上的指針所指數(shù)字，來讀出被測電壓的大小。如用V300伏檔測量，可以直接讀0-300的指示數(shù)值。如用V30伏檔測量，只須將刻度線上300這個數(shù)字去掉一個“0”，看成是30，再依次把200、100等數(shù)字看成是20、10既可直接讀出指針指示數(shù)值。例如用V6伏檔測量直流電壓，指針指在15，則所測得電壓為1.5伏。測量直流電流：--先估計一下被測電流的大小，然后將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至合適的mA量程，再把萬用表串接在電路中，如圖所示。同時觀察標有直流符號“DC”的刻度線，如電流量程選在3mA檔，這時，應把表面刻度線上300的數(shù)字，去掉兩個“0”，看成3，又依次把200、100看成是2、1，這樣就可以讀出被測電流數(shù)值。例如用直流3mA檔測量直流電流，指針在100，則電流為1mA。測量交流電壓：--測交流電壓的方法與測量直流電壓相似，所不同的是因交流電沒有正、負之分，所以測量交流時，表棒也就不需分正、負。讀數(shù)方法與上述的測量直流電壓的讀法一樣，只是數(shù)字應看標有交流符號“AC”的刻度線上的指針位置。三、使用萬用表注意事項萬用表是比較精密的儀器，如果使用不當，不僅造成測量不準確且極易損壞。但是，只要我們掌握萬用表的使用方法和注意事項，謹慎從事，那么萬用表就能經(jīng)久耐用。使用萬用表是應注意如下事項：

1)測量電流與電壓不能旋錯檔位。如果誤將電阻檔或電流檔去測電壓，就極易燒壞電表。萬用表不用時，最好將檔位旋至交流電壓最高檔，避免因使用不當而損壞。

2)測量直流電壓和直流電流時，注意“+”“-”極性，不要接錯。如發(fā)現(xiàn)指針開反轉(zhuǎn)，既應立即調(diào)換表棒，以免損壞指針及表頭。

3)如果不知道被測電壓或電流的大小，應先用最高檔，而后再選用合適的檔位來測試，以免表針偏轉(zhuǎn)過度而損壞表頭。所選用的檔位愈靠近被測值，測量的數(shù)值就愈準確。4)測量電阻時，不要用手觸及元件的裸露的兩端（或兩支表棒的金屬部分），以免人體電阻與被測電阻并聯(lián)，使測量結(jié)果不準確。

5)測量電阻時，如將兩支表棒短接，調(diào)“零歐姆”旋鈕至最大，指針仍然達不到0點，這種現(xiàn)象通常是由于表內(nèi)電池電壓不足造成的，應換上新電池方能準確測量。

6)萬用表不用時，不要旋在電阻檔，因為內(nèi)有電池，如不小心易使兩根表棒相碰短路，不僅耗費電池，嚴重時甚至會損壞表頭。實驗內(nèi)容一、識別色環(huán)電阻，測量驗證；二、測量電池的電壓三、完成實驗報告

實驗報告寫法：1、實驗題目2、實驗內(nèi)容：包括：實驗日期、測試人員；實驗設(shè)備型號；被測試的名稱；實驗的方法；3、實驗結(jié)果與結(jié)論2電路的分析方法復雜電路：二端網(wǎng)絡(luò)端口電流I端口電壓U網(wǎng)絡(luò)等效的概念:在網(wǎng)絡(luò)M的兩端加電壓U，得到的電流是I。如果在網(wǎng)絡(luò)N的兩端施加同樣的電壓U，得到的電流是同樣的I。則：網(wǎng)絡(luò)N與網(wǎng)絡(luò)M就整體而言，在電路中的作用是等效的。若用一個網(wǎng)絡(luò)N去等效代替原有網(wǎng)絡(luò)M，只要能滿足端口處電流和電壓關(guān)系不變，兩個網(wǎng)絡(luò)就是等效的。2.1電阻的串并聯(lián)及其等效變換2.1.1串聯(lián)電阻的等效簡化

兩個或兩個以上電阻首尾相聯(lián)，中間沒有分支，各電阻流過同一電流的連接方式，稱為電阻的串聯(lián)。一、電阻串聯(lián)電路的特點1.流過每個電阻的電流相等。2.電路兩端的電壓等于各個電阻兩端的電壓之和。3.串聯(lián)電阻的總電阻（等效電阻）等于各個電阻之和。4.各電阻兩端的電壓和該電阻的阻值成正比。5.各電阻的功率和該電阻的阻值成正比。二、電阻串聯(lián)電路的應用1.采用幾只電阻器串聯(lián)來獲得阻值較大的電阻。2.構(gòu)成分壓器。利用“串聯(lián)分壓”來擴展電壓表的量程例如，C30-V型磁電系電壓表是由表頭與電阻串聯(lián)的電路組成。例：假設(shè)有一個表頭，內(nèi)阻Rg=1000Ω，滿偏電流Ig=100μA。要把它改裝成量程是3V的電壓表，應該串聯(lián)多大的電阻？Ig+RGRg–解：電表指針滿偏時它兩端的電壓

Ug=IgRg=0.1V，現(xiàn)在要讓它測量最大為3V的電壓，則分壓電阻R必須分擔UR=3-0.1=2.9V的電壓。由于串聯(lián)的分壓電阻電流等于Ig，則：2.1.2并聯(lián)電阻的等效簡化

兩個或兩個以上電阻首尾兩端分別連接在兩個節(jié)點上，各電阻處于同一電壓下的連接方式，稱為電阻的并聯(lián)。一、電阻并聯(lián)電路的特點1.電路兩端電壓與每個電阻兩端的電壓相等。2.電路中的總電流等于每個電阻上的電流之和。電阻并聯(lián)通常記為R1//R2//…//Rn

在電路計算中，通常遇到最多的情況就是兩個電阻并聯(lián)。R1//R23.并聯(lián)電阻的總電阻（等效電阻）的倒數(shù)等于各個電阻倒數(shù)之和。4.各電阻上分得的電流和該電阻的阻值成反比。5.各電阻的功率和該電阻的阻值成反比。二、電阻并聯(lián)電路的應用1.采用幾只電阻器并聯(lián)來獲得阻值較小的電阻。2.利用“并聯(lián)分流”來擴展電流表的量程。例如，C41-μA磁電系電流表是由表頭與電阻串、并聯(lián)的電路組成。[例2-2]如圖所示的C41-μA型磁電系電流表的表頭內(nèi)阻Rg=1.92KΩ，各分流電阻分別為R1=1.6KΩ，R2=960Ω，R3=320Ω，R4=320Ω；表頭所允許通過的最大電流為62.5μA，試求擴展后的電流表各量程的電流值I1、I2、I3、I4。解：表頭所允許通過的最大電流為62.5μA。開關(guān)在“1”檔：當開關(guān)在“2”檔時：當開關(guān)在“3”檔時：當開關(guān)在“4”檔時：2.1.3電阻的混聯(lián)1.電阻混聯(lián)電路：串聯(lián)和并聯(lián)電阻組合成的二端電阻網(wǎng)絡(luò)。R2aR4R3bR12.混聯(lián)電阻的等效電阻①觀察法②等電位法R2aR4R3bR1R4R3R21.觀察法ccaR2R32.等電位法步驟：（1）找節(jié)點，標符號；

注意：電位相等，符號相同；（2）沿一支路，畫出電阻，標出節(jié)點；

注意：如所選支路不能包含所有的節(jié)點,

則必須再聯(lián)通一條支路,把未包含的節(jié)點包含其中；（3）將未連接的電阻連接在相應的節(jié)點之間（4）檢查是否有遺漏的電阻并進行計算Rab=?R2R1bR3R4aabR4caR1accR1R4a[例2-3]求圖中ab端的等效電阻。

Rab=R1+(R2//R3)+(R4//R5)+R6

[練習1]求下列圖中ab端的等效電阻。[練習2]求下列圖中ab端的等效電阻。[練習3]下圖所示電路中，當ab間因故障斷開時，用電壓表測得Uab為多少？[練習4]下圖電路中，求ab間等效電阻Rab和電流I。已知Uab為16V。2.1.4電阻Y-△聯(lián)結(jié)的等效變換Y聯(lián)結(jié)△聯(lián)結(jié)2、變換公式已知△聯(lián)結(jié)時電阻（、、）,求Y聯(lián)結(jié)時電阻（、、）:例：三個3Ω的電阻三角形聯(lián)結(jié),等效變換為星形聯(lián)結(jié)后等效電阻大小多少？已知Y聯(lián)結(jié)時電阻（、、）,求△聯(lián)結(jié)時電阻（、、）:例：三個2Ω的電阻星形聯(lián)結(jié),等效變換為三角形聯(lián)結(jié)后等效電阻大小多少？2.2電壓源與電流源的等效變換理想電壓源理想電流源2.2.1實際電壓源1.定義：用數(shù)值等于US的理想電壓源和一個內(nèi)阻Rs相串聯(lián)的電路模型。比如：發(fā)電機、干電池和各種信號源都含有電動勢和內(nèi)阻，因此都可以用實際電壓源模型來表示。外部電路2.電壓源是以輸出電壓的形式向外電路（負載）供電的。電壓源的端電壓總是小于US。3.如果RS=0，U=US,那就是理想電壓源。電壓源內(nèi)阻越小，對外電路的影響就越小，或者說就是對外供電越穩(wěn)定。4.短路電流IS很大，容易造成電源損壞，應避免。2.2.2實際電流源1.定義：用數(shù)值等于IS的理想電流源和一個內(nèi)阻Rs’相并聯(lián)的電路模型。比如：穩(wěn)流電源、光電池。外部電路2.電流源的輸出電流隨內(nèi)阻的增大而增大，故電流源的內(nèi)阻越大越好。如果Rs’=∞，I=IS,那就是理想電流源。2.2.2電源的等效變換外部電路外部電路1.電源的等效變換的含義：一電壓源和一電流源互相變換后，對同一負載的供電性能不變，稱為這兩個電源的等效變換。電壓源電流源2.電源的等效變換的條件：電壓源電流源電壓源電流源電壓源電流源3.注意幾點：（1）進行等效互換時，電壓源的電壓極性與電流源的電流方向的參考方向要求一致。也就是說電壓源的正極對應著電流源電流的流出端。電壓源電流源（2）所謂“等效”是指“對外電路等效”，對電源內(nèi)部不一定等效。比如：在電源開路時內(nèi)阻RS不消耗能量內(nèi)阻Rs’消耗能量（3）多個電源連接情況下等效分析。a.電壓源串聯(lián)。b.電流源并聯(lián)。c.理想電壓源和理想電流源串、并聯(lián)。[例]在下圖電路中，負載RL中的電流I及其兩端的電壓U各為多少？理想電壓源和理想電流源并聯(lián)，理想電流源對外電路不起作用。理想電壓源和理想電流源串聯(lián)，理想電壓源對外電路不起作用。結(jié)論：（4）理想電壓源和理想電流源之間不能互換。因為理想電壓源內(nèi)阻為0，理想電流源內(nèi)阻∞，不能滿足。（5）理想電壓源如果和外接電阻串聯(lián)，可把外接電阻當作內(nèi)阻，

則可以等效為電流源。理想電流源如果和外接電阻并聯(lián)，可把外接電阻當作內(nèi)阻，則可以等效為電壓源。[練習1]把圖中的電壓源模型變換為電流源模型。[練習2]把圖中的電流源模型變換為電壓源模型。[例2-6]將下圖所示電源分別簡化為電壓源和電流源。解：（1）將電源電路簡化為電壓源：5A電流源和4Ω內(nèi)阻可等效變換為20V,內(nèi)阻為4Ω的電壓源3V電壓源和20V電壓源串聯(lián)，極性相反，故可轉(zhuǎn)化為一個17V、內(nèi)阻為4Ω的電壓源。（2）將電源電路簡化為電流源：IS=17/4=4.25(A)RS=4Ω[例2-7]已知IS=1A，US1=15V，US2=12V，利用電源的等效變換求圖所示電路中6Ω電阻上的電流I。注意：在整個變換過程中，所求量的所在支路不能參與等效變換，把它看成外電路始終保留。[練習3]利用電源的等效變換求圖所示電路中的電流I。2.3支路電流法一、什么是“支路電流法”

以支路電流為未知量，應用基爾霍夫電流定律（KCL）列出獨立的節(jié)點電流方程，應用基爾霍夫電壓定律（KVL）列出獨立的回路電壓方程，聯(lián)立方程求出各支路電流，然后根據(jù)電路的基本關(guān)系求出其它未知量。支路數(shù)b＝3節(jié)點數(shù)n＝2回路數(shù)3網(wǎng)孔數(shù)m＝21、對節(jié)點列KCL方程節(jié)點a：節(jié)點b：結(jié)論：有n個節(jié)點的電路，只能列出（n－1）個獨立的KCL方程。n個節(jié)點中，只有（n－1）個節(jié)點是獨立的，稱為獨立節(jié)點。標出電流的參考方向2、對回路列KVL方程三個回路，繞行方向均選擇順時針方向左面回路：右面回路：整個回路：當電流參考方向與網(wǎng)孔繞行方向一致,該電阻壓降取“+”。網(wǎng)孔繞行方向由US的“+”指向“-”,該US取“+”。結(jié)論：可選取網(wǎng)孔作為回路列KVL方程，因為每個網(wǎng)孔都是一個獨立回路。二、支路電流法求解各支路電流的步驟如下：1.任選各支路電流的參考方向，并以各支路電流為待求量，電流編號與所在支路電阻編號統(tǒng)一。2.n個節(jié)點列出n-1個節(jié)點電流方程。3.任選m個網(wǎng)孔的繞行方向，并進行編號。列網(wǎng)孔的回路電壓方程。4.求解b=m+（n-1）個聯(lián)立方程式。如果電流為正值，說明電流實際方向與所選電流參考方向相同，反之則相反。[例2-8]在圖示電路中，已知R1=2Ω，R2=3Ω，R3=8Ω，US1=14V，US1=2V，試求各支路電流。解：設(shè)各支路電流的參考方向如圖所示，并指定網(wǎng)孔的繞行方向為順時針方向。節(jié)點a：左面回路：右面回路：將數(shù)據(jù)代入，可得解得:I1=3A，I2=－2A，I3=1A[例2-9]在圖示電路中，已知US1=12V，US2=12V，R1=1Ω，R2=2Ω，R3=2Ω，R4=4Ω，求各支路電流。解：設(shè)各支路電流的參考方向如圖所示對于節(jié)點a：I1+I2-I3-I4=0對于回路①：-I1R1+US1-I3R3=0對于回路②：-I2R2+US2-US1+I1R1=0對于回路③：I4R4-US2+I2R2=0代入數(shù)據(jù)得：I1=4A，I2=2A，I3=4A，I4=2A[練習1]圖中各元件的數(shù)據(jù)已知：US1=60V，US2=20V，R1=10Ω，R2=4Ω，R3=20Ω，用支路電流法求各支路電流。解：選各支路電流參考方向及網(wǎng)孔繞行方向。對節(jié)點A:對網(wǎng)孔①:對網(wǎng)孔②:代入數(shù)據(jù)，整理后得解方程組得:A,A,A。[練習2]圖中各元件的數(shù)據(jù)已知：US1=120V，US2=116V，R1=0.8Ω，R2=0.4Ω，R3=4Ω，IS=10A,用支路電流法求各支路電流。解：選各支路電流參考方向及網(wǎng)孔繞行方向。對節(jié)點a:對網(wǎng)孔①:對網(wǎng)孔②:代入數(shù)據(jù)，整理后得解方程組得:2.6戴維南定理一、二端網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)概念1.二端網(wǎng)絡(luò)：具有兩個引出端與外電路相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。

有源二端網(wǎng)絡(luò)：內(nèi)部含有電源的二端網(wǎng)絡(luò)。如圖中①。無源二端網(wǎng)絡(luò)：內(nèi)部不含電源的二端網(wǎng)絡(luò)。如圖中②。2.無源二端網(wǎng)絡(luò)的等效變換:3.有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效變換:結(jié)論:1.任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，對于外電路而言，可以用一電壓源和內(nèi)電阻相串聯(lián)的電路模型來代替。二、戴維南定理任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，對外電路來說，可以用一個電壓源和電阻串聯(lián)組合的電路模型來等效。

該電壓源的電壓等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC；電阻等于將有源二端網(wǎng)絡(luò)變成無源二端網(wǎng)絡(luò)后的等效電阻R0，這就是戴維南定理。外特征等效1.適用：只需計算電路中某一支路的電流或電壓。2.應用戴維南定理解題的步驟：（1）將所求量的所在支路（待求支路）與電路的其它部分斷開，形成一個二端網(wǎng)絡(luò)。（2）求二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC

。（3）將二端網(wǎng)絡(luò)中的所有電壓源用短路代替、電流源用開路代替，得到無源二端網(wǎng)絡(luò)，求該二端網(wǎng)絡(luò)端鈕的等效電阻RO。（4）畫出戴維南等效電路，再求所求電壓或電流。[例2-17]求如圖所示電路的戴維南等效電路。解：（1）求有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC：設(shè)回路繞行方向是順時針方向，則4Ω電阻的電壓U為：（2）求內(nèi)電阻RO(3)戴維南等效電路[例2-18]求如圖所示電路的戴維南等效電路。解：（1）求有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC

由于回路中含有電流源，所以回路的電流為1A，方向為逆時針方向。4Ω電阻的電壓為：U=RI=4×1=4(V)開路電壓UOC為：UOC=4+12=16(V)(2)求內(nèi)電阻RORO=2+4=6(Ω)(3)戴維南等效電路[例2-19]在如圖所示電路中，已知R1=1Ω，R2=R4=6Ω，R3=3Ω，US2=22V，US1=8V，IS=2A，用戴維南定理求電流I1。解：1.將待求支路與電路的其它部分斷開。2.求等效電源的電壓US。3.求等效電源的內(nèi)阻RORO=R3=3Ω4.戴維南等效電路[練習1]求如圖所示電路的戴維南等效電路。開路電壓UOC等效電阻RO開路電壓UOC等效電阻RO開路電壓UOC等效電阻RO開路電壓UOC等效電阻RO[練習2]在如圖所示電路中，已知R1=4Ω，R2=12Ω，R3=7Ω，US2=90V，US1=10V，用戴維南定理求電流I。解：1.將待求支路與電路的其它部分斷開。2.求等效電源的電壓UOC。3.求等效電源的內(nèi)阻RO4.戴維南等效電路[練習3]在如圖所示電路中，已知R1=2Ω，R2=1Ω，R3=5Ω，

R4=4Ω，US=10V，IS=10A，用戴維南定理求R2上的電流I。解：1.將待求支路與電路的其它部分斷開。2.求等效電源的電壓UOC。3.求等效電源的內(nèi)阻RO4.戴維南等效電路項目四

電池電池電池分類電池種類繁多，外形差別較大，劃分種類很多。按照電池的工作性質(zhì)及使用特征分類，可分為一次電池、二次電池。（1）一次電池（干電池）（2）二次電池（蓄電池）電池分類按照電池反應原理分類，可分為（1）化學電池。（2）物理電池。（3）生物電池。（4）新型電池。電池的基本術(shù)語和性能指標1.工作電壓（額定電壓）（V）：指電池接通負載后在放電過程中顯示的電壓。在電池放電初始的工作電壓稱為初始電壓。2.電池容量（Ah）1）額定容量：在行業(yè)標準規(guī)定的條件下電池所應該放出的電量。額定容量是制造企業(yè)標稱的容量，作為驗收電池質(zhì)量的重要技術(shù)指標。2）實際容量。實際容量通常比額定容量大10%～20%。（南孚5號電池2100毫安時左右/7號電池700毫安時左右）3.能量密度（W?h/kg）與功率密度（W/kg）1）能量密度又稱比能量，是單位質(zhì)量或單位體積電池儲存的能量。2）功率密度又稱比功率，是單位質(zhì)量或單位體積電池輸出的功率，它反映了電池的瞬時能量輸出能力，高功率密度的電池能夠提供更快的充電和放電速度，適合高性能應用，但通常在能量密度方面較低。不同儲能器的比能量和比功率比較電池種類比能量（W?h/kg）比功率（W/kg）鉛酸蓄電池30-40300-500鎳氫電池40-50500-800鋰離子電池60-70500-1500超級電容器2-8400-4500化學電池電子轉(zhuǎn)移過程散亂，無法被人類利用問題:如何實現(xiàn)電子的集中和定向移動?一種將所儲存的化學能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。原電池原電池基本構(gòu)造：正極、負極、電解質(zhì)電解質(zhì)（CuSO4、稀H2SO4等）負極正極負極：Zn正極：Cu2++2eZn2+

+

2eCu負極反應：Zn–2eZn2+正極反應：2MnO2

+

2NH4+

+

2e Mn2O3

+

H2O

+

2NH3總反應：Zn

+

2NH4+

+

2MnO2

Zn2+

+

2NH3

+

H2O

+

Mn2O3負極材料：Zn正極材料：C（MnO2）電解質(zhì)：NH4ClNH4Cl電解質(zhì)（酸性）大公、牡丹、中華、天鵝、555鋅錳電池（勒蘭社電池）單電池電壓：1.5

VKOH電解質(zhì)（堿性）南孚、雙鹿、白象、勁霸負極材料：Zn正極材料：C（MnO2）電解質(zhì)：KOH負極反應：Zn+2OH-–2e正極反應：2MnO2

+H2O+2eZnO

+H2OMn2O3

+

2OH-堿性鋅錳電池總反應：Zn

+

2MnO2

ZnO

+

Mn2O3單電池電壓：1.5

V問題一：為何稱“干”電池？問題二：為什么干電池用完后不能再充電使用？糊狀電解質(zhì)，不可流動，稱為“干”液態(tài)電解質(zhì)，可流動，稱為“濕”

不可逆電池鋅錳干電池使用使用壽命：反應物質(zhì)（負極、正極、電解質(zhì)）的消耗電池負極鋅的自放電，造成鋅負極的腐蝕，電池性能下降，長時間放置導致電解液干枯，電池出現(xiàn)氣脹、冒漿、鼓脹以及銅帽生銹等等。電池存儲：清潔干燥通風涼爽的環(huán)境中，相對濕度不應大于40%、不小于5%，溫度不高于30度，但也不要低于-10度！鋅錳干電池的回收廢電池回收廢舊電池內(nèi)含有大量的重金屬以及廢酸、廢堿等電解質(zhì)溶液。如果隨意丟棄，腐敗的電池會破壞我們的水源，侵蝕我們賴以生存的莊稼和土地，我們的生存環(huán)境將面臨著巨大的威脅小結(jié)干電池是一種原電池，在放電過程中其正極、負極、電解質(zhì)都參與電化學反應，只要其中任何一種物質(zhì)消耗完，干電池將無法再使用，因此，干電池又稱為一次電池。根據(jù)電解質(zhì)的不同，干電池可以分為酸性（鹽）電池和堿性電池兩大類。廢舊電池內(nèi)含有大量的重金屬以及廢酸、廢堿等電解質(zhì)溶液，不能隨意丟棄。化學電池干電池（鋅錳電池）鎳鎘電池

鎳氫電池鉛酸電池鋰電池不可逆電池可逆電池充電放電鎳鎘/鎳氫電池Cd+2NiO(OH)+2H2O==2Ni(OH)2+Cd(OH)2鎳鎘電池和鎳氫電池采用氧化鎳或氫氧化鎳作正極，氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液作電解質(zhì)溶液，金屬鎘或金屬氫化物作負極。單電池電壓：1.3

V鎳鎘/鎳氫電池正極：Ni(OH)2+OH-==NiOOH+H2O+e-負極：M+H2O+e-==MHab+OH-總反應：Ni(OH)2+M==NiOOH+MH單電池電壓：1.3

V充電左→右問題：電動自行車使用何種電池？鉛酸蓄電池，俗稱電瓶PbSO4

+

2H2O正極反應：PbO2

+SO42-+4H++2e總反應：Pb+PbO2

+2H2SO42PbSO4

+

H2O充電過程：逆反應鉛酸電池多個單電池通過串、并聯(lián)技術(shù)組成一個電池組負極材料：Pb正極材料：PbO2電解質(zhì)：H2SO4放電過程：負極反應：Pb

+

SO42--

2e

PbSO4單電池電壓：2.1

V鉛酸電池的優(yōu)缺點優(yōu)點:原材料來源廣泛成本低廉適用于大電流放電工作溫度范圍寬可靠性高缺點:環(huán)境污染（生產(chǎn)過程、廢棄電池）強酸性電解質(zhì)（強腐蝕性）鉛酸電池一種可逆電池（RechargeableBattery），可以多次充放電循環(huán)使用，屬于二次電池中的一種。鉛酸電池的負極為金屬鉛，正極為PbO2，電解質(zhì)為硫酸。鉛酸電池成本低廉，應用廣泛。但由于其比容量和能量密度低，而且存在嚴重的環(huán)境污染風險，因此，鉛酸電池有被其它能量密度高、環(huán)境友好的綠色能源技術(shù)取代的趨勢。鋰離子電池鋰離子電池是一種可逆電池，放電時鋰離子由負極向正極遷移，充電時鋰離子向反方向遷移。為什么要發(fā)展鋰離子電池？金屬鉛（Pb）的密度：11.34

g/cm3金屬鋰（Li）的密度：0.534

g/cm3鋰是自然界最輕的金屬！鋰離子電池工作原理正極負極隔膜正極反應：負極反應：總反應：充電放電充電放電單電池電壓：3.2-3.7

V電極反應過程中總是涉及鋰離子的嵌入與脫嵌過程.正極材料:LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等負極材料:碳（石墨）等層狀結(jié)構(gòu)（Layered）尖晶石結(jié)構(gòu)（Spinel）橄欖石結(jié)構(gòu)（Olivine）鋰離子電池的應用電子設(shè)備：手機

照相機筆記本電腦剃須刀兒童的電動玩具車電動汽車小功率（W級）電池大功率（KW級）動力電池儲能電池（智能電網(wǎng)）小結(jié)鋰離子電池是一種可逆電池，其工作原理是鋰離子在電極內(nèi)部的嵌入與脫嵌。通常鋰離子電池的負極材料為碳，正極材料為LiCoO2、LiFePO4、LiMn2O4。鋰離子電池具有比容量高、壽命長、可大電流充放電、綠色環(huán)保等優(yōu)點。燃料電池是一種將燃料的化學能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。燃料：H2、CH4、CH3OH、CH3CH2OH、HOCH2CH2OH等AnodeCathode燃料O2Load電解質(zhì)層電解質(zhì)層：分隔陰極/陽極傳導離子電子絕緣電極材料本身不反應燃料電池(Fuel

Cell)燃料電池的特點燃料電池無充電過程，燃料和氧氣由外部供給，可持續(xù)發(fā)電燃料的化學能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茔U酸（蓄）電池鋰離子電池鎳氫電池先充電，再放電干電池“蓄電”不能充電，不能補充電極材料，用完即廢棄電極材料本身不發(fā)生反應，僅起催化作用參與電化學反應的燃料和氧氣均為流體（氣體或液體）能量效率高H2-O2燃料電池：理論效率：83%，實際效率：50-60%清潔（零污染）安靜燃料適用范圍廣：氫氣，甲醇等富氫燃料物理電池物理電池是指通過物理反應轉(zhuǎn)換電能的裝置，即在電池的使用過程中電池內(nèi)部本身不產(chǎn)生化學反