項(xiàng)目直流電路及其計(jì)算講課教案

1、項(xiàng)目直流電路及其計(jì)算一、部分電路歐姆定律一、部分電路歐姆定律RUI tIUtRIUItW 2 1條件：條件：不含電源的部分電路。不含電源的部分電路。2內(nèi)容內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流與它兩端的電壓成正比，與它的電導(dǎo)體中的電流與它兩端的電壓成正比，與它的電阻成反比。阻成反比。 3電功和電功和電功率電功率RURIUIP22 例例 1 - - 2已知一白熾燈的燈絲電阻為已知一白熾燈的燈絲電阻為 1 210，若將它接于，若將它接于 220 V 電電路中，求流過燈絲的電流及該燈的功率。路中，求流過燈絲的電流及該燈的功率。解：解： A0.18A2101220 RUIW40W210122022 RUP二、全電路歐姆定

2、律二、全電路歐姆定律1條件：條件：由電源和負(fù)載組成的閉合電路。由電源和負(fù)載組成的閉合電路。2內(nèi)容內(nèi)容：電流與電源電動(dòng)勢(shì)成正比，與電路的總電阻成反電流與電源電動(dòng)勢(shì)成正比，與電路的總電阻成反比。比。RREI 0 全電路是一個(gè)由電源和負(fù)載組成的閉合電路，全電路是一個(gè)由電源和負(fù)載組成的閉合電路，如圖所示。對(duì)全電路進(jìn)行分析研究時(shí)，必須考慮如圖所示。對(duì)全電路進(jìn)行分析研究時(shí)，必須考慮電源的內(nèi)阻。如圖電源的內(nèi)阻。如圖R為負(fù)載的電阻、為負(fù)載的電阻、E為電源電動(dòng)為電源電動(dòng)勢(shì)、勢(shì)、r為電源的內(nèi)阻。為電源的內(nèi)阻。0RREI式中： E電源電動(dòng)勢(shì)，單位是伏電源電動(dòng)勢(shì)，單位是伏特特，符號(hào)為，符號(hào)為V； R負(fù)載電阻，單位是歐

3、負(fù)載電阻，單位是歐姆姆，符號(hào)為，符號(hào)為； R0電源內(nèi)阻，單位是歐電源內(nèi)阻，單位是歐姆姆，符號(hào)為，符號(hào)為； I閉合電路中的電流，單位是安閉合電路中的電流，單位是安培培，符號(hào)為，符號(hào)為A。 閉合電路歐姆定律閉合電路歐姆定律說明說明：閉合電路中的電流與電源電動(dòng)：閉合電路中的電流與電源電動(dòng)勢(shì)成正比，與電路的總電阻（內(nèi)電路電阻與外電路電阻之和）勢(shì)成正比，與電路的總電阻（內(nèi)電路電阻與外電路電阻之和）成反比。成反比。三、負(fù)載獲得最大功率的條件 REP42max 容易證明：在電源電動(dòng)勢(shì)E及其內(nèi)阻r保持不變時(shí)，負(fù)載R獲得最大功率的條件是R = r，此時(shí)負(fù)載的最大功率值為電源輸出功率與外電路(負(fù)載)電阻的關(guān)系曲線

4、 【例例】如圖所示，直流電源的電動(dòng)勢(shì)E10V、內(nèi)阻r 0.5，電阻R1 2，問：可變電阻RP調(diào)至多大時(shí)可獲得最大功率Pmax？ 解解:將(R1r)視為電源的內(nèi)阻， 則RP R1r 2.5時(shí)，RP 獲得最大功率 圖2-4 例題2-2 W104P2maxREP 2.基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律是分析計(jì)算電路的基本定律，又分為：基爾霍夫定律是分析計(jì)算電路的基本定律，又分為：基爾霍夫定律基爾霍夫定律（一）基爾霍夫電流定律（一）基爾霍夫電流定律（KCL）24a25（一）基爾霍夫電流定律（一）基爾霍夫電流定律（KCLKCL） 基爾霍夫電流定律的推廣應(yīng)用基爾霍夫電流定律的推廣應(yīng)用RCICRBIBIE

5、bceUCC可將可將KCL推廣到推廣到電路中任何一個(gè)電路中任何一個(gè)假定的閉合面。假定的閉合面。廣義結(jié)點(diǎn)廣義結(jié)點(diǎn)IC+ IBIE0（一）基爾霍夫電流定律（一）基爾霍夫電流定律（KCL）例題：圖示的部分電路中，已知例題：圖示的部分電路中，已知I13A，I45A，I58A，試，試 求求I2、I3和和I6。（二）基爾霍夫電壓定律（二）基爾霍夫電壓定律（KVL）（二）基爾霍夫電壓定律（二）基爾霍夫電壓定律（KVL）例題：在圖示回路中，已知例題：在圖示回路中，已知E120V，E210V，Uab4V，Ucd=-6V，Uef5V，試求試求Ued和和Uad。31（二）基爾霍夫電壓定律（二）基爾霍夫電壓定律（KV

6、L）二、基爾霍夫電流定律二、基爾霍夫電流定律( (節(jié)點(diǎn)電流定律節(jié)點(diǎn)電流定律) ) 注：不注：不同學(xué)生采用不同的思路，即第二種思路講定律）同學(xué)生采用不同的思路，即第二種思路講定律）1. .電流定律電流定律( (KCL) )內(nèi)容內(nèi)容 電流定律的第一種表述電流定律的第一種表述：在：在任何時(shí)刻，電路中流入任一節(jié)點(diǎn)任何時(shí)刻，電路中流入任一節(jié)點(diǎn)中的電流之和，恒等于從該節(jié)點(diǎn)中的電流之和，恒等于從該節(jié)點(diǎn)流出的電流之和，即流出的電流之和，即 I流入流入 I流出流出例如圖例如圖 中，在節(jié)點(diǎn)中，在節(jié)點(diǎn) A 上：上： I1I3 I2I4I5電流定律的舉例說明電流定律的舉例說明 電流定律的第二種表述電流定律的第二種表述

7、：在任何時(shí)刻，電路中任一節(jié)點(diǎn)上的：在任何時(shí)刻，電路中任一節(jié)點(diǎn)上的各支路電流代數(shù)和恒等各支路電流代數(shù)和恒等 于零，即于零，即 I 0。 一般可在流入節(jié)點(diǎn)的電流一般可在流入節(jié)點(diǎn)的電流前面取前面取“ ”號(hào)，在流出節(jié)點(diǎn)的號(hào)，在流出節(jié)點(diǎn)的電流前面取電流前面取“ ”號(hào)，反之亦可。號(hào)，反之亦可。例如圖例如圖 3-2 中，在節(jié)點(diǎn)中，在節(jié)點(diǎn) A 上：上：I1 I2 I3 I4 I5 0電流定律的舉例說明電流定律的舉例說明 在使用電流定律時(shí)，必須注意：在使用電流定律時(shí)，必須注意：( (1) ) 對(duì)于含有對(duì)于含有 n 個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路，只能列出個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路，只能列出 ( (n 1) ) 個(gè)獨(dú)立的電流方程。個(gè)獨(dú)立的電流方

8、程。( (2) ) 列節(jié)點(diǎn)電流方程時(shí)，只需考慮電流的參考方向，然后再帶列節(jié)點(diǎn)電流方程時(shí)，只需考慮電流的參考方向，然后再帶入電流的數(shù)值。入電流的數(shù)值。為分析電路的方便，通常需要在所研究的一段電路中事先為分析電路的方便，通常需要在所研究的一段電路中事先選選定定( (即即假定假定) )電流電流流動(dòng)的方向，叫做流動(dòng)的方向，叫做電流的參考方向電流的參考方向，通常用，通常用“”號(hào)表示。號(hào)表示。電流的電流的實(shí)際方向?qū)嶋H方向可根據(jù)數(shù)值的正、負(fù)來判斷，當(dāng)可根據(jù)數(shù)值的正、負(fù)來判斷，當(dāng) I 0時(shí)，表時(shí)，表明電流的實(shí)際方向與所標(biāo)定的參考方向一致；當(dāng)明電流的實(shí)際方向與所標(biāo)定的參考方向一致；當(dāng) I 0 時(shí)，則表明時(shí)，則表

9、明電流的實(shí)際方向與所標(biāo)定的參考方向相反。電流的實(shí)際方向與所標(biāo)定的參考方向相反。2. KCL的應(yīng)用舉例的應(yīng)用舉例 ( (1) )對(duì)于電路中任意假設(shè)的封閉面來說對(duì)于電路中任意假設(shè)的封閉面來說,電流定律仍然成立。如電流定律仍然成立。如圖圖 所示，對(duì)于封閉面所示，對(duì)于封閉面 S 來說，有來說，有 I1 + I2 = I3 。 ( (2) )對(duì)于網(wǎng)絡(luò)對(duì)于網(wǎng)絡(luò) ( (電路電路) )之間的電流關(guān)系，仍然可由電流定律判定。之間的電流關(guān)系，仍然可由電流定律判定。如圖如圖 ，流入電路，流入電路 B 中的電流必等于從該電路中流出的電流。中的電流必等于從該電路中流出的電流。電流定律的應(yīng)用舉例電流定律的應(yīng)用舉例( (1

10、) ) 電流定律的應(yīng)用舉例電流定律的應(yīng)用舉例( (2) ) ( (3) )若兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間只有一若兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間只有一根導(dǎo)線相連，那么這根導(dǎo)線中一根導(dǎo)線相連，那么這根導(dǎo)線中一定沒有電流通過。定沒有電流通過。( (4) )若一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有一根導(dǎo)若一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有一根導(dǎo)線與地相連，那么這根導(dǎo)線中一線與地相連，那么這根導(dǎo)線中一定沒有電流通過。定沒有電流通過。例題例題 2-1 【例例2-1】如圖如圖 所示電橋電路，已知所示電橋電路，已知 I1 = 25 mA，I3 = 16 mA，I4 = 12 mA，試求其余電阻中的電流，試求其余電阻中的電流 I2、 I5、I6。 ecbIII 解：解：說明：電流說明：電流

11、I2 與與 I5 均為正數(shù)，表明它們的實(shí)際方向與圖中均為正數(shù)，表明它們的實(shí)際方向與圖中所標(biāo)定的參考方向相同，所標(biāo)定的參考方向相同，I6 為負(fù)數(shù)，表明它的實(shí)際方向與圖中為負(fù)數(shù)，表明它的實(shí)際方向與圖中所標(biāo)定的參考方向相反。所標(biāo)定的參考方向相反。在節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn) a 上：上：I1 = I2 + I3，則，則 I2 = I1 I3 = (25 16) mA = 9 mA在節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn) d 上：上：I1 = I4 + I5，則，則 I5 = I1 I4 = (25 12) mA = 13 mA在節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn) b 上：上：I2 = I6 + I5，則，則I 6 = I2 I5 = (9 13) mA = 4 mA

12、三、基爾霍夫電壓定律三、基爾霍夫電壓定律(回路電壓定律回路電壓定律) 1. 電壓定律電壓定律( (KVL) )內(nèi)容內(nèi)容 在任何時(shí)刻，沿著電路中的在任何時(shí)刻，沿著電路中的任一回路繞行方向，回路中各段任一回路繞行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零，即電壓的代數(shù)和恒等于零，即 0 U如圖如圖所示所示電路說明基夫爾霍電路說明基夫爾霍電壓定律。電壓定律。電壓定律的舉例說明電壓定律的舉例說明 沿著回路沿著回路 abcdea 繞行方向，有繞行方向，有 Uac = Uab + Ubc = R1I1 + E1， Uce = Ucd + Ude = R2I2 E2， Uea = R3I3， 則則 Uac + U

13、ce + Uea = 0即即 R1I1 + E1 R2I2 E2 + R3I3 = 0上式也可寫成上式也可寫成R1I1 R2I2 + R3I3 = E1 + E2對(duì)于電阻電路來說，任何時(shí)刻，在任一閉合回路中，各段電對(duì)于電阻電路來說，任何時(shí)刻，在任一閉合回路中，各段電阻上的電壓降代數(shù)和等于各電源電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和，即阻上的電壓降代數(shù)和等于各電源電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和，即 ERI 2利用利用 KVL定律定律列回路電壓方程的原則列回路電壓方程的原則 ( (1) ) 標(biāo)出各支路電流的參考方向并選擇回路繞行方向標(biāo)出各支路電流的參考方向并選擇回路繞行方向( (既既可沿可沿著順時(shí)針方向繞行，也可沿著逆時(shí)針方向繞行，著順

14、時(shí)針方向繞行，也可沿著逆時(shí)針方向繞行，但已經(jīng)選定后不但已經(jīng)選定后不能中途改變能中途改變。）。）( (2) ) 電阻元件的端電壓為電阻元件的端電壓為 RI，當(dāng)電流，當(dāng)電流 I 的參考方向與回路的參考方向與回路繞行方向一致時(shí)，選取繞行方向一致時(shí)，選取“+”號(hào)；反之，選取號(hào)；反之，選取“ ”號(hào)；號(hào)；( (3) ) 在繞行過程中從元器件的正極到負(fù)極，電壓取正，反之在繞行過程中從元器件的正極到負(fù)極，電壓取正，反之為負(fù)。為負(fù)。若采取若采取 , 電源電動(dòng)勢(shì)為電源電動(dòng)勢(shì)為 E，當(dāng)電源電動(dòng)勢(shì)的標(biāo)，當(dāng)電源電動(dòng)勢(shì)的標(biāo)定方向與回路繞行方向一致時(shí)，選取定方向與回路繞行方向一致時(shí)，選取“+”號(hào)，反之應(yīng)選取號(hào)，反之應(yīng)選取“

15、 ”號(hào)。號(hào)。 ERI舉例說明舉例說明例一例一 ERI04412332211IREEIRIRIR ERI2144332211EEIRIRIRIR 例例 2下圖所示電路中，各電阻上的電流、電壓參考方向已經(jīng)標(biāo)下圖所示電路中，各電阻上的電流、電壓參考方向已經(jīng)標(biāo)明，規(guī)定電源上電壓降的方向由正極到負(fù)極，試按基爾霍夫第明，規(guī)定電源上電壓降的方向由正極到負(fù)極，試按基爾霍夫第二定律列出回路方程。二定律列出回路方程。解：設(shè)回路繞行方向?yàn)榻猓涸O(shè)回路繞行方向?yàn)?abcda（即順時(shí)針方向），則有（即順時(shí)針方向），則有01144433222 IREIRIRIRE三、三、疊加定理疊加定理在多個(gè)電源共同作用的在多個(gè)電源共同作

16、用的線性線性電路中，某一支路的電路中，某一支路的電流電流( (電電壓壓) )等于每個(gè)電源單獨(dú)作用等于每個(gè)電源單獨(dú)作用， 在該支路上所產(chǎn)生的在該支路上所產(chǎn)生的電流電流( (電壓電壓) )的代數(shù)和。的代數(shù)和。IR1+R2ISE1=I R1+R2E1 I R1R2ISE1+I = I I 當(dāng)電壓源不作用時(shí)將電壓源兩端視其當(dāng)電壓源不作用時(shí)將電壓源兩端視其短路，而電流源不作用時(shí)則應(yīng)視其開路。短路，而電流源不作用時(shí)則應(yīng)視其開路。計(jì)算功率時(shí)計(jì)算功率時(shí)不能不能應(yīng)用疊加原理。應(yīng)用疊加原理。疊加原理疊加原理使用要領(lǐng)使用要領(lǐng)1 1、當(dāng)考慮某一、當(dāng)考慮某一電源單獨(dú)作用電源單獨(dú)作用時(shí)，應(yīng)令其他時(shí)，應(yīng)令其他電源中電源中U

17、 US S0 0，I IS S0 0，即應(yīng)將，即應(yīng)將其他理想電壓其他理想電壓源短路、其他源短路、其他理想電流源開理想電流源開路。路。使用要領(lǐng)使用要領(lǐng)2 2、最后疊加時(shí)要、最后疊加時(shí)要注意各個(gè)電源單獨(dú)注意各個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)的電流和電作用時(shí)的電流和電壓分量的參考方向壓分量的參考方向是否與總的電流和是否與總的電流和電壓的參考方向一電壓的參考方向一致，一致時(shí)前面取致，一致時(shí)前面取正號(hào)，不一致時(shí)前正號(hào)，不一致時(shí)前面取負(fù)號(hào)。面取負(fù)號(hào)。疊加原理疊加原理疊加原理疊加原理使用要領(lǐng)使用要領(lǐng)3 3、疊加原理、疊加原理只能用來分析只能用來分析和計(jì)算電流和和計(jì)算電流和電壓，不能用電壓，不能用來計(jì)算功率。來計(jì)算功率。疊加

18、原理疊加原理原理正確性的驗(yàn)證原理正確性的驗(yàn)證 例例 電路如圖電路如圖 (a) 所示，已知所示，已知 US1 = 12 V，US2 = 6 V，R1 = 2 ，R2 = 2 ，R3 = 2 ，利用疊加定理求，利用疊加定理求各支路中的電流各支路中的電流 I1、I2、I3。( (b) )( (c) ) 解解 根據(jù)疊加定理，將根據(jù)疊加定理，將圖圖 ( (a) )分解成圖分解成圖 ( (b) )、( (c) )，并，并分別設(shè)定各圖中電流參考方向。分別設(shè)定各圖中電流參考方向。( (a) )3.3.疊加原理疊加原理使用要領(lǐng)使用要領(lǐng)1 1、當(dāng)考慮某一、當(dāng)考慮某一電源單獨(dú)作用電源單獨(dú)作用時(shí)，應(yīng)令其他時(shí)，應(yīng)令其他電源中電源中U US S0 0，I IS S0 0，