第二章 簡單的直流電路

電工基礎(chǔ)教案郭建國2016年9月

第二章簡單的直流電路

本章在上章的基礎(chǔ)上展開的，著重學(xué)習(xí)簡單直流電路的基本分析及計(jì)算方法，都是建立在許多基本概念的基礎(chǔ)上，所以同學(xué)們必須在理解基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算及分析。32.1電動(dòng)勢及歐姆定律一、電動(dòng)勢電源電動(dòng)勢的定義：在電源內(nèi)部，外力將單位正電荷由負(fù)極移到正極所作的功稱為電源電動(dòng)勢，用字母E或US表示，其使用單位也是伏特（V）。①電源電動(dòng)勢的實(shí)際方向：從低電位（負(fù)極）指向高電位（正極），與電源電壓的實(shí)際方向相反。②在電源的內(nèi)部，電流從低電位流向高電位，與電源外部的電流實(shí)際流向相反。返回4二、全電路歐姆定律全電路是指包含有電源內(nèi)電路和電源以外的外電路的閉合電路。

全電路的歐姆定律：全電路中的電流與電源電壓、電阻之間滿足以下全電路歐姆定律關(guān)系：返回

三、端電壓

當(dāng)電路處于閉路時(shí)，端電壓就是電源電動(dòng)勢減去電源內(nèi)阻上的電壓；當(dāng)電路處于開路時(shí)，端電壓就等于電源電動(dòng)勢。

電動(dòng)勢與路端電壓的異同

電動(dòng)勢是表示非靜電力把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極所做的功；

電勢差則表示靜電力把單位正電荷從電場中的某一點(diǎn)移到另一點(diǎn)所做的功。電源的路端電壓是指電源加在外電路兩端的電壓，是靜電力把單位正電荷從正極經(jīng)外電路移到負(fù)極所做的功。電源的電動(dòng)勢對一個(gè)固定電源來說是不變的，而電源的路端電壓卻是隨外電路的負(fù)載而變化的。

它的變化規(guī)律服從含源電路的歐姆定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為U=E－Ir式中U為路端電壓，Ir為電源的內(nèi)電壓，也叫內(nèi)壓降。對于確定的電源來說，電動(dòng)勢E和內(nèi)電阻r都是一定的，從上式可以看出，路端電壓U跟電路中的電流有關(guān)系。

討論：1、外電路斷開R無限大，I變?yōu)?，R0I變?yōu)?，U=E，端電壓等于電源電動(dòng)勢。2、外電路短路R趨近0，端電壓也近0，I=E/R0四、最大輸出功率

外電路的電阻等于內(nèi)阻時(shí)電源的輸出功率最大

本節(jié)小結(jié)：本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了電源電動(dòng)勢、全電路的歐姆定律等內(nèi)容，通過學(xué)習(xí)，我們理解了電源電動(dòng)勢，電勢差及電壓的區(qū)別，同時(shí)知道端電壓的特殊情況，從而對電路的分析及計(jì)算有很大的幫助。

2.2電阻的串聯(lián)

一、串聯(lián)電路1、定義：把一個(gè)電阻一個(gè)接一個(gè)的依次連接起來。2、特點(diǎn)：（1）I=I1+I2+I3

（2）U=U1+U2+U33、性質(zhì)：（1）R=R1+R2+R3

（2）電壓分配：電阻兩端的電壓與阻值成正比

（3）功率分配：電阻消耗的功率與阻值成正比4、分壓作用

二、電壓表

定義：電壓表是由微安表或毫安表串聯(lián)一個(gè)分壓電阻，并在刻度盤上直接標(biāo)出電壓值改裝而成的。1、改裝前最大電流值Ig2、最大電壓為Ug=Ig*Rg3、改裝成大量程電壓表，串聯(lián)電阻為Rx，分到電壓為U-Ug4、Rx=U-Ug/Ig5、擴(kuò)大倍數(shù)：U=nUgRx=Rg(n-1)

本節(jié)總結(jié)：

本節(jié)主要學(xué)習(xí)主電路的基本計(jì)算方法，串聯(lián)電路的性質(zhì)及特點(diǎn)，為以后復(fù)雜的電路學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，更好的為了設(shè)計(jì)及計(jì)算復(fù)雜電路。

2.3電阻的并聯(lián)

一、并聯(lián)電阻1、定義：把幾個(gè)電阻并列的連接起來2、特點(diǎn)：（1）各支路兩端電壓相等U=U1=U2=U3

（2）總電流等于各支路電流之和

I=I1+I2+I33、性質(zhì)：

（1）總電阻的倒數(shù)，等于各電阻中的倒數(shù)之和

1/R=1/R1+1/R2+1/R3

（2）各支路分配的電流與各支路電阻值成反比I1=IR/R1I2=IR/R2

（3）并聯(lián)電路中電阻消耗的功率與它的阻值成反比4、分流作用

例：P27二、電流表1、定義：2、例題本節(jié)小結(jié)：本節(jié)主要學(xué)習(xí)主電路的基本計(jì)算方法，串聯(lián)電路的性質(zhì)及特點(diǎn)，為以后復(fù)雜的電路學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，更好的為了設(shè)計(jì)及計(jì)算復(fù)雜電路。

2.4電阻的混聯(lián)

一、定義：

二、等效電路的兩

種方法1、利用電流的流向及電流的分與合畫等效電路2、利用電路中各等位點(diǎn)分析電路，畫等效電路

三、混聯(lián)電路的計(jì)算方法1、等效變換2、計(jì)算總電阻3、總電流4、計(jì)算各部分電壓和電流

2.5萬用表

一、萬用表的表面板及結(jié)構(gòu)1、萬用表的組成：萬用表由表頭、測量電路及轉(zhuǎn)換開關(guān)等三個(gè)主要部分組成。2、結(jié)構(gòu)：如圖二、萬用表的使用

1、熟悉表盤上各符號的意義及各個(gè)旋鈕和選擇開關(guān)的主要作用。

2、進(jìn)行機(jī)械調(diào)零。

3、根據(jù)被測量的種類及大小，選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)的擋位及量程，找出對應(yīng)的刻度線。

4、選擇表筆插孔的位置。

5、測量電壓：測量電壓（或電流）時(shí)要選擇好量程，如果用小量程去測量大電壓，則會(huì)有燒表的危險(xiǎn)；如果用大量程去測量小電壓，那么指針偏轉(zhuǎn)太小，無法讀數(shù)。量程的選擇應(yīng)盡量使指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的2/3左右。如果事先不清楚被測電壓的大小時(shí)，應(yīng)先選擇最高量程擋，然后逐漸減小到合適的量程。

a交流電壓的測量：將萬用表的一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交、直流電壓擋，另一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交流電壓的合適量程上，萬用表兩表筆和被測電路或負(fù)載并聯(lián)即可。

b直流電壓的測量：將萬用表的一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交、直流電壓擋，另一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于直流電壓的合適量程上，且“+”表筆（紅表筆）接到高電位處，“-”表筆（黑表筆）接到低電位處，即讓電流從“+”表筆流入，從“-”表筆流出。若表筆接反，表頭指針會(huì)反方向偏轉(zhuǎn)，容易撞彎指針。6、測電流：測量直流電流時(shí)，將萬用表的一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于直流電流擋，另一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于50uA到500mA的合適量程上，電流的量程選擇和讀數(shù)方法與電壓一樣。測量時(shí)必須先斷開電路，然后按照電流從“+”到“-”的方向，將萬用表串聯(lián)到被測電路中，即電流從紅表筆流入，從黑表筆流出。如果誤將萬用表與負(fù)載并聯(lián)，則因表頭的內(nèi)阻很小，會(huì)造成短路燒毀儀表。其讀數(shù)方法如下：實(shí)際值＝指示值×量程/滿偏

7、測電阻：用萬用表測量電阻時(shí)，應(yīng)按下列方法操作：

a選擇合適的倍率擋。萬用表歐姆擋的刻度線是不均勻的，所以倍率擋的選擇應(yīng)使指針停留在刻度線較稀的部分為宜，且指針越接近刻度尺的中間，讀數(shù)越準(zhǔn)確。一般情況下，應(yīng)使指針指在刻度尺的1/3~2/3間。

b歐姆調(diào)零。測量電阻之前，應(yīng)將2個(gè)表筆短接，同時(shí)調(diào)節(jié)“歐姆（電氣）調(diào)零旋鈕”，使指針剛好指在歐姆刻度線右邊的零位。如果指針不能調(diào)到零位，說明電池電壓不足或儀表內(nèi)部有問題。并且每換一次倍率擋，都要再次進(jìn)行歐姆調(diào)零，以保證測量準(zhǔn)確。

c讀數(shù)：表頭的讀數(shù)乘以倍率，就是所測電阻的電阻值。

注意事項(xiàng)

1、在測電流、電壓時(shí)，不能帶電換量程。

2、選擇量程時(shí)，要先選大的，后選小的，盡量使被測值接近于量程。

3、測電阻時(shí)，不能帶電測量。因?yàn)闇y量電阻時(shí)，萬用表由內(nèi)部電池供電，如果帶電測量則相當(dāng)于接入一個(gè)額外的電源，可能損壞表頭。

4、用畢，應(yīng)使轉(zhuǎn)換開關(guān)在交流電壓最大擋位或空擋上。

本節(jié)小結(jié)

本節(jié)主要是對萬用表結(jié)構(gòu)的理解及萬用表使用方法的學(xué)習(xí)。2.6電阻的測量一、伏安法1、定義：2、電流表的外接法：測出電流比實(shí)際大，計(jì)算出電阻比實(shí)際小3、電流表的內(nèi)接法：測出電壓比實(shí)際大，計(jì)算出電阻比實(shí)際大注意：

待測電阻比電壓表的內(nèi)阻小的多，采用內(nèi)接法待測電阻比電流表的內(nèi)阻大的多，采用外接法

二、惠斯通電橋法R1/R2=R3/R4注意：電流計(jì)的電流為0

三、電路中點(diǎn)位的計(jì)算1、零點(diǎn)點(diǎn)位2、電位3、電位的計(jì)算：電路中某點(diǎn)的電位，只要從這一點(diǎn)出發(fā)通過一定的路徑繞到零點(diǎn)點(diǎn)位，該點(diǎn)的電位等于此路徑上全部電壓降的代數(shù)和。在繞行過程中，從正極到負(fù)極叫電壓降，從負(fù)極到正極叫電壓升。4、電壓的正負(fù)

正到負(fù)，電壓為正；負(fù)到正，電壓為正5、計(jì)算步驟

第三章復(fù)雜的直流電路

本章是復(fù)雜直流電路的基本分析及計(jì)算方法，這些分析方法不但適用于直流，而且也適用于交流，是整個(gè)電路的重點(diǎn)。

3.1基爾霍夫定律

一、電路中的名詞術(shù)語

（1）支路。由一個(gè)或一個(gè)以上元件組成的無分支電路叫做支路。

（2）節(jié)點(diǎn)。三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)叫做節(jié)點(diǎn)，又稱結(jié)點(diǎn)。

（3）回路。電路中任一閉合路徑叫做回路。

（4）網(wǎng)孔。不能再分割的基本回路叫做網(wǎng)孔。注意：網(wǎng)孔一定是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔；同一電路中，回路通常多于網(wǎng)孔。

例3.1指出下圖電路中，有多少條支路？多少個(gè)節(jié)點(diǎn)？多少個(gè)回路？多少個(gè)網(wǎng)孔？解：根據(jù)支路、節(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔的定義可知，該電路有：

5條支路：a1d、a2d、ab、b3c、b4c3個(gè)節(jié)點(diǎn)：a、b、c(或d)6個(gè)回路：a2d1a、ab3cd2a、b4c3b、ab3cd1a、ab4cd2a、ab4cd1a3個(gè)網(wǎng)孔：a2d1a、ab3cd2a、b4c3b

3.基爾霍夫定律基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律?；鶢柣舴蚨擅枋隽穗娐分懈鞑糠蛛娏髦g的關(guān)系及各部分電壓之間的關(guān)系，適用于各種線性及非線性電路的分析運(yùn)算。

（1）基爾霍夫電流定律（第一定律）在任一時(shí)刻，流入任一節(jié)點(diǎn)的所有電流代數(shù)和恒等于零，即或：在任一時(shí)刻，流入任一節(jié)點(diǎn)的電流等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流。

列寫基爾霍夫電流方程時(shí)，首先要標(biāo)出各電流的參考方向。

例1.6如圖所示為某電路的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，已知，求I4。28解：根據(jù)KCL有:所以:或根據(jù),有則

中的“-”號，表示的實(shí)際方向與參考方向相反?；鶢柣舴螂娏鞫蒏CL的推廣:面：

在任一時(shí)刻，流入任一閉合面的所有電流代數(shù)和恒等于零；或者，在任一時(shí)刻，流入任一閉合面的電流等于流出該閉合面的電流。體：在任一時(shí)刻，流入任一閉合體的所有電流代數(shù)和恒等于零；或者，在任一時(shí)刻，流入任一閉合體的電流等于流出該閉合體的電流。30

（2）基爾霍夫電壓定律（第二定律）

在電路中，沿任一回路的各電壓代數(shù)和恒等于零。

列寫基爾霍夫電壓方程的步驟：①標(biāo)出電壓參考方向。

②選擇回路繞行方向。若電壓參考方向與繞行方向相同，則該電壓前取正號；若電壓參考方向與繞行方向相反，該電壓前取負(fù)號。③根據(jù)列寫基爾霍夫電壓方程。31例1．9列出圖所示電路的電壓方程。解：根據(jù)基爾霍夫電壓定律列寫的電壓方程為：將上式整理得：32

基爾霍夫電壓定律的另一種形式是：任一回路中，所有電阻上電壓的代數(shù)和，等于該回路中