電路的基本概念與基本定律

1.了解電路的作用與組成部分；2.了解電路的建模思想；3.理解電壓與電流參考方向的意義及其與實際方向的關(guān)系；4.掌握KCL、KVL的內(nèi)容并能熟練列出其方程；

本章教學(xué)要求5.了解電源的有載工作、開路與短路狀態(tài)中，電壓、電流與功率的特征；理解電功率和額定值的意義；6.會計算電路中各點的電位,熟悉電位的特點。本節(jié)的要求：了解電路的作用及組成1.1電路的作用與組成部分電源電路：電流流通的路徑。返回下一頁上一頁下一節(jié)＋－US

作用之一：實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換1.電路的作用發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線請欣賞例子強電電路的作用變電站大型工廠商店學(xué)校小型電能用戶輸電線水力發(fā)電廠變電站小型配電站配電站住宅鄉(xiāng)村電能的產(chǎn)生和輸送電能的輸送和分配發(fā)電廠主傳輸線500kV升壓降壓電壓分配10kV降壓變電站三相單相

主設(shè)備(380V)插座(220V)儀表控制盤儀表單相架空輸電線游泳池交流輸出燃料備料室燃燒室電力網(wǎng)城市熱氣水源熱水加熱器淋浴

噴泉燈正常狀態(tài)電視廣播緊急狀況飲用水環(huán)境保護系統(tǒng)災(zāi)難區(qū)應(yīng)急廣播照明設(shè)備游泳池電能的應(yīng)用作用之二：實現(xiàn)信號的傳遞與處理放大器揚聲器話筒1.電路的作用請欣賞例子弱電電路的作用早期的通訊現(xiàn)代通信上一頁返回各種檢測儀器上一頁返回2.電路的組成部分電源:

提供電能的裝置負載:取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線直流電源直流電源:

提供能源信號處理：放大、調(diào)諧、檢波等負載信號源:

提供信息2.電路的組成部分放大器揚聲器話筒

電源或信號源的電壓或電流稱為激勵，它推動電路工作；由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。

電源、負載和中間環(huán)節(jié)電路的組成是什么？最簡單電路的組成返回下一頁上一頁下一節(jié)EE電源：將非電形態(tài)的能量轉(zhuǎn)化為電能的供電設(shè)備。負載：將電能轉(zhuǎn)化為非電形態(tài)的能量的用電設(shè)備。連結(jié)導(dǎo)線：溝通電路、輸送電能。

簡單照明電路1.2電路模型本節(jié)要求：

了解幾種理想電路元件；了解實際電路的建模思想

電路模型：實際電路的數(shù)學(xué)模型如何建模？由理想元件的串、并聯(lián)組成，近似地描述實際電路的電氣特性。有哪些理想元件？電阻元件：描述消耗電能的特性，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋⒐饽?、聲能、機械能等符號：電感元件：描述存貯磁場能的特性符號：LR電容元件：描述存貯電場能量的特性符號：理想電壓源：描述提供一定的電壓的特性符號：+-Us理想電流源：描述提供一定的電流的特性符號：IS還有許多其它的理想元件，以后慢慢學(xué)吧！建模思想是科研中一種很重要的思維方法請欣賞實際電路建模例！手電筒電路模型(a)實物電路(b)電路模型(b)干電池提供電壓干電池把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軣襞莅央娔苻D(zhuǎn)化為光能、熱能日光燈電路~鎮(zhèn)流器光管啟輝器實物電路LRRA鎮(zhèn)流器光管~電路模型晶體管放大電路(a)實物電路(b)電路模型(b)信號源晶體管電池（忽略內(nèi)阻）變壓器揚聲器電阻器

根據(jù)實際電路的不同工作條件以及對模型精確度的不同要求，應(yīng)當用不同的電路模型描述同一實際電路。現(xiàn)在以線圈為例加以說明。

線圈的幾種電路模型

(a)線圈通過低頻交流且忽略內(nèi)阻的模型

(b)線圈通過低頻交流的模型(c)線圈通過高頻交流的模型記住啰，很有用啰！線圈內(nèi)阻存貯磁場能匝間電容效應(yīng)溫馨提示：本課程介紹

電路模型（簡稱電路）的分析計算

請欣賞一些元器件實物！

低頻信號發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

常用的干電池和可充電電池1.3電壓和電流的參考方向本節(jié)的要求：理解電壓與電流參考方向的意義及其與實際方向關(guān)系本節(jié)很重要，別打瞌睡啰！

電路中對基本物理量規(guī)定的實際方向1.電路基本物理量的實際方向物理量實際方向電流I正電荷定向運動的方向或負電荷定向運動的反方向電動勢E

(電位升高的方向)

電壓U(電位降低的方向)高電位

低電位

單位kA、A、mA、μA低電位

高電位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV———金屬導(dǎo)體定向運動實際電流方向+++溶解液定向運動實際電流方向簡單電路中的實際方向E若為實際方向（極性）I+-U任一電路元件上有電壓，但只有發(fā)電機、蓄電池等能提供電能的元件才具有電動勢復(fù)雜電路中的實際方向6V3

+–+–12V2A6

1

1

2

I能判別出各元件中電流、電壓的實際方向嗎？如何解決實際方向的判別問題？(2)參考方向的表示方法電流：Uab

雙下標電壓：(1)參考方向IE+_

在分析與計算電路時，對電壓、電流任意假定的方向。Iab

雙下標2.電路基本物理量的參考方向aRb箭標abRI正負極性+–abUU+_a箭頭bU復(fù)雜電路中參考方向的選取舉例6V3

+–+–12V2A6

1

1

2

II1I2I3I4任意選取-U1++-U2實際方向與參考方向一致，電流(或電壓)值為正值；實際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負值。(3)

實際方向與參考方向的關(guān)系務(wù)必集中2分鐘的精力注意：在電路分析計算時，一定要交代電流、電壓的參考方向，否則，計算出來電流、電壓值無意義。若I=5A，則電流從a流向b；例：若I=–5A，則電流從b流向a。abRIabRU+–若U=5V，則電壓的實際方向從a指向b；若U=–5V，則電壓的實際方向從b指向a。

每個二端元件，電壓、電流的參考方向應(yīng)如何??？理論上，愛咋樣取，就咋樣取。不過，有大家習(xí)慣的取法。FOLLOWME！

對于二端元件而言，電壓的參考極性和電流參考方向的選擇有四種可能的方式，如圖下所示。習(xí)慣的取法：取關(guān)聯(lián)參考方向ba+-E2R2+-R3R1E1I1I2I3電流、電壓關(guān)聯(lián)方向選取舉例U2+_U1+_+-U3在選取電流（電壓）參考方向（極性）時，除了畫箭頭（標正、負號）外，還要在旁邊寫上字母。關(guān)聯(lián)方向的正確理解12+-UI對1號元件，該電流、電壓為非關(guān)聯(lián)方向?qū)?號元件，該電流、電壓為關(guān)聯(lián)方向技巧：求解電路時，若事先并不知某元件上電流、電壓的實際方向時，就取參考方向，通過計算結(jié)果就知啦！你知嗎？1.4歐姆定律本節(jié)的要求：復(fù)習(xí)歐姆定律內(nèi)容；注意歐姆定律的公式表達。

歐姆定律：流過電阻元件的電流與其兩端的電壓成正比，與其阻值成反比。初中就學(xué)過啦，不必啰嗦了！U、I參考方向相同時，U、I參考方向相反時，RU+–IRU+–I

表達式中有兩套正負號：

①式前的正負號由U、I

參考方向的關(guān)系確定；②

U、I

值本身的正負則說明實際方向與參考方向之間的關(guān)系。

通常取

U、I

參考方向相同。U=IR

U=–

IR公式表達：請集中3分鐘精神！解：對圖(a)有,U=IR例：應(yīng)用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。對圖(b)有,U=–

IRRU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A二端元件或單口網(wǎng)絡(luò)端電壓與電流的關(guān)系稱為伏安特性。I/AU/Vo

線性電阻的伏安特性線性電阻、非線性電阻的概念：

線性電阻的伏安特性是一條過原點的直線。1.5電源有載工作、開路與短路

本節(jié)的要求：了解電源的有載工作、開路與短路狀態(tài)中，電壓、電流與功率的特征；理解電功率和額定值的意義。狀態(tài)：開關(guān)閉合,接通電源與負載負載端電壓（電源端電壓）：U=IR

特征:1.電源有載工作IR0R+

-EU+

-電流的大小由負載決定?；?/p>

U=E–IR0電流的特征電壓的特征電源端電壓：IR0R+

-EU+

-

在電源有內(nèi)阻時，I

U

。U=E–IR0電源的外特性EUI0

當

R0<<R時，則U

E

，表明當負載變化時，電源的端電壓變化不大，即帶負載能力強。電源端電壓的特征UI=EI–I2RoP=PE

–

P負載取用功率電源產(chǎn)生功率內(nèi)阻消耗功率負載大小的概念:

負載增加指負載取用的電流和功率增加(電壓一定)，等效電阻減小。IR0R+

-EU+

-U=E–IR0電路功率的特征為什么？

負載并聯(lián)也！電源與負載的判別①

根據(jù)U、I的實際方向判別請集中4分鐘的精神！RI+

-USU+

-I都是實際方向電源：發(fā)出電功率負載：吸收電功率

電源：電流從“+”端流出（發(fā)出功率）；

負載：電流從“+”端流進（吸收功率）。IR+

-USU+

-I都是實際方向由此可得：電源與負載的判別U、I為非關(guān)聯(lián)參考方向時，P=UI

0，電源；

P=UI

0，負載。U、I為關(guān)聯(lián)參考方向時，P=UI0，負載；

P=UI

0，電源。

②

根據(jù)U、I的參考方向判別還有2分鐘！UI可以證明：電源與負載的判別U、I為非關(guān)聯(lián)參考方向時，P=－UI

0，負載；

P=－UI

0，電源。②

根據(jù)U、I的參考方向判別還有2分鐘！UI可以證明：例1：判斷下圖元件是電源還是負載。+－U=-6VI=2A解法一：根據(jù)實際方向判別－+UI=2A電路的實際方向為：所以，判斷為電源。例1：判斷下圖元件是電源還是負載。+－U=－6VI=2A解法二：根據(jù)參考方向判別P=UI=(－6)×2=－12W＜0所以，判斷為電源。例2：判斷下圖元件是電源還是負載。+-12V+-10V1Ω2A+-2V電源負載負載具有電動勢的元件在電路中不一定是電源充電狀態(tài)例2

在圖示電路中，已知U1=1V,U2=-6V,U3=-4V,

U4=5V,U5=-10V,I1=1A,I2=-3A,I3=4A,I4=-1A,

I5=-3A。

試求：(1)各二端元件吸收的功率；

(2)整個電路吸收的功率。

例1－1

例2

在圖圖示電路中，已知U1=1V,U2=-6V,U3=-4V,

U4=5V,U5=-10V,I1=1A,I2=-3A,I3=4A,I4=-1A,I5=-3A。整個電路吸收的功率為解：各二端元件吸收的功率為電氣設(shè)備的額定值

額定值:電氣設(shè)備在正常運行時的規(guī)定使用值

電氣設(shè)備的三種運行狀態(tài)欠載(輕載)：I<IN

，P<PN(不經(jīng)濟)

過載(超載)：I>IN

，P>PN(設(shè)備易損壞)額定工作狀態(tài)：I=IN

，P=PN

(經(jīng)濟合理安全可靠)

1.額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性；2.額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。例：燈泡：UN=220V

，PN=60W電阻：RN=100

，PN=1W

特征:

狀態(tài)：開關(guān)斷開2.電源開路I=0電源端電壓

(開路電壓)U

=U0=EP

=PE=△P=0①

開路處的電流等于零，I

=0②

開路處的電壓U視電路情況而定。電路中某處斷開時的特征:I+–U有源電路IRoR+

-EU0+

-功率的特征電壓的特征電流的特征狀態(tài)：電源外部端子被短接3.電源短路

特征:電源端電壓負載功率電源產(chǎn)生的能量全被內(nèi)阻消耗掉短路電流（很大）U

=0

PE=

P=I2R0P

=0①短路處的電壓等于零，U

=0②

短路處的電流I視電路情況而定。電路中某處短路時的特征:I+–U有源電路IR0R+

-EU0+

-電流的特征電壓的特征功率的特征

你能設(shè)計出至少3種確定某一蓄電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗方法嗎？課后試一試！1.6基爾霍夫定律本節(jié)的要求：掌握KCL、KVL的內(nèi)容；

能熟練地列寫KCL、KVL

方程本節(jié)是本章的重點！支路：電路中的每一個分支。一條支路流過同一個電流，稱為支路電流。結(jié)點：三條或三條以上支路的聯(lián)接點?；芈罚河芍方M成的閉合路徑。網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路（中空）的回路。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1123介紹幾個名詞支路：ab、bc、ca、…

（共6條）adbcE–+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I下面可是個很好的例子，莫錯過啰！幾條支路？幾個結(jié)點？結(jié)點：a、b、c、d

(共4個）回路：abda、abca、adbca

…

（共7個）網(wǎng)孔：abd、abc、bcd

（共3個）adbcE–+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I幾個回路？幾個網(wǎng)孔？數(shù)一數(shù)圖示電路的支路、結(jié)點、回路和網(wǎng)孔數(shù)。重點開始啦！1.基爾霍夫電流定律(KCL)定律的內(nèi)容：

即:

Ｉ入=

Ｉ出敘述法之一：在任一瞬間，流進任一結(jié)點的電流等于流出該結(jié)點的電流。一般地:Ｉ=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1例：對于結(jié)點a，有：I1+I2=I3或：I1+I2–I3=01.基爾霍夫電流定律(KCL)定律的內(nèi)容：一般地:Ｉ=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1

敘述法之二：在任一瞬間，流進（或流出）任一結(jié)點的電流代數(shù)和為零。一般地：流進結(jié)點：+流出結(jié)點：－均為：參考方向1.基爾霍夫電流定律(KCL)KCL的實質(zhì):電流連續(xù)性的體現(xiàn)。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1KCL：約束了電路中任一結(jié)點各支路間的電流

電流定律可以推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面。KCL的推廣應(yīng)用：I=?例:廣義結(jié)點I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2

+_+_I5

1

1

5

6V12V這些電流：有的為正；有的為負2.基爾霍夫電壓定律（KVL)定律的內(nèi)容：即：

U=0敘述法之一：在任一瞬間，從回路中任一點出發(fā)，沿回路順時針或逆時針繞行一周，則在這個方向上電位升之和等于電位降之和。對回路1：對回路2：

E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或I1R1+I3R3–E1=0

或I2R2+I3R3–E2=0

I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112

即:

電位升=

電位降即：

U=0敘述方法之二：在任一瞬間，沿任一回路順時針或逆時針繞行一周，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。2.基爾霍夫電壓定律（KVL)定律的內(nèi)容

U=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112一般地：電位降：+電位升：－KVL：約束了電路中任一回路各元件間的電壓

電位升=電位降

E2=UBE+I2R2

U=0

I2R2–E2+

UBE

=0開口電壓可按回路處理1對回路1：E1UBEE+B+–R1+–E2R2I2_KCL的推廣應(yīng)用本重點講解大約需要0.9分鐘！堅持就是勝利！重點結(jié)束啦！各位辛苦了！你現(xiàn)在打瞌睡，我沒意見啦！請欣賞例題例1：對網(wǎng)孔abda：對網(wǎng)孔acba：對網(wǎng)孔bcdb：R6I6R6–I3R3+I1R1=0I2R2–

I4R4–I6R6=0I4R4+I3R3–E=0對回路

adbca，沿逆時針方向循行：–I1R1+I3R3+I4R4–I2R2=0應(yīng)用

U=0列方程對回路

cadc，沿逆時針方向循行：–I2R2–I1R1+E

=0adbcE–+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I

例2：如對圖示電路的三個回路，沿順時針方向繞行回路一周，寫出的KVL方程。

1231.7電路中電位的概念及計算本節(jié)的要求：熟悉電位的概念；

會進行電位計算；

熟悉電位的特點；

熟悉電路的簡化畫法電位：電路中某點至參考點的電壓，記為“VX”

。

通常設(shè)參考點的電位為零。1.電位的概念某點電位為正，說明該點電位比參考點高；某點電位為負，說明該點電位比參考點低。電壓與電位的關(guān)系：a、b之間的電壓a點電位b點電位你們的師兄、師姐經(jīng)常在此犯錯誤！注意：①說某點電位的大小，一定要指明參考點；

②某點有電位，但一點沒有電壓，兩點之間才有電壓

你可記住了？

電位的計算步驟:(1)任選電路中某一點為參考點，設(shè)其電位為零；

(2)標出各電流、電壓參考方向并計算；

(3)計算各點至參考點間的電壓即為各點的電位。請欣賞例子，并注意歸納總結(jié)下面的重點內(nèi)容講解大約需要3分鐘例1：求圖示電路中各點的電位:Va、Vb、Vc、Vd

。解：設(shè)a為參考點，即Va=0VVb=Uba=–10×6=

60VVc=Uca

=4×20=80VVd

=Uda=6×5=30V

設(shè)b為參考點，即Vb=0VVa

=Uab=10×6=60VVc

=Ucb=E1=140VVd

=Udb=E2=90V

bac20

4A6

10AE290V

E1140V5

6A

dUab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V

Uab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V

從上述計算，你能歸納出什么結(jié)論？(1)電位值是相對的，和參考點有關(guān)，參考點選取的不同，電路中各點的電位也將隨之改變；(2)電路中兩點間的電