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1、第1章 直流电源1.1 电路基本概念学习目标：了解电路的概念；掌握电路图的画法及常用的部分电工图形、文字符 号；掌握电路的基本物理量（电流、电压、电位、电动势、电阻）； 了解直流电路的三种工作状态。教学重点：掌握电路的基本物理量教学难点：电压、电位的计算课时分配：2学时教学过程：一、电路的组成及作用 电路就是电流通过的闭合路径，它是由各种电气器件按一定方式用导线连接组成的总体。电路的结构形式和所能完成的任务是多种多样的，从日常生活中使用的用电设备到工、农业生产中用到的各种生产机械的电器控制部分及计算机、各种测试仪表等，从广义说，都是电路。最简单的电路如图所示的手电筒电路。1、组成：电路主要由三

2、部分组成。（1）电源 是供应电能的设备。在发电厂内将化学能或机械能等非电能转换为电能，如电池、蓄电池、发电机等。（2）负载 是使用电能的设备，又称用电器。作用是将电能转换成其它形式的能量，如电灯、电炉、扬声器、电动机等。（3）中间环节 用于连接电源和负载。起传输和分配电能或对电信号进行传递和处理的作用，如变压器、输电线等。2、电路模型和电路图实际电路元件电磁性质较为复杂。为便于对实际电路进行分析，需用能够代表其主要电磁特性的理想电路元件或它们的组合来表示。理想电路元件就是指只反映某一个物理过程的电路元件,包括电阻、电感、电容、电源等。用理想电路元件所组成的电路即为电路模型，手电筒电路的电路模型

3、如图所示。3、作用（1）进行电能的传输和转换，如照明电路、动力电路等。典型电路是电力系统。（2）实现信息的传输和处理，如测量电路、扩音机电路、计算机电路等。典型电路是扩音机。二、电流1、电流的形成：电荷的定向移动形成电流。2、电流的大小电流的大小是指单位时间内通过导体横截面的电荷量。恒定电流 （DC）（“”） 交变电流 （AC）（“”） 大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流，也称为直流电流，用表示。大小和方向随时间变化的电流称为交变电流，简称交流电流，用i表示。电流的单位为A（安培），还有kA（千安）、mA（毫安）、A（微安）等。 3、电流的方向（1）实际方向习惯上规定正电荷移动的方向或

4、负电荷移动的反方向为电流的实际方向。（2）参考方向：可以任意选取在分析电路时，常常要知道电流的方向，但有时电路中电流的实际方向难于判断，此时常可任意选定某一方向作为电流的“参考方向（也称正方向）”。所选的参考方向不一定与实际方向一致。当电流的实际方向与其参考方向一致时，则电流为正值；反之，当电流的实际方向与其参考方向相反时，则电流为负值，如图所示。a） b）4、电流的表示方法（1）箭头： （2）双下标：5、电流的测量用电流表（安培表）来测量。测量时注意：（1）交、直流电流用不同表测量。 （2）电流表应串联在电路中。（3）直流电流表有正负端子，即：“+”、“-”记号，接线时不能接错。（4）选择正

5、确的量程。三、电压（电位差）1、物理意义在图中，极板a带正电，极板b带负电，a、b间存在电场。正极板a上的正电荷在电场力的作用下从a经过负载移到负极板b，从而形成了电流。这说明电场力做功产生了电流。规定：电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功称为a、b两点之间的电压，用表示。电压的单位为V（伏特），还有kV（千伏）、mV（毫伏）、V（微伏）等。 2、实际方向：由高电位指向低电位结论：对于电阻性负载来说，没有电流就没有电压，有电压就一定有电流。电阻两端的电压常叫做电压降（压降）。而对于电源来说，其端电压的实际方向是正极指向负极。3、参考方向：可以任意选取，同电流参考方向的选取4、电压的表示方

6、法（1）箭头：（2）正负号：、（3）双下标：5、电压的测量用电压表（伏特表）来测量。测量时注意：（1）交、直流电压用不同表测量。（2）电压表应并联在被测电路两端。（3）直流电压表有正负端子，即：“+”、“-”记号，接线时不能接错。（4）选择正确的量程。【例】电路如图所示，已知，求：解：四、电动势1、物理意义为维持电路中的电流流通，则必须保持电路a、b两端间的电压恒定不变，这就需要电源力源源不断地把正电荷从负极板b移回正极板a上。规定：电源力克服电场力把单位正电荷从b点（负极）经电源内部移回到a点（正极）所做的功，叫电动势，用表示。2、电动势的实际方向电动势的实际方向规定：在电源内部由负极指向正

7、极，即电位升，其单位与电压单位相同，也是伏特（V）。结论：对于一个电源来说，既有电动势，又有端电压。电动势只存在于电源内部，方向由负极指向正极；而端电压只存在于电源外部，其方向由正极指向负极。一般情况下，电源的端电压总是低于电源内部的电动势，只有当电源开路或者电源的内阻忽略不计时，电源的端电压才与其电动势相等。3、电动势（）和电压（）的区别：* 物理意义不同；* 实际方向不同；* 电动势只表示电源，而电压既可表电源，也可表负载。4、直流电动势的两种图形符号【例】电路如图所示，已知电源电动势，求出：解：，。五、功率把单位时间内电场力所做的功称为电功率。用“P”表示。定义式：单位：W、kW、mW其

8、中：“W”为电功，指电流所做的功，简称“电功”（电能）。电流做功的过程，实质上就是把电能转换为其他形式的能的过程。表达式：单位：焦耳（J）或千瓦时（） 习题： P35. 11.2 电阻元件和欧姆定律教学目标：了解欧姆定律，能分析电流、电压、电阻之间的关系；掌握电功、电 功率的计算方法。教学重点：掌握欧姆定律有关的计算题教学难点：欧姆定律计算课时分配：2学时教学过程：一、电阻与电阻率1、电阻：导体对电流的阻碍作用称为电阻，用符号R表示。电阻元件是耗能元件，其单位为（欧姆）。常用的电阻单位还有、。2、电阻率：导体的电阻是导体本身的一种性质。它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积：式中：制成电阻的

9、材料的电阻率，国际单位制单位为；绕制成电阻的导线长度，国际单位制单位为m；绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制单位为；电阻值，国际单位制单位为。纯金属的电阻率很小，绝缘体的电阻率很大。银是最好的导体，但价格昂贵而很少采用，目前电气设备中常采用导电性能良好的铜、铝作导线。二、部分电路欧姆定律1、部分电路：只含有负载而不包含电源的一段电路。2、内容：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，与电阻值成反比，称为部分电路欧姆定律。3、表达式：（、参考方向一致）（、参考方向不一致） a）、参考方向一致 b）、参【例1】：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。RU6V+2AR+U6VI(a)(b)I2

10、A解：对图(a)有，对图(b)有，【例2】：已知某100W的白炽灯在电压220V时正常发光，此时通过的电流是0.455A，试求该灯泡工作时的电阻。解： 三、全电路欧姆定律1、概念（1）全电路：含有电源的闭合电路。（2）内电路：电源内部的电路。外电路：电源外部的电路。（3）内电阻：电源内部的电阻，简称内阻。用表示。外电阻：外电路的电阻。用表示。2、内容：闭合电路中的电流与电源的电动势成正比，与电路的总电阻，即内电阻和外负载电阻之和（）成反比。3、表达式：是内阻上的压降；既是外阻上的压降，又是电源两端的电压（路端电压或端电压）。四、电阻的串联多个元件逐个顺次连接起来，就组成了串联电路。两个或两个以

11、上的电阻依次连接，组成一条无分支电路，这样的连接方式叫做电阻的串联。1、串联电路的特点（1）等效电阻：* * 当时，（大）（2） 流经各电阻的电流相等。（3）串联总电压等于各电阻上电压之和，即；（4）分压关系为：当两只电阻R1、R2串联时，总电阻，则有分压公式，五、电阻的并联把多个元件并列地连接起来，由同一电压供电，就组成了并联电路。两个或两个以上的电阻接在电路中相同的两点之间，承受同一电压，这样的连接方式叫做电阻的并联。1、并联电路的特点（1）等效电阻：；* * 当时，（小）（2）各电阻电压相等。（3）并联总电流等于各电阻上电流之和，即；（4）分流公式为：，【例1】：图所示的并联电路中，求等

12、效电阻、总电流、各负载电阻上的电压、各负载电阻中的电流。解：等效电阻总电流各负载上的电压各负载上的电流六、电阻的混联既有串联又有并联的电路称为混联。混联电路形式多种多样，但可以利用电阻串、并联关系进行逐步化简。【例3】：（选作）如图，已知，求等效电阻。解： 等效电阻习题： 如图，已知，求等效电阻。 解：等效电阻 1.3电感元件和电容元件教学目标：电容、电感元件的构造、作用和特点；掌握电容电感的作用并会正确 选用。教学重点：电容的作用，主要参数（电容量、电量、电压、耐压）的计算，电容 的充放电过程教学难点：电容参数的计算，电容充放电过程的理解课时分配：2学时教学过程：一、电容1、电容器：用来储存

13、和释放电荷及电场能量的“容器”。其容量决定了它对电荷的存储能力。2、电容器的组成：两块彼此绝缘的导体就构成一个电容器，两个导体称为电容器的电极。图a是平行板电容器结构图，两个平行的金属板构成电容器的极板，两个极板之间为电介质，电介质可为空气、纸、云母、塑料薄膜等材料。图b是一只电容器的解剖图。 图a平行板电容器 图b 电解电容器结构电容器分为有极性和无极性两种类型，无极性电容器在接入电路时不考虑其极性，有极性电容器在接入电路时正负极不得接反。电解电容器是有极性电容器，使用时要注意。3、电容的作用：隔直流通交流的作用。且电容器的电压不能突变。在电力系统中，电容可以用来改善系统的功率因素，提高电能

14、的利用率；在机械加工中，电容还可用于电火花加工。4、电容的类型：按电容器的容量是否可调分为：固定电容器、可变电容器及微调电容器。按电容器所用的介质可分为：有机介质电容器、无极介质电容器、气体介质电容器、电解电容器。5、几种常见电容的符号6、电容器主要参数：（1）电容量当给电容器两端加上电压，如下图所示，则电容器的两个极板上就聚集起等量异号的电荷，两极板间就形成电场。电容器带电实验证明，当电容器的电介质、几何尺寸确定之后，电容器两极板上所加的电压越高，极板上聚集的电荷量越多，并且电荷量与电压成正比，其比值为一常数。我们将这一常数称为电容器的电容量，亦简称电容，用大写英文字母C 表示。C=q/U

15、式中 C电容器的电容量，单位为法拉（F）；q极板上所带电量，单位为库伦（C）；U极板间电压，单位为伏特（V）。参考方向规定为从正极板指向负极板。电容器和电容量都简称为电容，但其含义不同，前者是元件的名称，后者是元件的容量，从概念上要加以区别。（2）电容常用的单位：常用的单位有微法（F）和皮法（pF）。1F=106F =1012pF电容器上标有的电容数是电容器的标称容量。电容器的标称容量和它的实际容量会有误差。常用固定电容允许误差的等级见下表。（3）工作电压：电容器因为两个极板之间为绝缘材料，因为绝缘材料的耐压不同，电容器的工作电压亦不同。每种电容器都有一个电压系列，供应用时选择。如果选择的电容

16、器耐压值低于工作电压，则会因为耐压不足而损坏。在规定的工作温度范围内,电容能长期可靠地工作,它能承受的最大直流电压,就是电容的耐压,也叫做电容的直流工作电压。在交流电路中,要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。否则，电容器会被击穿而损坏。常用的固定电容工作电压有6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、250V、400V、500V、630V、1000V。7、电容上电压与电流间的关系由于电容器两极板间的电介质是绝缘的，所以理想电容器中不会有电流通过。通常所说的通过电容器的电流，实际是指电容器所在支路的电流。当电容器两极板间电压升高或降低时，极板上的电荷相应地聚

17、集或减少，那么就会有电荷在电容器所在支路中定向移动形成电流，并且电压变化越快，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多，电流越大。若电容元件上所加电压为直流时，其上的电压和电流均为零，所以稳态时电容元件对直流信号相当于开路，只有当电容元件上所加电压有变化（如电压为交流）时，才不为零。8、电容元件的连接（1）电容元件的并联并联电路如下图所示。电路具有以下特点：1）各元件端电压相等，等于电路两端总电压（各电容上加的为同一电压U），即：U1=U2=U3=U2）电容器组储存的总电量等于各电容器储存电量之和，即：q=q1+q2+q3（其中q1=C1U，q2=C2U，q3=C3U）3）电容器组的总电容（等效

18、电容）等于各电容器电容量之和，即：电容并联电路电容器并联使用时应注意：并联电容器的额定电压和总电容量要符合使用要求。注：应用电容的并联增大电容量时，不能忽略电容的耐压。任一电容器的耐压均不能低于外加的工作电压，否则该电容器会被击穿，所以，并联电容器组的耐压值等于各电容器中耐压值最小的那个值。（2）电容元件的串联串联电路如下图所示。电路具有以下特点：电容串联电路1） 各电容元件储存的相等，等于电容元件组储存的总电量q，即：q=q1=q2=q32） 总电压等于各电 压之和，即：U=U1+U2+U33） 串联时等效电容的倒数等于各电容的倒数之和，即 当有两个电容元件串联时，总电容量为电容器串联电路中

19、各电容器两端电压与总电压的关系为：， ， 上式称为电容器串联电路的分压公式。由公式可知，各电容器分得的电压跟电容器的电容量成反比，即电容量越小，分得的电压越大；电容量越大，分得的电压越小4）串联时工作电压的选择：求出每一个电容器允许储存的电量（即电容乘以耐压），选择其中最小的一个（用qmin表示）作为电容器组储存电量的极限值，电容器组的耐压就等于这个电量除以总电容，即：U=qmin/C。说明：当n个相同的电容串联时，电容器组的总的耐压为单个电容器耐压的n倍，故电容器串联可提高耐压。9、电容的充放电：当电容器两端加上电压时，电容两极板上要聚集等量异号的电荷。电容器两端电压发生变化时，极板上的电荷

20、同时发生变化，电容中形成位移电流。我们由下图分析电容器充放电过程。a)充电 b)放电电容的电压电流方向（1）电容器充电：在图a中，给电容器加上外电压E，由于EU，电容器充电，正电荷从电源的正极流向电容器极板，形成充电电流，如图所示。随着充电时间的延长，电容器极板上的电荷越来越多，电容器两端电压U上升，充电电流下降。当电容器两端电压U=E时，充电停止，充电曲线如图c所示。（2）电容器放电：在图b中，将已经充上电的电容器通过电阻放电。刚接通电阻时，因为电容器上的电压最高，放电电流最大；随着放电时间的延长，电容器极板上的电荷越来越少，电容器两端电压下降，放电电流下降。当电容器两端电压下降到零，放电停

21、止，放电曲线如图d所示。 c) d)c)充电曲线 d)放电曲线由充放电曲线可以看出，电容器有以下特性：1）充电电流与电压的变化率成正比。当电容两端电压发生变化时，电容中有电流；当电容两端电压不变化时（图a中U=E），电容中充电电流下降为零。即电容是一个动态器件，电容两端电压变化，电流变化，电压不变化，电流为零。在直流电路中，如果电压不变化，则，电路中没有电流流动，所以电容具有隔断直流的作用。2) 当U增加，电流i为正值，电容器充电，电流与电压的方向相同，如图c所示；当U下降，电流i为负值，电容器放电，电流与电压的方向相反，如图d所示。3) 电容器在充放电过程中，只是将电能储存在电容器中或由电容

22、器放出电能，电容器并不消耗电能，所以电容器是一个储能器件。电容器中的电场能量:电容器在充电过程中，由于两极板上聚集了大量的电荷，形成了电场，便储存有电场能量。电场能量用WC 表示，其值为 式中，WC的单位为J（焦）； C 的单位为F（法） UC的单位为V（伏）电容器中储存的能量是以电场的形式储存在电容器中的，它只与电容器两端的电压有关，而与电压的建立过程无关。二、电感1、电感元件：具有电流通过时磁感有变化的元件统称为电感元件，常用在汽车电子电路中。2、电感元件分类：按导磁体性质分为空心电感、铁心电感、磁心电感。3、电感的符号4、电感的特性及主要参数（1）直流电阻：是绕制电感的导线所呈现的电阻。

23、由于绕制电感的导线常用铜线，且长度也不会很长，故电感的直流电阻往往很小，一般忽略不计。（2）电感量：又叫电感系数或自感系数，它是反应电感具备电磁感应能力的物理量。电感量的基本单位是亨利（H），常用单位有毫亨（mH）和微亨（ H）。H、mH、 H之间的换算关系如下：1H=103 mH；1mH=103 H；1H=106 H。（3）感抗：感抗是指电感元件对交流电（或突变电流）的阻碍作用。（4）品质因素：品质因素是衡量电感元件质量的重要参数，品质因素常用Q表示。（5）分布电容：由于电感是由导线绕制而成的，这样匝与匝之间具有一定的电容，线圈与地之间也有一定的电容。习题：例1：有一电容电路，其工作电压为1

24、20 V，需要电容量80 F。现有几种规格的电容器为：100 F/50 V；47 F/160 V；22 F/250 V；10 F/400 V。请选择合适规格的电容器接入电路中。解：根据电路要求，所选电容器的耐压必须大于120 V，电容量大于80F。在给定的电容器中选取47 F/160 V的电容器两只并联较为合适，并联总电容量为 F80 F 电容量和耐压均符合电路要求。1.4 电压源、电流源及其等效变换1.5 电路的三种工作状态学习目标：了解电压源、电流源的概念；掌握电压源、电流源等效图、了解电路 三种工作状态教学重点、难点：掌握压源、电流源等效图及各参数变换课时分配：2学时教学过程：一、电压源

25、 (是对外提供电压的电源，开路状态时，两端有电压，电流为零；当接成闭合回路后，电压源上有电流流过)电压源按其内阻是否考虑可分为两类：一类是忽略内阻或内阻为零的电压源，称为理想电压源，或称恒压源；一类是考虑内阻，内阻不为零的电压源，称为实际电压源。（1）理想电压源（恒压源）：内阻为0* 输出电压恒定不变，U = E * 输出电流由外负载决定， （a）理想电压源 （b）实际电压源 （c）外特性曲线 （2）实际电压源（理想电压源实际上是不存在的。一个实际电源总是有内阻的，当电源通过电流时，存在着能量损耗。一个实际电压源可等效成一个理想电压源E与内阻RO串联的模型。）当接上负载时，电源端电压（负载RL

26、上的电压和电流的关系）二、电流源 (是对外提供电流的电源，开路状态时，有电流存在，无端电压；当接成闭合回路后，电流源两端有电压存在)电流源按其内阻是否考虑可分为两类：一类是不考虑内阻或内阻为无穷大的电流源，称为理想电流源，或称为恒流源；一类是考虑内阻，内阻不为无穷大的电流源，称为实际电流源。（1）理想电流源（恒流源）：内阻为 * 输出电流恒定不变，I = IS * 其端电压由外负载决定，例题：P35 三、负载的额定值1、额定电流、额定电压和额定功率电气设备安全工作时所允许的最大电流、最大电压和最大功率。2、铭牌数据通常电气设备或元件的额定值标在产品的铭牌上，故额定值也称铭牌数据。如一白炽灯标有

27、“220V/40W”，表示它的额定电压为220V，额定功率为40W。3、电气设备的工作状态（1）额定工作状态：电气设备或元件在额定功率下工作的状态，也称为满载状态。电气设备满载工作时经济合理、安全可靠。（2）轻载状态：电气设备或元件低于额定功率运行的工作状态，也称为欠载状态。电气设备轻载工作时不经济。（3）过载状态：电气设备或元件高于额定功率运行的工作状态，也称为超载状态。电气设备超载工作时容易损坏或造成严重事故，一般不允许出现。 四、电路的三种状态1、通路电源的有载工作将电路中的开关S闭合，电源与负载接通，构成回路，电源处于有载工作状态。a）电源的有载工作 b）电源开路 c）电源短路电路中的

28、电流为：端电压与输出电流的关系为：上式表明：当电源具有一定值的内阻时，端电压总是小于电源电动势；当电源电动势和内阻一定时，端电压随输出电流的增大而下降。电源产生的功率=负载取用的功率+内阻及线路损耗的功率。2、开路（断路）将图中的开关S断开，电源处于开路状态，也称为电源的空载运行，相当于。此时负载上的电流、电压和功率均为零。即：电源的开路电压等于电源的电动势。，3、短路电源两端由于某种原因直接接触时，电源就被短路，电路处于短路运行状态。其特点是：被短路元件两端电压为0。电路中电流称为短路电流，且有，电源输出电压为。短路电流很大，如果没有短路保护，会发生火灾。短路是电路最严重、最危险的事故，是禁

29、止的状态。产生短路的原因主要是接线不当，线路绝缘老化损坏等。应在电路中接入过载和短路保护。1.6 电路基本定律学习目标：了解节点、支路、回路、网孔概念；掌握KCL、KVL电路教学重点、难点：掌握KCL、KVL电路计算课时分配：2学时教学过程：电路有简单电路和复杂电路之分，不能用电阻串、并联关系化简的电路叫做复杂电路。分析电路的方法很多，但它们的依据是电路的两条基本定律欧姆定律和基尔霍夫定律。基尔霍夫定律既适用于直流电路，又适用于交流电路。它包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律两个定律。基尔霍夫电流定律应用于节点，基尔霍夫电压定律应用于回路。为了阐明该定律，先介绍电路的几个基本术语。（1）支路：电路中的每一个分支称为支路。它由一个或几个相互串联的电路元件构成。在同一支路内，流过所有元件的电流相等。如图所示电路中有3条支路，分别是ab、acb、adb。其中，含有电源的支路称有源支路，不含电源的支路称无源支路。（2）节点：三条或三条以上支路所汇成的交点叫节点。图中共有2个节点，分别是节点a和节