第1章电路的基本定律与基本分析方法[教育研究]

1、第一章 电路的基本概念与基本分析方法 本章讲授学时：10-12学时 1章节课堂 1.理解电路模型及理想电路元件（电阻、电感、理解电路模型及理想电路元件（电阻、电感、 电容、电压源和电流源）的电压电容、电压源和电流源）的电压电流关系电流关系 2.理解电压、电流参考方向的意义。理解电压、电流参考方向的意义。 3.理解实际电源的两种模型及其等效变换。理解实际电源的两种模型及其等效变换。 4.理解基尔霍夫定律。掌握用支路电流法、弥理解基尔霍夫定律。掌握用支路电流法、弥 尔曼定理、叠加原理和戴维宁定理分析电路尔曼定理、叠加原理和戴维宁定理分析电路 的方法。的方法。 5.理解电功率和额定值的意义。理解电功

2、率和额定值的意义。 本章基本要求：本章基本要求： 2章节课堂 本章主要内容本章主要内容 基本概念 基本定律及应用 基本分析方法 3章节课堂 1 电路的组成及作用 2 电路中的基本物理量及参考方向 3 电路元件及电路模型 4 电路的工作状态 基本概念 4章节课堂 基本定律及应用 1 基尔霍夫定律 2 电路中电位的计算 5章节课堂 基本分析方法 1 电源的等效变换法 2 支路电流法 3 弥尔曼定理 4 叠加原理 5 戴维宁定理(等效电源定理) 6章节课堂 1.1 电路的组成及作用 电路指的是由一些电气设备或器件组成 的以备电流流过的通路。或者说：由若干电气 装置与器件为了某种需要按一定方式组合而成

3、的 电流的通路称为电路。 电路的结构将依它所完成的任务不同而不同， 可以简单到由几个元件构成，也可以复杂到由上 千个甚至数万个元件构成。 7章节课堂 电源电源 负载负载 中间环节中间环节 信号源信号源 蓄电池对白炽灯供电(图1-1) 热电偶测温(图1-2) 其它：其它： 开关、 熔断器、 电表等。 其它形式的能 量转换为电能 电能转换为其 它形式的能量 1.1.1电路的组成 8章节课堂 电源电源 负载负载 中间环节中间环节 电源（或信号源）：是供应电能的设备。 如干电池、蓄电池、发电机或其它设备 负载：是取用电能的设备，把电能转化 为其它形式的能量，如灯泡、电动机 中间环节：是连接电源和负载的

4、部分， 可以是开关、导线、控制环节、放大器、 传输线和变换环节等。 9章节课堂 1.实现电能的传输与转换电力系统的电路 发电机 升压 变压器 降压 变压器 电灯 电动机 电炉 输电线 图1.3 电力系统示意图 2.实现信号的传递与处理电子信号电路 如图1.2 热电偶测温电路 1.1.2电路的作用 一般而言，第二类电路中也伴随着 能量的传 输和转换，但数量及能耗相对较小。10章节课堂 1.2 电路中的基本物理量及参考方向 1.2.1电路的基本物理量与参 考方向 1.2.2电压与电流参考方向之间电压与电流参考方向之间 的关系的关系 1.2.3电路中各物理量的计算 11章节课堂 1.2.1电路的基本

5、物理量 与参考方向 电流 电压与电动势 电功率 12章节课堂 电流 电流有两个涵义 电流的单位 电流的真实方向和正方向 13章节课堂 电流有两个涵义 第一 :电流表示一种物理现象 第二 :电流的大小用电流强度表示 电荷有规则的运动就形成电流电荷有规则的运动就形成电流.通常在金属导体内部的电流是通常在金属导体内部的电流是 由自由电子在电场力作用下运动而形成的。而在电解液中（如蓄由自由电子在电场力作用下运动而形成的。而在电解液中（如蓄 电池），或者被电离后的气体导电过程中，电流是由正、负离子电池），或者被电离后的气体导电过程中，电流是由正、负离子 在电场力作用下，沿着相反方向的运动而形成的。负电荷

6、的运动在电场力作用下，沿着相反方向的运动而形成的。负电荷的运动 效果与等量的正电荷在相反方向上的运动效果是相同的。效果与等量的正电荷在相反方向上的运动效果是相同的。 电流强度是指在单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流强度是指在单位时间内通过导体横截面的电荷量。 14章节课堂 如果电流的大小和方向都不随时间变化，则称为直流电流如果电流的大小和方向都不随时间变化，则称为直流电流 (direct current(direct current，简写为，简写为DC)DC)，用大写字母用大写字母I I表示表示。 如果电流的大小和方向都随时间变化、则称为交流电流如果电流的大小和方向都随时间变化、则称为交流

7、电流 (alternating current (alternating current ，简写为，简写为AC)AC)，用小写字母，用小写字母i表示表示 。 t q I dt dq i 电流强度平时多简称电流，所以，电流又代电流强度平时多简称电流，所以，电流又代 表了一个物理量。表了一个物理量。15章节课堂 电流的单位 电流的单位是安培（库仑/秒）， 简称安， 用A表示。 比安培小的单位是毫安和微安。 三者 的关系是： 1mA（毫安）=10-3A 1A（微安）=10-6A 16章节课堂 电流的真实方向和正方向 电流的规则运动形成了电流，所以电流就 应该有方向，习惯上，是把正电荷运动的方向 作为

8、电流的方向。而电子运动的方向与等量正 电荷的运动的效果相同，方向相反。 17章节课堂 在实际电路的任何一段导体中，电流的真实方向都有两种在实际电路的任何一段导体中，电流的真实方向都有两种 可能。可能。 所谓正方向就是在一段电路里，在电流两种可能所谓正方向就是在一段电路里，在电流两种可能 的实际方向中，任意选择一个作为标准（参考）。的实际方向中，任意选择一个作为标准（参考）。当当 实际方向与参考方向一致，为正；相反，为负。实际方向与参考方向一致，为正；相反，为负。 在很多时候，我们不一定能知道电流的实际方向究竟是怎在很多时候，我们不一定能知道电流的实际方向究竟是怎 么样的，所以，根据分析与计算电

9、路的需要，我们引入了参考么样的，所以，根据分析与计算电路的需要，我们引入了参考 方向（正方向）的概念。方向（正方向）的概念。 AB I A B I AB I A B I 0I 0I 18章节课堂 注意注意 电流的真实（实际）方向是一种客观存在，不能任电流的真实（实际）方向是一种客观存在，不能任 意选择。电流的正方向是分析计算电路的一种方法意选择。电流的正方向是分析计算电路的一种方法 和手段和手段用来确定真实（实际）方向的方法和手用来确定真实（实际）方向的方法和手 段。电流的正方向是我们事先规定的分析问题的标段。电流的正方向是我们事先规定的分析问题的标 准，它是可以任意选择的。准，它是可以任意选

10、择的。 一个直流电路确定后，电路中各部分的真实方向也一个直流电路确定后，电路中各部分的真实方向也 就完全确定了，它不受正方向的影响。但是，在规就完全确定了，它不受正方向的影响。但是，在规 定了正方向以后，电流就是一个代数量，可正、可定了正方向以后，电流就是一个代数量，可正、可 负。负。电流的正负是相对于某一个确定的正方向电流的正负是相对于某一个确定的正方向 而言的。即当电路中电流的正方向确定了，则电流而言的。即当电路中电流的正方向确定了，则电流 的正负也就确定了。的正负也就确定了。 再今后的电路中，所标注的电流方向一般都是正方再今后的电路中，所标注的电流方向一般都是正方 向，如果不是需作特殊说

11、明。向，如果不是需作特殊说明。 19章节课堂 电压与电动势 电压与电位电压与电位 电动势电动势 电压与电动势的关系电压与电动势的关系 20章节课堂 电压与电位 电压的概念电压的概念 电压的单位电压的单位 电位的概念电位的概念 电压的正方向电压的正方向 电压与电位的关系电压与电位的关系 21章节课堂 电压的概念 电荷在电场力作用下形成电流，在这个过电荷在电场力作用下形成电流，在这个过 程中电场力推动电荷运动做功，电压就是表示程中电场力推动电荷运动做功，电压就是表示 电场力移动电荷做功的能力的物理量。电场力移动电荷做功的能力的物理量。 电路通电之后，可以电路通电之后，可以 近似看着是限定在一定空近

12、似看着是限定在一定空 间之内的电场，如图：间之内的电场，如图：电电 荷荷dq从从A点运动到点运动到B点所点所 做的功是做的功是dw，则，则A点与点与B 点之间的电压为：点之间的电压为：dq dW uAB 即：在数值上，即：在数值上，A、 B两点间的电压就是两点间的电压就是 电场力把单位正电电场力把单位正电 荷从荷从A点移动到点移动到B点点 所做的功。所做的功。dq dW uAB 22章节课堂 电压的单位电压的单位 电压的单位用伏特（电压的单位用伏特（V）表示：）表示： 1（V）伏特）伏特=1（J）焦耳）焦耳/1（C）库仑）库仑 C J V11 VmV VKV 3 3 101 101 对直流电压

13、： Q W U AB 23章节课堂 电位的概念电位的概念 电位是表示电场中某一点性质的物理量，而电位是表示电场中某一点性质的物理量，而 且是相对于确定的参考点而言的。且是相对于确定的参考点而言的。 定义：电场中某点定义：电场中某点A的电位在数值上等于电场的电位在数值上等于电场 力将单位正电荷从力将单位正电荷从A点沿任意路径移动到参考点沿任意路径移动到参考 点所做的功。点所做的功。 注意：注意： 1、电位是一个相对的物理量，不确定参考点，、电位是一个相对的物理量，不确定参考点， 讨论电位就没有意义；讨论电位就没有意义； 2、在同一电路中，当选定不同的参考点时，、在同一电路中，当选定不同的参考点时

14、， 同一点的电位是不同的。同一点的电位是不同的。24章节课堂 电压的正方向电压的正方向 电压的正方向又叫电压的极性电压的正方向又叫电压的极性 规定电路中电压的真实方向是由高电位指向低规定电路中电压的真实方向是由高电位指向低 电位的方向，即：电场力移动单位正电荷做正电位的方向，即：电场力移动单位正电荷做正 功的方向。功的方向。 和电流一样，在分析计算电路的时候电压也需和电流一样，在分析计算电路的时候电压也需 要一个正方向。其选择方法和电流的正方向一要一个正方向。其选择方法和电流的正方向一 样，当选定正方向以后，电压的值也有了正负样，当选定正方向以后，电压的值也有了正负 之分，当正方向与实际方向一

15、致，为正；反之，之分，当正方向与实际方向一致，为正；反之， 为负。为负。 25章节课堂 电压的表示方法电压的表示方法 A B R AB U 1.直接写成直接写成UAB 2.用箭头表示用箭头表示UAB 3.用正负号表示用正负号表示UAB 说明说明1:这三种表示方法所代表的意义相同这三种表示方法所代表的意义相同,可以可以 互相通用互相通用,实际使用时可以任选一种实际使用时可以任选一种. 说明说明2:同一段电路的电压相对于不同的正方向同一段电路的电压相对于不同的正方向 可能是正值可能是正值,也可能是负值也可能是负值. VUVU BAAB 110110 26章节课堂 电压与电位的关系电压与电位的关系

16、相同点相同点:它们都反映了电场力移动单位正电荷它们都反映了电场力移动单位正电荷 做功的物理性质做功的物理性质. 区别区别: 1、电路中某点的电位就是该点到参考点之间、电路中某点的电位就是该点到参考点之间 的电压。的电压。 2、电路中某两点之间的电压就等于这两点的、电路中某两点之间的电压就等于这两点的 电位之差。所以，电压通常又称为电位差。电位之差。所以，电压通常又称为电位差。 3、电路中某点电位的大小与参考点的选择有、电路中某点电位的大小与参考点的选择有 关，但任意电压的值与参考点的选择无关。关，但任意电压的值与参考点的选择无关。 27章节课堂 电动势 电动势的概念 电动势的正方向 28章节课

17、堂 电动势的概念电动势的概念 电动势是表示电源性质的物理量。电动势是表示电源性质的物理量。 电动势表征了电源内部的非电场力电动势表征了电源内部的非电场力 移动单位正电荷做功的能力，或者移动单位正电荷做功的能力，或者 说，电源将其他形式的能量转变成说，电源将其他形式的能量转变成 电能的能力。电能的能力。 电动势在数值上等于非电场力将单电动势在数值上等于非电场力将单 位正电荷从电源负极经电源内部移位正电荷从电源负极经电源内部移 动到电源正极时所做的功。动到电源正极时所做的功。 29章节课堂 电动势的单位也为伏特电动势的单位也为伏特 电动势的符号电动势的符号 直流电动势直流电动势 E 交流电动势交流

18、电动势e R I E 30章节课堂 电动势的正方向及表示方法电动势的正方向及表示方法 因为电动势的作用是使正电荷自低电因为电动势的作用是使正电荷自低电 位点移动到高电位点，使正电荷的电位点移动到高电位点，使正电荷的电 位能增加，所以规定电动势的真实方位能增加，所以规定电动势的真实方 向是电位升高的方向，刚好与电压的向是电位升高的方向，刚好与电压的 真实方向相反。真实方向相反。 和电压一样，电动势也有正方向。在和电压一样，电动势也有正方向。在 规定的正方向下，电动势也是一个代规定的正方向下，电动势也是一个代 数量。数量。 电动势的真实方向与正方向相同为正，电动势的真实方向与正方向相同为正， 反之

19、，为负。反之，为负。 31章节课堂 E 电动势的正方向及表示方法 电动势的电动势的 真实方向真实方向 VE5 VE5 电动势的电动势的 正方向正方向 32章节课堂 电压与电动势的关系电压与电动势的关系 电压与电动势是两个不同的概念，电压与电动势是两个不同的概念， 但是都可以用来表示电源正、负极但是都可以用来表示电源正、负极 之间的电位差。之间的电位差。 当同一电源用电压表示和电动势表当同一电源用电压表示和电动势表 示的数值量都为正（或负）时，称示的数值量都为正（或负）时，称 电压与电动势正方向关联一致，简电压与电动势正方向关联一致，简 称正方向一致。称正方向一致。 33章节课堂 电动势与电动势

20、与 电压的关电压的关 系系 E AB U B A E AB U B A E AB U B A E AB U B A E AB U B A 电动势与电压的正方向一致电动势与电压的正方向一致 电动势与电压的正方向不一致电动势与电压的正方向不一致 UE U E UE U E UE U E UE U E 34章节课堂 电功率 使用电路的目的就是为了进行电能使用电路的目的就是为了进行电能 与其他形式的能量之间的转换，所以，与其他形式的能量之间的转换，所以， 在电路分析中经常会用到电功率这个概在电路分析中经常会用到电功率这个概 念，简称功率念，简称功率 功率的概念功率的概念 功率的单位功率的单位 电功（电

21、能）电功（电能） 35章节课堂 功率的概念功率的概念 A B R AB U I 根据电压的定义可知：根据电压的定义可知： tIUW tIQ QUW AB AB 定义：功率是表征电路中能量变换的速度的 物理量。其值等于单位时间内电场力所做的功。 UI t W P 36章节课堂 功率的单位功率的单位 如果电压的单位是伏特，电流的单位是安如果电压的单位是伏特，电流的单位是安 培，则功率的单位就是瓦特，简称瓦（培，则功率的单位就是瓦特，简称瓦（W）。）。 1瓦特的功率等于每秒消耗（或产生）瓦特的功率等于每秒消耗（或产生）1焦焦 耳的功。耳的功。 1瓦特的功率等于每秒消耗（或产生）瓦特的功率等于每秒消耗

22、（或产生）1焦焦 耳的功。耳的功。 比瓦特大的单位是千瓦（比瓦特大的单位是千瓦（kW），小的单），小的单 位是毫瓦（位是毫瓦（mW）。）。 1kW=103W 1mW=10-3W 37章节课堂 电功（电能）电功（电能） 除了电功率以外，有时我们也需要计算一除了电功率以外，有时我们也需要计算一 段时间内电路所消耗（或产生）的电功（电能段时间内电路所消耗（或产生）的电功（电能 ），用），用W表示。表示。 UIttPW 电功（电能）的单位是焦耳。也可以是电功（电能）的单位是焦耳。也可以是 度度=千瓦小时千瓦小时 38章节课堂 电压与电流的正方向之间的关系电压与电流的正方向之间的关系 电压和电流是我们分

23、析电路的最基本的物 理量，这是因为电源电动势可以用端电压完全 代替，而功率的大小和正负也完全取决于电压 和电流的大小和方向。 1.电压与电流的关联正方向电压与电流的关联正方向 2.功率的正负功率的正负 39章节课堂 因为电压的方向就是电位降低的方向（即：电场 力移动正电荷作功的方向也就是电流流动的方向）， 所以，电压和电流的正方向都与正电荷移动的方向一电压和电流的正方向都与正电荷移动的方向一 致。致。因此，我们称电压和电流的参考方向为关联参考 方向。 +- I 元件 U 电压与电流的关联正方向 1.电压与电流的关联正方向电压与电流的关联正方向 40章节课堂 为分析方便我们一般都采用关联的正方向

24、：为分析方便我们一般都采用关联的正方向： 即在同一段电路中电压和电流的正方向相同，即即在同一段电路中电压和电流的正方向相同，即 电流的正方向是从电压的正方向表示的高电位端电流的正方向是从电压的正方向表示的高电位端 流向低电位端的。流向低电位端的。 A B R AB U I A B R AB U I U I方向关联方向关联U I方向非关联方向非关联 41章节课堂 本教材在求解和分析电路时，本教材在求解和分析电路时， 如未作特殊声明均采用关联正方如未作特殊声明均采用关联正方 向向 42章节课堂 2.功率的正负功率的正负 对于一段电路而言，其功率的计算公式是对于一段电路而言，其功率的计算公式是 P=

25、UI 而因为电流和电压都可能有正有负，所以，而因为电流和电压都可能有正有负，所以， 功率的值也是有正有负的。可见，一段电路的功率的值也是有正有负的。可见，一段电路的 功率的正负值是与电压和电流的正方向有关的。功率的正负值是与电压和电流的正方向有关的。 因为我们总是在电压与电流正方向关联的因为我们总是在电压与电流正方向关联的 条件下分析电路，所以，在讨论功率的正负时，条件下分析电路，所以，在讨论功率的正负时， 我们仍然在这个前提下进行。我们仍然在这个前提下进行。 43章节课堂 以以U I的正方向分析的正方向分析 I U I U 或U I P0 消耗功率消耗功率 或 I U I U U I P0,

26、则说明电流是在电场力的作则说明电流是在电场力的作 用下从高电位流向低电位用下从高电位流向低电位,电场力做功消耗功率电场力做功消耗功率;反之反之,当算出当算出P0 则方框中包含有电源则方框中包含有电源,将其他形式的能量转换成电能将其他形式的能量转换成电能,是向外电路是向外电路 发出功率。发出功率。44章节课堂 电路中各物理量的计算电路中各物理量的计算 通过例题分析电压、电流正通过例题分析电压、电流正 负与正方向及功率性质的关系负与正方向及功率性质的关系 45章节课堂 1 23 45 6 U2 U3 U5 U6 I6 I5 I4 I3 I2 I1 U1 U4 例1： 电路如图，各元件电压和电流的参

27、考方向如 图所示，且测得：I1=-4A，I2=6A，I3=10A，I4=1A， I5=8A，I6=3A，U1=140V，U2=-90V，U3=60V，U4=- 80V，U5=30V，U6=60V。试标出图示电路中各电流电压 的实际方向，计算各元件功率的大小，说明该元件是吸 收还是发出功率。 0 1 I 0 2 U 0 4 U 46章节课堂 1 23 45 6 U2 U3 U5 U6 I6 I5 I4 I3 I2 I1 U1 U4 W IUP 560 )4(140 111 W IUP 540 690 222 WIUP6001060 333 WIUP801)80( 444 WIUP240830 5

28、55 WIUP180360 666 发出：发出：P1，P2 消耗：消耗：P3，P4 P5，P6 。 47章节课堂 实际电路 电路模型 电路元件 1.3电路元件及电路模型 48章节课堂 实际电路 49章节课堂 上述实际电路的示意图画出了组成该电路的电 气设备和器件(或称电路部件)的实物。在电力和电 信工程上，通常按国家统一规定的各种电气设备和 器件的符号绘制电路图。 用电路部件符号绘制的电路图 电路模型电路模型 50章节课堂 电路元件电路元件 在电路理论上，为了表征电路部件 的主要物理性质，以便进行定量分析， 通常将电路部件的实体用它的模型来代 替。电路部件的模型由一些具有典型物 理性质的理想电

29、路元件构成。 基本理想电路元件有五种，即：电阻元 件、电感元件，电容元件、理想电压源和理 想电流源。 51章节课堂 在电路图中，五种基本的电路元件分别 用图l8(a)、（b）、（c）、（d）、（e） 所示符号表示。 图l8电路元件图 52章节课堂 电阻、电容、电感元件 的特性方程及参数 电阻元件 电容元件 电感元件 例题分析 53章节课堂 电阻元件电阻元件 电阻元件的性质 电阻元件的电压、电流关系 欧姆定律 电阻元件的功率关系 电阻元件的能量关系 54章节课堂 电阻元件元件的性质 理想电阻元件只具有消耗电能这一理想电阻元件只具有消耗电能这一 种电磁性质（电阻性）。常见的电阻元种电磁性质（电阻性

30、）。常见的电阻元 件如白炽灯、电炉等。件如白炽灯、电炉等。 一段导体的电阻与该导体的长度和一段导体的电阻与该导体的长度和 该导体的电阻率成正比与它的截面积成该导体的电阻率成正比与它的截面积成 反比：反比： S L R R电阻值电阻值 电阻率电阻率 L导体长度导体长度 S导体横截面积导体横截面积 55章节课堂 如果长度的单位是米，面积的单位是如果长度的单位是米，面积的单位是 米米2，则电阻的单位是欧姆。所以，电阻率，则电阻的单位是欧姆。所以，电阻率 的单位为：欧米。的单位为：欧米。 比欧姆大的单位有千欧和兆欧。他们比欧姆大的单位有千欧和兆欧。他们 之间的关系为：之间的关系为： 6 3 101 1

31、011 M Kk 电阻在电路中的表示符号为：电阻在电路中的表示符号为： R 56章节课堂 电压、电流关系 欧姆定律 如果一段电阻的阻值为常数，则称为线性电阻，如果一段电阻的阻值为常数，则称为线性电阻， 线性电阻遵循线性电阻遵循欧姆定律欧姆定律其端电压和流过的电流是其端电压和流过的电流是 正比关系，比例常数叫做电阻正比关系，比例常数叫做电阻(符号为符号为R）。可见）。可见 R既既 是这种元件的名称，又是表示其物理性质的电路参数，是这种元件的名称，又是表示其物理性质的电路参数， R i u + -i u R R u i Riu 0 i/A u/V R 1 57章节课堂 如果电阻元件的阻值不为常数，

32、则如果电阻元件的阻值不为常数，则 该电阻为非线性电阻，元件上的电压电该电阻为非线性电阻，元件上的电压电 流关系用曲线或者函数表示。流关系用曲线或者函数表示。 )(ifu )(ugi 0 i/A u/V )(ugi 58章节课堂 功率关系功率关系 电阻元件所消耗电阻元件所消耗 的功率为：的功率为：R u Riuip 2 2 对直流而言，电压电流均用大写字母表示，对直流而言，电压电流均用大写字母表示， 所以，所以， 欧姆定律就为：欧姆定律就为： RIU R U I 所消耗的功率为：所消耗的功率为： R U RIUIP 2 2 59章节课堂 能量关系能量关系 电阻元件所消耗的能量为：电阻元件所消耗的

33、能量为： dtRidtuipdtW 2 对直流而言，所消耗的能量为：对直流而言，所消耗的能量为： t R U tRIUItW 2 2 由于能量是时间的函数，所以，分析由于能量是时间的函数，所以，分析 时常用功率而不考虑能量的关系。时常用功率而不考虑能量的关系。 60章节课堂 电容元件电容元件 电容元件的性质电容元件的性质 电容元件的电压电流关系电容元件的电压电流关系 电容元件中的功率关系电容元件中的功率关系 电容元件中的能量关系电容元件中的能量关系 61章节课堂 Cuq 即：电容极板上的电量即：电容极板上的电量q与其上的电压与其上的电压u 之间呈线性关系。之间呈线性关系。 表示符号：表示符号：

34、 u +- q C 电容元件的性质电容元件的性质 理想电容元件就是只具有储存电场能理想电容元件就是只具有储存电场能 量这样一种电磁性质（电容性）的电路元量这样一种电磁性质（电容性）的电路元 件。如果电容元件参数为常数，且用件。如果电容元件参数为常数，且用C表表 示，则它与电容器上所加电压的关系为：示，则它与电容器上所加电压的关系为： 62章节课堂 电容的单位为：法拉，用电容的单位为：法拉，用F表示。表示。 微法，用微法，用F表示。表示。 皮法，用皮法，用 pF表示。表示。 pFFF 126 10101 三者的关系为三者的关系为 63章节课堂 电容元件的电压电流关系电容元件的电压电流关系 由电流

35、的定义可知由电流的定义可知 dt dq i 所以所以 dt du C dt dq i +- u i C 在任意瞬时，流经电容的电流的大小在任意瞬时，流经电容的电流的大小 与它两端的电压的变化率成正比。与它两端的电压的变化率成正比。 64章节课堂 图中图中 00i dt du 电容器充电电容器充电 00i dt du 电容器放电电容器放电 00i dt du 电容器对直流相当于开路电容器对直流相当于开路 +- u i C 65章节课堂 tt idt C uidt C u 0 1 )0( 1 如果已知电容元件上的电流，则电如果已知电容元件上的电流，则电 容电压的表达式为：容电压的表达式为： 可见，

36、电容电压在某一时刻的大小，可见，电容电压在某一时刻的大小， 不仅与充电电流有关，而且与电容元件不仅与充电电流有关，而且与电容元件 的初始电压有关。的初始电压有关。 66章节课堂 电容元件中的功率关系电容元件中的功率关系 电容器吸收或者释放的瞬时电容器吸收或者释放的瞬时 功率为：功率为： dt du Cuuip 电容元件的瞬时功率与电压电容元件的瞬时功率与电压 的变化率成正比。的变化率成正比。 67章节课堂 电容元件中的能量关系电容元件中的能量关系 电容器储存或释放的电场能电容器储存或释放的电场能 量为量为 ： 2 2 1 CuCuduuidtpdtW 电容器储存或释放的电场能量与电容器储存或释

37、放的电场能量与 其两端的电压的平方成正比。其两端的电压的平方成正比。 68章节课堂 所以所以 Wu电容器储存能量电容器储存能量充电充电 Wu 电容器释放能量电容器释放能量放电放电 2 2 1 CuCuduuidtpdtW 69章节课堂 电感元件电感元件 电感元件的性质电感元件的性质 电感元件的电压电流关系电感元件的电压电流关系 电感元件中的功率关系电感元件中的功率关系 电感元件中的能量关系电感元件中的能量关系 70章节课堂 电感元件的性质电感元件的性质 理想的电感元件定义为只有储存磁场理想的电感元件定义为只有储存磁场 能量这样一种电磁特性（电感性）的一个能量这样一种电磁特性（电感性）的一个 元

38、件。元件。 由物理学己知由物理学己知 ，当有，当有电流通过线圈的电流通过线圈的 时候，将在线圈中产生磁通时候，将在线圈中产生磁通 ，这个磁通这个磁通 穿过每一匝线圈穿过每一匝线圈, ,并与之交链并与之交链, ,称为线圈的称为线圈的 磁通链数磁通链数, ,简称磁链。设线圈为简称磁链。设线圈为N N匝匝, ,则线圈则线圈 的总磁链数即是的总磁链数即是NN。如果。如果线圈中没有铁磁线圈中没有铁磁 材料时材料时, ,通过电流的回路所包围的总磁链数通过电流的回路所包围的总磁链数 与与该该电流成正比电流成正比 。 71章节课堂 ii N L iN 如图：如图： 电感的表示符号为：电感的表示符号为： 72章

39、节课堂 电感的单位为：亨利，用电感的单位为：亨利，用H表示表示 小的有：毫亨，用小的有：毫亨，用 mH表示表示 mHH 3 101 二者的关系为二者的关系为 73章节课堂 电感元件的电压电流关系电感元件的电压电流关系 同时，我们也知道，当穿过每一匝线圈同时，我们也知道，当穿过每一匝线圈 的磁通发生变化时，线圈中将产生感应电动的磁通发生变化时，线圈中将产生感应电动 势，感应电动势的方向与磁通的方向符合右势，感应电动势的方向与磁通的方向符合右 手螺旋法则。电动势的大小与磁通的变化率手螺旋法则。电动势的大小与磁通的变化率 成正比，并且满足楞次定理：成正比，并且满足楞次定理： N dt d e dt

40、d e | 74章节课堂 Li i L dt di L dt d e dt di L dt d eu 75章节课堂 tt udt L iudt L i 0 1 )0( 1 如果已知电感元件上的电压，则电如果已知电感元件上的电压，则电 感电流的表达式为：感电流的表达式为： 可见，电感电流在某一时刻的大小，可见，电感电流在某一时刻的大小， 不仅与元件端电压有关，而且与电感元不仅与元件端电压有关，而且与电感元 件的初始电流有关。件的初始电流有关。 76章节课堂 电感元件中的功率关系电感元件中的功率关系 电感元件吸收或者释放的瞬电感元件吸收或者释放的瞬 时功率为：时功率为： dt di Liuip 电

41、感元件的瞬时功率与电流电感元件的瞬时功率与电流 的变化率成正比。的变化率成正比。 77章节课堂 电感元件中的能量关系电感元件中的能量关系 2 2 1 LiLidiuidtpdtW 电感元件储存或释放的电场能电感元件储存或释放的电场能 量为：量为： 电感元件储存或释放的电场能电感元件储存或释放的电场能 量与电流的平方成正比。量与电流的平方成正比。 78章节课堂 2 2 1 LiLidiuidtpdtW 所以所以 Wi 电感元件储存能量电感元件储存能量 Wi 电感元件释放能量电感元件释放能量 79章节课堂 例题分析例题分析 例：在图例：在图a电路中电容元件电路中电容元件 C=0.25F，i（t）的

42、波形如图）的波形如图b示，示，1.试求出试求出u（t） 2.画出画出u（t）的波形。设）的波形。设（1）u（0）=0V；（；（2） u（0）=-1V +- - u i C 图图a 13 t(s)t(s) i(A)i(A) 2 1A 0 图图b 80章节课堂 解解 dt du Cti c c )( tt cc dtti C udtti C tu 0 )( 1 )0()( 1 )( 写出写出i（t）的表达式如下：）的表达式如下： 1 2 1 )(tti 13 t(s)t(s) i(A)i(A) 2 1A 0 图图b 81章节课堂 0)0(u（1） ttdtttu t c 4)1 2 1 ( 25.

43、0 1 )( 2 0 （2） Vu1)0( 14)( 2 tttuc 82章节课堂 画出画出u（t）的波形如下：）的波形如下： t(s)t(s) u(t)Vu(t)V 123 3 4 2 1 0 -1 -2 83章节课堂 电路的工作状态 电路的负载工作状态电路的负载工作状态 电路的空载工作状态电路的空载工作状态 电路的短路状态电路的短路状态 84章节课堂 电路的负载工作状态电路的负载工作状态 电路特点电路特点 电压电流关系电压电流关系 功率关系功率关系 额定值额定值 例题分析例题分析 85章节课堂 电路特点电路特点开关闭合开关闭合 电源向外部电源向外部 电路提供电能，电路提供电能， 电流通过电

44、阻电流通过电阻, , 电阻消耗电能。电阻消耗电能。 这种状态称为负这种状态称为负 载状态。载状态。 - - E E U U R R0 0 R R b b a a c c . . K K I I 负载工作状态负载工作状态 86章节课堂 电压电流关系电压电流关系 0 IREU 电路方程电路方程 特性曲线特性曲线 - - E E U U R R0 0 R R b b a a c c . . K K I I 负载工作状态负载工作状态 87章节课堂 负载运行时负载运行时,由于内阻要消耗电能，由于内阻要消耗电能， 电源端电压总是小于电动势。电源端电压总是小于电动势。 由电路方程可见由电路方程可见 0 IR

45、EUEU 88章节课堂 功率关系功率关系 如果将电压电流关系两端同如果将电压电流关系两端同 时乘以时乘以I则可得：则可得： 0 2 RIIEIU PPP E P=UI 负载消耗功率负载消耗功率 PE=IE 电源产生的功率电源产生的功率 P=I2R0 内阻消耗的功率内阻消耗的功率 89章节课堂 PPP E 功率平衡关系。功率平衡关系。 负载消耗的功率等于电源产生的功负载消耗的功率等于电源产生的功 率减去内阻消耗的功率。率减去内阻消耗的功率。 在此，我们看到了两个计算元件功在此，我们看到了两个计算元件功 率的表达式：率的表达式： EIP UIP 90章节课堂 E + - - I I UR + -

46、- I I EIP UIP 电动势与电流正方电动势与电流正方 向关联发出功率向关联发出功率 电压与电流正方向电压与电流正方向 关联负载消耗功率关联负载消耗功率 但是，我们也知道，电压、电流和电动势的但是，我们也知道，电压、电流和电动势的 正方向是假定的，如果假设的方向正好与实际方正方向是假定的，如果假设的方向正好与实际方 向相反，则为负值。所以，如果我们对元件的性向相反，则为负值。所以，如果我们对元件的性 质不了解的话，只看上述两个公式并不能确定元质不了解的话，只看上述两个公式并不能确定元 件是电源还是负载，还必须结合计算结果才能判件是电源还是负载，还必须结合计算结果才能判 断元件的性质。断元

47、件的性质。 91章节课堂 U + - - I IUIP 用电动势用电动势 与电流正方向与电流正方向 关联的公式关联的公式 0P 元件发出功率，元件发出功率， 工作在电源状态工作在电源状态 0P 元件消耗功率，元件消耗功率， 工作在负载状态工作在负载状态 U + - - I I UIP 用电压与用电压与 电流正方向关电流正方向关 联的公式联的公式 0P 元件消耗功率，元件消耗功率， 工作在负载状态工作在负载状态 0P 元件发出功率，元件发出功率， 工作在电源状态工作在电源状态 92章节课堂 U + - I UIP 通常我们都通常我们都用用 电压与电流正方向电压与电流正方向 关联的公式关联的公式

48、0P 元件消耗功率，工作元件消耗功率，工作 在负载状态在负载状态 0P 元件发出功率，工作元件发出功率，工作 在电源状态在电源状态 93章节课堂 额定值额定值 在通常情况下，供电电源的电压都是在通常情况下，供电电源的电压都是 给定的，所以，所带负载越大，则负载的给定的，所以，所带负载越大，则负载的 电流也就越大。可见，电源输出的功率大电流也就越大。可见，电源输出的功率大 小取决于负载的大小。小取决于负载的大小。 额定值额定值制造厂家对产品规定制造厂家对产品规定 的使用标准，按额定值使用电气产品的使用标准，按额定值使用电气产品 能安全、可靠、经济、合理的工作，能安全、可靠、经济、合理的工作， 并

49、能保证一定的使用寿命。并能保证一定的使用寿命。 94章节课堂 任何一个电气设备或元件都有额任何一个电气设备或元件都有额 定值，不同的设备或元件有自己特殊定值，不同的设备或元件有自己特殊 的额定值，但所有的电气设备或元件的额定值，但所有的电气设备或元件 都规定了额定电压、额定电流和额定都规定了额定电压、额定电流和额定 功率。功率。 电气设备的工作电流等于额定电电气设备的工作电流等于额定电 流时称为额定工作状态，也称为满载；流时称为额定工作状态，也称为满载； 低于额定电流的工作状态称为欠载或低于额定电流的工作状态称为欠载或 轻载；高于额定工作电流的状态称为轻载；高于额定工作电流的状态称为 过载。过

50、载。95章节课堂 例题分析例题分析 例例 练习与思考练习与思考 I U a I U b I U c I U d WUIP220) 1(220 图图a 图图b WUIP220) 1(220 电源电源 负载负载 图图d WUIP220) 1(220 负载负载 WUIP220) 1(220 电源电源 图图c 96章节课堂 电路的空载工作状态电路的空载工作状态 电路特点电路特点 电压电流关系及功率关系电压电流关系及功率关系 例题分析例题分析 97章节课堂 电路特点电路特点 当开关当开关S S断开，断开， 电路所处的状态就电路所处的状态就 称为开路（空载）称为开路（空载） 状态。状态。 E U R0 R

51、 b a S I 在开路状态下，电源输出电流为在开路状态下，电源输出电流为 零。负载上的电压和电流都为零。零。负载上的电压和电流都为零。 98章节课堂 电压电流关系及功率关系电压电流关系及功率关系 当开关当开关S S打开时打开时, ,电路电流为零电路电流为零, ,输出功输出功 率为零，内阻压降也等干零率为零，内阻压降也等干零, ,故电源端电压故电源端电压 等于电动势等于电动势, ,即即U=E,U=E,负载不消耗功率。负载不消耗功率。 0 0 0 P EUU I 电源的开路电压等电源的开路电压等 于电源电动势于电源电动势 电路电流为零电路电流为零 输出功率为零输出功率为零 负载消耗功率为零负载消

52、耗功率为零99章节课堂 例题分析例题分析 例例 练习与思考练习与思考 某实际电压源的开路电压为某实际电压源的开路电压为UOC=10V，若，若 外接负载电阻外接负载电阻R=4欧时，电源的端电压欧时，电源的端电压U=8V， 试计算此电源的内阻试计算此电源的内阻R0及及E。 E E U UOC OC R R0 0 R R b b a a S S I I 解：解：因为，因为，UOC=10V 所以所以 ，E=10V 再由再由 R U I 100章节课堂 0 IREU 得得 1 4 8 810 0 I UE R 101章节课堂 电路的短路状态电路的短路状态 电路特点电路特点 电压电流关系及功率关系电压电流

53、关系及功率关系 例题分析例题分析 102章节课堂 电路特点 当电源两端当电源两端a （c）、）、b（d）因）因 为某种原因而连接为某种原因而连接 时，则称电源（或时，则称电源（或 负载）被短路。负载）被短路。 E U R0 R b a I c d 可见：可见：短路是一种严重的事故，应该尽量短路是一种严重的事故，应该尽量 避免。避免。 103章节课堂 电压电流关系及功率关系 由于是短路事故，所以负载消耗功率为零， 电源发出的功率全部消耗在内阻上，因为内阻通 常很小，电源电压不变，所以短路电流很大。 0 2 0 0,0 RIP R E II PU SEE S E U R0 R b a I c d

54、104章节课堂 为了防止因为短路造成的电源和电气设备为了防止因为短路造成的电源和电气设备 的损坏，通常在电路中接入熔断器或自动断路的损坏，通常在电路中接入熔断器或自动断路 器，以便在万一发生短路的时候能迅速将故障器，以便在万一发生短路的时候能迅速将故障 电路自动切断。电路自动切断。 但是，有时但是，有时 候也会因为某种候也会因为某种 需要将某一断电需要将某一断电 路短接或短路而路短接或短路而 做实验的。做实验的。 E E U U R R0 0 R R b b a a I I A A S S 105章节课堂 例题分析例题分析 例例 开关扳至开关扳至1和和2 为负载工作状态为负载工作状态 开关扳至

55、开关扳至3为短路工作状态为短路工作状态 开关扳至开关扳至4为开路工作状态为开路工作状态 负载工作状态时，其输出的电流和功负载工作状态时，其输出的电流和功 率随负载电阻的不同而不同。率随负载电阻的不同而不同。 1234 S S+ - - U US S R R0 0 R R1 1R R2 2 U U 电电 源源 I I 106章节课堂 基尔霍夫定律 名词介绍名词介绍 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律KCL 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律KVL 107章节课堂 名词介绍名词介绍 节点节点 支路支路 回路回路 例题分析例题分析 108章节课堂 节点节点 + - - - E E1 1 E E2 2 R

56、 R1 1 R R2 2 R R0 0 R R3 I IS S a a b b 1 12 2c c I I0 0 I I3 I I1 1I I2 2 节点（节点（Node）：电路中三条或三条）：电路中三条或三条 以上支路的交点叫节点。以上支路的交点叫节点。 如图中，如图中，a点、点、 b点都是节点。虚点都是节点。虚 线框住的线框住的c点包含点包含 了点了点1和和2，也是，也是 一个节点。一个节点。 109章节课堂 支路支路 支路（支路（Branch）：连接任何两个节点）：连接任何两个节点 之间的一段电路叫支路。如之间的一段电路叫支路。如a、b二节点之二节点之 间包含有电阻间包含有电阻R3的一段

57、电路就是一条支路。的一段电路就是一条支路。 注意，在图中，点注意，在图中，点1 及点及点2之间的一段电路之间的一段电路 不是支路，因为它不包不是支路，因为它不包 含任何电阻、电源等电含任何电阻、电源等电 路元件，而只是一段导路元件，而只是一段导 线，所以算一个节点。线，所以算一个节点。 该电路共包含该电路共包含3个节个节 点和点和5条支路。条支路。 + - - - E E1 1 E E2 2 R R1 1 R R2 2 R R0 0 R R3 I IS S a a b b 1 12 2c c I I0 0 I I3 I I1 1I I2 2 110章节课堂 回路回路 回路（回路（LoopLoo

58、p）：电路中任何一个闭合的路径叫回）：电路中任何一个闭合的路径叫回 路。通常回路是由若干支路将一些节点连接起来而构路。通常回路是由若干支路将一些节点连接起来而构 成的。从电路中某一点出发，沿任意支路循行一周，成的。从电路中某一点出发，沿任意支路循行一周， 回到原来的出发点，就形成一个回路。回到原来的出发点，就形成一个回路。 一个电路至少应该一个电路至少应该 包含一个回路，这种包含一个回路，这种只只 包含一个回路的包含一个回路的电路叫电路叫 单回路电路。而单回路电路。而上上图所图所 示的这种有多个电源和示的这种有多个电源和 回路的电路称为多回路回路的电路称为多回路 ( (复杂复杂) )电路。电路

59、。 在图示电路中，共有在图示电路中，共有6 6各回路，如：各回路，如：a-Ra-R0 0-c-I-c-IS S-a-a， a-Ra-R3 3-b-E-b-E1 1-R-R1 1-c-R-c-R0 0-a-a，b-Eb-E2 2-R-R2 2-c-R-c-R1 1-E-E1 1-b-b等。等。 + - - - E E1 1 E E2 2 R R1 1 R R2 2 R R0 0 R R3 I IS S a a b b 1 12 2c c I I0 0 I I3 I I1 1I I2 2 111章节课堂 例题分析例题分析 试判断下图电路中有多少节点？多少支路试判断下图电路中有多少节点？多少支路 2

60、 4 6 3 10V a b I a 分析分析 a图中，因为图中，因为a、b两点两点 间没有元件，所以，不能算间没有元件，所以，不能算 我们定义的支路。同理，我们定义的支路。同理，a、 b只能算一个节点。只能算一个节点。 而对于而对于10V电压对应的两端，虽然看不见电路元件，电压对应的两端，虽然看不见电路元件， 但它对电路提供但它对电路提供10V电压，相当于电压源的作用，我们电压，相当于电压源的作用，我们 可以用一个理想电压源来代替，所以，它是一条支路。可以用一个理想电压源来代替，所以，它是一条支路。 同理，电源的两端应该是两个节点。同理，电源的两端应该是两个节点。 所以，该电路有所以，该电路