物理电路的基本概念和基本定律PPT课件

1、1二 、课程的目的 目的获得电的基本理论知识，为今后的学习和就业打下基础。 三 、学习方法 1、课前预习，带问题听课 2、上课要做笔记 3、及时复习并做作业 4、理论联系实际，勇于实践四 、考核要求 作业和考勤 30 期末考试 70第1页/共52页2第第 1 1 章章电路的基本概念电路的基本概念与基本定律与基本定律第2页/共52页3 1-1 电路的作用与组成部分 电路电流流经的闭合路径（由电工设备和元件 组成）。 一. 电路的组成 电源（信号源） 中间环节 负载 二. 电路的作用传输和转换电能； 传递和处理信号。第3页/共52页4电源：将非电能转换成电能的装置(干电池,蓄电池,发电机)或信号源

2、。中间环结：把电源与负载连接起来的部分(连接导线,开关)负载：将电能转换成非电能的用电设备(电灯,电炉,电动机)一. 电路的组成：第4页/共52页5电池灯泡EIRU+_负载电源电路的组成第5页/共52页6二. 电路的作用1. 电能传输和转换发电机升压变压器降压变压器电灯电炉热能,水能,核能转电能传输分配电能电能转换为光能,热能和机械能第6页/共52页72. 信号的传递和处理放大器话筒扬声器将语音转换为电信号(信号源)信号转换、放大、信号处理(中间环节)接受转换信号的设备(负载)第7页/共52页8将实际元件理想化，由理想化的电路元件组成的电路。EIRU+_例如：理想化导线理想化元件今后我们分析的

3、都是电路模型，简称电路。1-2 电路的模型理想化电源第8页/共52页9电路模型: 由理想元件组成的电路.（一）理想无源元件(线性元件)1.电阻: 电路中消耗电能的理想元件2.电容: 电路中储存电场能的理想元件3.电感: 电路中储存磁场能的理想元件线性电路: 由线性元件和电源元件组成的电路.第9页/共52页10（二）理想电源元件1.理想电压源+ +- -U=定值U=定值+ +- -I ISUSUO OI IU U 恒压源第10页/共52页112.理想电流源SIO OI IU U- -I=定值I=定值+ +U USI恒流源第11页/共52页12电路分析在已知电路结构与元件参数情 况下研究电路激励与

4、响应之间 的关系。激励推动电路工作的电源的电压或电流。响应由于电源或信号源的激励作用，在 电路中产生的电压与电流。第12页/共52页131-3 电压和电流的参考方向I=0+_RUESU0R0ba 电路中的箭头方向为电压与电动势和电流的参考方向.第13页/共52页14电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向物理量的正方向正方向：实际正方向假设正方向实际正方向： 物理中对电量规定的方向。假设正方向（参考方向）： 在分析计算时，为了解题方便，对物理量任意假设的参考方向。第14页/共52页15物理量的实际正方向物理量的实际正方向第15页/共52页16一、电流电流方向正电荷运动的方向 （实际方向）。电流

5、参考方向任选一方向为电流正方向。第16页/共52页17二、电压电压方向由高电位端指向低电位端（实际方向）。电压参考方向任选一方向位为电压正方向。电压表示方法：U+-U关联正方向：UI关联正方向UI非关联正方向第17页/共52页18三、电动势电动势的方向电位升高的方向（实际方向）。电动势的参考方向任选一方向为电动势的正方向。电动势的表示方法：a.箭头b.正负号电动势和电压的关系：EU电压与电动势规定正方向相反时E=U第18页/共52页19由以上关系可以看出：电压源可由一个大小相等， 方向相反的外加电压表示。例：EUU(U=E)第19页/共52页20电路分析中的电路分析中的假设假设正方向正方向（参

6、考方向）（参考方向）问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？电流方向AB？电流方向BA？E1ABRE2IR第20页/共52页21(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法解决方法(3) 根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式并计算；第21页/共52页22例已知：E=2V, R=1求： 当Uab分别为 3V 和 1V 时，IR=?E IRRURabUab解：(1) 假定电路中物理量的正方向如图所示；(2) 列电路

7、方程： EUURabREURUIabRREUUabR 第22页/共52页23(3) 数值计算A1121 V1A112-3 3VRabRabIUIU（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）REUIabRE IRRURabUab第23页/共52页24(4) 为了避免列方程时出错，习惯上把 I 与 U 的方向 按相同方向假设（关联正方向）。(1) 方程式U/I=R 仅适用于假设正方向一致的情况。(2) “实际方向”是物理中规定的，而“假设 正方向”则 是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。 (3) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向” （即在图中表明物理量的参考方向），然后再

8、列方程计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的. 提示提示第24页/共52页25RIURR IRURab假设: 与 的方向一致RIRU例RIRU假设: 与 的方向相反RIURR IRURab关联正方向非关联正方向第25页/共52页261-4 欧姆定律 U和 I 为关联正方向时：IUR U和 I 为非关联正方向时：IUR 线性电阻：遵循欧姆定律的电阻，其阻值的大小和电流电压无关。第26页/共52页27RUI注意：用欧姆定律列方程时，一定要在 图中标明正方向。IRU IRUIRURUIRUI例：第27页/共52页28 广义欧姆定律广义欧姆定律 ( (支路中含有电动势时的欧姆定律) )EIRUabR

9、EUIab当 UabE 时， I 0 表明电流方向与图中假设方向一致当 UabE 时， I R0时UE一、电压和电流+_IRUESR0ab第30页/共52页31电源的外特性曲线 表示电源端电压与输出电流之间的关系曲线，称为外特性曲线。U = IR = E IR0IU0EIR0第31页/共52页32二. 功率与功率平衡20IREIUIPPPE 电源的发出功率=负载的取用功率+电源内阻上的消耗功率P-电源输出的功率PE -电源产生的功率P-电源内阻上消耗的功率IUE+_RabSR0功率平衡方程式：第32页/共52页33在 U、 I 正方向选择一致的前提下： IRUab或IRUab“吸收功率”（负载

10、）“发出功率”（电源）若 P = UI 0若 P = UI 0根据能量守衡关系P（吸收）= P（发出）三. 电源与负载的判别第33页/共52页34 当计算的 P 0 时, , 则说明 U、I 的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。功率性质判断： 当计算的 P 0 时, ,则电源消耗功率，为负载；当计算的电源功率PE 0 时, ,则电源发出功率，为电源. .第34页/共52页35例IUU=10VI= -1A电路IUU=-10VI= 1A电路IUU=10VI= 1A电路P=UI= -10W0，消耗功率，是负载。 P= -UI= -10W IN过载I IN轻载I = IN额定工作状态第36页

11、/共52页37电器使用时的实际值不等于额定值的原因： a.电器受外界影响如电压波动。 b.负载变化时，电流、功率通常不一定处于 额定工作状态。第37页/共52页38开关S断开时，外电路的电阻无穷大, 电流为零，电源的端电压U0等于电源电动势E。二、开路（断路或空载）电路特征：I = 0U = 0 U0 = EPE = P = 0I=0+_RUEabSU0R0（其中：PE = EI、P = UI）第38页/共52页39三. 短路U=0 I=0S0EI R20EIRPP SI短路电流P=0电路特征：+ +- -E E+ +- -0RUIsI=0+_RUEabSR0当R0 0时，Is （烧毁电源）。

12、（烧毁电源）。注意：注意：电压源不允许短路！电压源不允许短路！IS第39页/共52页40 用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系, 其中包括基氏电流和基氏电压两个定律。术语：支路：电路中的每一个分支 （一个支路流过一个电流）结点：三个或三个以上支路的联结点回路：电路中任一闭合路径1-6 1-6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第40页/共52页41支路：ab、ad、 . （共6条）回路：abda、 bcdb、 . （共7 个）结点：a、 b、 . (共4个）例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-第41页/共52页42 对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于

13、由结点流出的电流。 基氏电流定律的依据：电流的连续性 I =0即：I1I2I3I44231IIII例或：04231IIII1.6.1 1.6.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（KCL)KCL) I入 = I出即：设：流入结点为正，流出结点为负。在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为 0。第42页/共52页43电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面（广义结点）。例I1+I2=I3例I=0基氏电流定律的扩展基氏电流定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R第43页/共52页44 对电路中的任一回路，沿任意循行方向的各段电压的代数和等于零。即：IRE1.6.2. 1.6.2. 基

14、尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（KVLKVL）即：0U 在任一回路的循行方向上，电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。E、U和IR与循行方向相同为正，反之为负。第44页/共52页45例如： 回路 a-d-c-a55443343RIRIRIEE注意：与循行方向相同为正， 反之为负。I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-第45页/共52页46RIUEab基氏电压定律也适合开口电路。例RIE由：得：E+_RabUabI第46页/共52页47例aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分析以下电路中可列几个电流方程？几个电压方程？第47页/共52页48基尔霍夫电流方程：结点a：结点b：321III213III独立方程只有 1 个基尔霍夫电压方程：#1#2#32211213322233111RIRIEERIRIERIRIE独立方程只有 2 个aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1网孔网孔第48页/共52页49电路中的电位该点与参考点（零电位点）之间的电压。（参考点通常用“接地”符号表示，但该点没有和大地相连。）参考点选的不同，则各点的电位不同。电流总是从高电位流向低电位。例11-7 电路中电位的概念及计算-7V3K1KAS1K+6V+8Vcb求：A点电位。第49页/共52页50