直流电路基础知识

1、厦门电子职业中专学校电工基础教案 第一章 直流电路基础知识 §11 库仑定律 本节要求：了解电荷的种类及电荷之间的相互作用力。 掌握库仑定律。 一、电荷之间的相互作用力 当物体受到摩擦等作用时，物体就带了电，或者说带了电荷。 自然界中存在着两种电荷，即正电荷和负电荷。电荷之间存在相互作用力，同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。 二、电荷量 电荷的多少叫电荷量，用字母Q表示。在国际单位制中，电荷量的单位名称是库仑，用字母C表示。 三、库仑定律 静止的点电荷间的相互作用力所遵循的库仑定律：在真空中两个点电荷q1、q2间的作用力F的大小跟它们所带电荷量的乘积q1q2成正比，跟它们之间距离r

2、的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。库仑定律公式为 221rqqkF? q1、q2点电荷电荷量，单位是库仑，符号为C； r两个点电荷间的距离，单位是米，符号为m； k静电恒量，k=9X109 N·m2C2； F静电力，单位是牛顿，符号为N。 静止的点电荷之间的这种作用力叫静电力或库仑力。只有当带电体的几何线度(直径)远远小于带电体间的距离时，带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计，这样的带电体可以看成点电荷。 注意下面两个问题： (1)只适用于计算两个点电荷间的相互作用力。 (2)求点电荷间相互作用力时，不用把表示正、负电荷的“+”、“”符号代人公式中，计算过程中可用

3、绝对值计算，其结果可根据电荷的正、负确定作用力为引力或斥力以及作用力的方向。 厦门电子职业中专学校电工基础教案 例题 两个点电荷电荷量q1=4X106C，q2=1.2X106C，在真空中的距离r= 0.4m，求两个点电荷间作用力的大小及方向。 解：根据库仑定律 N27.04.0102.1104109rqqkF2669221? 作用力的方向在两个点电荷的连线上。因为同带负电荷，所以作用力为斥力。 作业 P2 1。填空题 1、2 2。计算题 1、2 §12 电场和电场强度 本节要求：理解电场的特性。 掌握电场强度与电力线的特性。 一、电场 存在于电荷周围空间，对电荷有作用力的特殊物质叫电

4、场。电荷间相互作用的静电力，是依靠电场来实现的，实际上是一个电荷的电场对另一个电荷的作用，因此静电力又常称做电场力。 电场具有两个重要的特性： (1)位于电场中的任何带电体，都要受到电场力的作用。 (2)电场具有能量。 二、电场强度 检验电荷是带正电且电荷量很小的点电荷，不致影响原来的电场。可以科学准确地研究原来电场的特性。 检验电荷在电场中某一点所受电场力F与检验电荷电荷量q的比值叫做该点的电场强度，简称场强。用公式表示为 qFE? 式中 F检验电荷所受电场力，单位是牛顿，符号为N； q检验电荷的电荷量，单位是库仑，符号为C； E一电场强度，单位是牛顿每库仑，符号为NC。 电场强度既有大小又

5、有方向。电场中某点的场强方向，就是正电荷在该点所受电场力的方向。 厦门电子职业中专学校电工基础教案 三、电力线 在电场中画出一系从正电荷出发到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点的切线方向都和该点的电场强度向致,这些曲线叫做电力线。以下是几种常见的电力线如图所示。 电力线具有以下特征： (1)在静电场中，电力线总是起于正电荷而终止于负电荷(或无穷远)。 (2)任何两条电力线都不会相交。 例题 检验电荷电荷量q=3x109C，在电场中P点受到的电场力F=18N，求该点电场强度。若检验电荷放在P点，电荷量q'=6x109C，检验电荷所受电场力是多少? 解：根据电场强度的定义 C/N106103

6、18qFE99? 由于电场中某点场强与检验电荷无关，所以P点场强不变，q'所受电场力 F'为 F'=Eq'=6x109x6x109=36N 作业 P5 1。填空题 1、2、3 2。计算题 1、2 3。回答问题 1、2、3 §13 电流 本节要求：掌握电流的概念。 理解电流的方向。 一、电流 厦门电子职业中专学校电工基础教案 电荷的定向运动叫做电流，是表示带电粒子定向运动的强弱的物理量。电流在量值上等于通过导体横截面的电荷量q和通过这些电荷量所用时间t的比值。用公式表示为 tqI? 式中 q通过导体横截面的电荷量，单位是库仑，符号为C； t通过电荷量g所

7、用的时间，单位是秒，符号为s； I电流，单位是安培，符号为A。 如果在1s内，通过导体横截面的电荷量是1C，导体中的电流是1A。 在国际单位制中，电流的常用单位还有毫安(mA)和微安(uA)： lA=103mA=106Ua 二、电流的方向 规定正电荷定向运动的方向为电流方向。在事先无法确定电路中电流的真实方向时，先假定一个电流方向(假想的电流方向)，称为参考方向。用箭头在电路图中标明电流的参考方向，如果计算的结果电流为正值，那么电流的真实方向与参考方向一致；如果计算的结果电流为负值，那么电流的真实方向与参考方向相反。电流方向只表明电荷的定向运动方向。 例题 在5min时间内，通过导体横截面的电

8、荷量为3.6C，求电流是多少安，合多少毫安? 解：根据电流的定义式 mA12A012.06056.3tqI? 作业 P6 1、2、3、4 §14 电压和电位 本节要求：掌握电压、电位的概念。 掌握电压与电位之间的关系。 一、电压 在匀强电场中，电荷q在电场力作用下，由a移动到b，电场力对电荷做的功为Wab。a、b两点间的电压Uab在数值上等于电场力把电荷由a移到b所做的功厦门电子职业中专学校电工基础教案 Wab与被移动电荷电荷量q的比，用下式表示 qWUabab? 式中 q由a点移到b点的电荷量，单位是库仑，符号为C； Wab电场力将q由a移到b所做的功，单位是焦耳，符号为J; Ua

9、ba、b两点间的电压，单位是伏特，符号为V。 在国际单位制中，电压的常用单位还有千伏(kV)和毫伏(mV)： lkV=103V 1V=103mV 二、电位 正电荷在电路中某点所具有的能量与电荷所带电荷量的比叫做该点电位。电路中各点的电位是相对的，与参考点的选择有关。某点电位等于该点与参考点间的电压。比参考点高的电位为正，比参考点低的电位为负。电压的方向由高电位指向低电位，即电位降低的方向。电压的方向可以用高电位指向低电位的箭头表示，也可以用高电位标“+”，低电位标“”来表示。 电路中a、b两点间的电压等于a、b两点间的电位之差。即 Uab=VaVb 两点间的电压也叫两点间电位差。讲到电压必须说

10、明是哪两点间的电压。 例题 在电场中有a、b、c三点，电荷电荷量q=5X10=2C，电荷由a移动到b电场力做功2J，电荷由b移动到c电场力做功3J，以b为参考点，试求a点和c点电位。 解：以b点为参考点，则Vb=0V，根据电压定义式 (1) Uab=Wab/q=2/(5x10-2)=40V Va=Uab+Vb=40V (2) Ubc=Wbc/q=3/(5x10-2)=60V Vc=VbUbc=40V 作业 P8 1。填空题 1、2、3 2。计算题 §15 电源和电动势 本节要求：了解电源的作用与电源的种类。 理解电源力与电动势 一、电源 电源是把其它形式能转换成电能的装置。电源种类很

11、多，如：干电池、蓄电池、光电池、发电机等等。电源正极电位高，负极电位低。接通负载后，外电路中电流厦门电子职业中专学校电工基础教案 从高电位流向低电位；在电源内部电流则从负极流向正极。 二、电源电动势 1电源力：存在于电源内部的非静电性质的力叫做电源力。 2电动势 在电源内部，电源力把正电荷从低电位(负极板)，移到高电位(正极板)反抗电场力所做的功与被移动电荷的电荷量的比，叫做电源的电动势。用公式表示为 qWE? 式中 W电源力移动正电荷做的功，单位是焦耳，符号为J； q电源力移动的电荷量，单位是库仑，符号为C； E电源电动势，单位是伏特，符号为V。 电源电动势的方向规定为由电源的负极(低电位)

12、指向正极(高电位)。在电源内部的电路中，电源力移动正电荷形成电流，电流的方向是从负极指向正极；在电源外部的电路中，电场力移动正电荷形成电流，电流方向是从正极指向负极。 作业 P9 1、2、3 §16 电阻和电阻定律 本节要求：了解物质按导电性能的分类。 理解电阻的概念。 掌握电阻定律及导体电阻与温度的关系。 一、物质的分类 根据物质导电能力的强弱，一般可分为导体、绝缘体和半导体。一切导体都能导电，如银、铜、铝等是电的良导体。绝缘体不能导电，如玻璃、胶木、陶瓷、云母等。半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，如硅、锗等。 二、电阻 导体对电流的阻碍作用叫电阻，用字母R表示。任何物体都有电

13、阻，当有电流流过时电阻时，都要消耗一定的能量。 三、电阻定律 导体电阻的大小不仅和导体的材料有关，还和导体的尺寸有关。在温度不变时，一定材料制成的导体的电阻跟它的长度成正比，跟它的截面积成反比，叫做电阻定厦门电子职业中专学校电工基础教案 律。均匀导体的电阻可用公式表示为 SLR? 式中 ?电阻率，其值由电阻材料的性质决定，单位是欧姆米，符号为?·m； L导体的长度，单位是米，符号m； S导体的截面积，单位是平方米，符号为m2； R导体的电阻，单位是欧姆，符号为?。 在国际单位制中，电阻的常用单位还有千欧(k?)和兆欧(M?)： l k?103 ?1M?=103 k?106 ? 几种常

14、用材料在20时的电阻率见课本P10。 对金属导体而言，温度升高，导体的电阻增加。 例题 一根铜导线长L=2000m，截面积S=2mm2，导线的电阻是多少? 解：查表可知铜的电阻率?1.75X10-8?·m ，由电阻定律可求得 ?5.1710220001075.1SLR68 作业 P11 1。填空题 1、2、3 2。回答问题 §17 电路和欧姆定律 本节要求：理解电路组成。 会画电路图部分常用的符号。 掌握部分电路与全电路欧姆定律。 一、电路 电流流通的闭合路径叫电路。它由电源、负载、联接导线、控制和保护装置四部分组成。 (1)电源：向电路提供能量的设备。常见的有干电池、蓄电

15、池、发电机等。 (2)负载：即用电器，它是各种用电设备的总称。 (3)联接导线：它把电源和负载接成闭合回路。常用的导线是铜线和铝线。 (4)控制和保护装置：用来控制电路的通断、保护电路的安全，使电路能够正常工作，如开关、熔断器、继电器等。 电路图部分常用符号见课本P12的表12。 厦门电子职业中专学校电工基础教案 二、欧姆定律 1部分电路欧姆定律 某段电路中的电流I与电路两端的电压U成正比，与该段电路的电阻R成反 比，叫做部分电路欧姆定律。用公式表示为 RUI? 电阻值不随电压、电流变化而变化的电阻叫做线性电阻，由线性电阻组成的 电路叫线性电路。欧姆定律只适用于线性电路。 例题 某段电路的电压

16、是一定的，当接上10?的电阻时，电路中产生的电流是1.5A；若用25?的电阻代替10?的电阻，电路中的电流为多少? 解：电路中电阻为10?时，由欧姆定律得 U=IR=I.5x10=15V 用25?的电阻代替10?的电阻，电路中电流I'=U/R'=15/25=0.6? 2全电路欧姆定律 一个由电源和负载组成的闭合电路叫做全电路，如图所示。R为负载的电阻、E为电源电动势、r为电源的内阻。 RrEI? 式中 E电源电动势，单位是伏特，符号为V； R负载电阻，单位是欧姆，符号为?； r电源内阻，单位是欧姆)，符号为?； I闭合电路的电流，单位是安培，符号为A。 闭合电路中的电流与电源电

17、动势成正比，与电路的总电阻(内电路电阻与外电路电阻之和)成反比，这一规律叫全电路欧姆定律。 外电路电压UR又叫路端电压或端电压，UR =E-Ir。当R=0，则UR =0，这种情况叫短路。短路电流I很大，可能烧毁电源，甚至引起火灾，为此电路中必须有短路保护装置。 例题 有一闭合电路，电源电动势E=12V，其内阻r=2?，负载电阻R=10?，试求：电路中的电流、负载两端的电压、电源内阻上的电压降。 解：根据全电路欧姆定律 I=E/（r+R）=12/（2+10）=1A 负载两端电压 U=IR=1x 10=10V 厦门电子职业中专学校电工基础教案 电源内阻上的电压降 Ir=2x1=2V 作业 P14

18、1。填空题 1、2、3、4 2。计算题 1、2 §18 电能和电功率 本节要求：掌握电能的概念、电能与电压、电流和电阻间的关系。 掌握电功率的概念、电功率与电压、电流和电阻间的关系。 一、电能 电荷定向运动形成的电流所做的功称为电能。电流做功的过程就是将电能转换成其它形式的能的过程。如果加在导体两端的电压为U，在时间t内通过导体横截面的电荷量为q，电流所做的功为 W=Uq=UIt 式中U加在导体两端的电压，单位是伏特，符号为V； I导体中的电流，单位是安培，符号为A； t通电时间，单位是秒，符号为s； W电能，单位是焦耳，符号为J。 上式表明，电流在一段电路上所做的功，与这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间成正比。 对于纯电阻电路，欧姆定律成立，即U=IR RtItRUW22? 二、电功率 在时间t内，电流通过导体所做的功为W，那么电功率P为 tWP? 式中 W电流所做的功(即电能)，单位是焦耳，符号为J； t完成这些功所用的时间，单位是秒，符号为s； P电功率，单位是瓦特，符号为W。 电功率的公式还可以写成 RIRUP22? 厦门电子职业中专学校电工基础教案 三、电路中的功率平衡 在一个闭合回路中，电源电动势