上海交通大学国家自然基金申请成功的申请书

1、海南风光 第1章 电路和电路元件第第1讲讲第一章第一章 第一部分第一部分 线性元件线性元件1.11.1 电路中的物理量电池电池灯泡灯泡电流电流电压电压电动势电动势EIRU+_电源电源负载负载电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向物理量的物理量的正方向正方向：实际正方向实际正方向假设正方向假设正方向实际正方向实际正方向： 物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。假设正方向假设正方向（参考正方向）：（参考正方向）： 在分析计算时，对电量人为规定的方向。在分析计算时，对电量人为规定的方向。物理量的实际正方向物理量的实际正方向 物物理理量量单单位位实实际际正正方方向向电电流流 IA、kA、m

2、A、A正正电电荷荷移移动动的的方方向向电电动动势势 E V、kV、mV、V电电源源驱驱动动正正电电荷荷的的方方向向 (低低电电位位 高高电电位位)电电压压 UV、kV、mV、V电电位位降降落落的的方方向向 (高高电电位位 低低电电位位)物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法电池电池灯泡灯泡Uab_+正负号正负号abUab（高电位在前，高电位在前， 低电位在后）低电位在后） 双下标双下标箭箭 头头Uabab电压电压+-IR电流电流：从高电位：从高电位 指向低电位。指向低电位。IRUabE+_abU+_物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_电压的正方向箭头和正负

3、号是等价的电压的正方向箭头和正负号是等价的,只用其中之一只用其中之一.IRUababU电路分析中的电路分析中的参考方向参考方向（假设正方向）（假设正方向）问题的提出问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量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？的实际方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？U1ABRU2IR(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；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：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；若计算结果为正，则实际方向与假设方向

4、一致； 若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。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；系的代数表达式；规定规定参考方向参考方向的情况下欧姆定律的写法的情况下欧姆定律的写法I与与U的方向一致的方向一致U = IRaIRUbI与与U的方向相反的方向相反U = IRaIRUb关联参考方向关联参考方向非关联参考方向非关联参考方向规定规定参考方向参考方向的情况下电功率的写法的情况下电功率的写法功率的概念功率的概念：设电路任意两点间的电压为：设电路任意两点间的电压为 U ,流入此流入此 部分电路

5、的电流为部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为:IUP =如果如果U I方向不一方向不一致写法如何？致写法如何？电压电流正方向一致电压电流正方向一致aIRUb关联参考方向关联参考方向规定正方向的情况下电功率的写法规定正方向的情况下电功率的写法aIRUb电压电流正方向相反电压电流正方向相反P = UI功率有正负？功率有正负？非关联参考方向非关联参考方向吸收功率或消耗功率（起负载作用）吸收功率或消耗功率（起负载作用）若若 P 0输出功率（起电源作用）输出功率（起电源作用）若若 P 0电阻消耗功率肯定为正电阻消耗功率肯定为正电源的功率可能为正（吸收功率）电源的功率可

6、能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率），也可能为负（输出功率）功率有正负功率有正负电源的功率电源的功率IUab+-P = UIP = UIIUab+-电压电流正方向不一致电压电流正方向不一致电压电流正方向一致电压电流正方向一致非关联参考方向非关联参考方向关联参考方向关联参考方向含源网络的功率含源网络的功率IU+-含源含源网络网络P = UI电压电流正方向一致电压电流正方向一致P = UI电压电流正方向不一致电压电流正方向不一致IU+-含源含源网络网络非关联参考方向非关联参考方向关联参考方向关联参考方向 当当 计算的计算的 P 0 时时, , 则说明则说明 U、I 的实际的实际方向一致，此部

7、分电路消耗电功率，方向一致，此部分电路消耗电功率，为为负载负载。 所以，从所以，从 P 的的 + + 或或 - - 可以区分器件的性质，可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。或是电源，或是负载。结结 论论在进行功率计算时，在进行功率计算时，如果假设如果假设 U U、I I 参考方向一致参考方向一致。 当计算的当计算的 P 0 时时, , 则说明则说明 U、I 的实际方的实际方向相反，此部分电路发出电功率，向相反，此部分电路发出电功率，为电源为电源。伏伏 - 安安 特性特性iuconstiuR=RiuuiconstiuR=线性电阻线性电阻非线性电阻非线性电阻( (一一) ) 无源元件无源元件1

8、. 1. 电阻电阻 R（常用单位：（常用单位： 、k 、M ）1.2 1.2 电路元件电路元件其上电压电流取关联参考方向其上电压电流取关联参考方向2.2.电感电感 L L：ui（单位：（单位：H, mH, H）单位电流产生的磁链单位电流产生的磁链iNL=线圈线圈匝数匝数磁通磁通其上电压电流取关联参考方向其上电压电流取关联参考方向电感中电流、电压的关系电感中电流、电压的关系dtdiLdtdNe=dtdiLeu=当当 Ii =(直流直流) 时时,0=dtdi0=u所以所以,在直流电路中电感相当于短路在直流电路中电感相当于短路.iNL=ue ei+3.3.电容电容 CuqC =单位电压下存储的电荷单

9、位电压下存储的电荷（单位：（单位：F, F, pF）+ +- - - -+q-qui电容符号电容符号有极性有极性无极性无极性+_其上电压电流取关联参考方向其上电压电流取关联参考方向dtduCdtdqi=电容上电流、电压的关系电容上电流、电压的关系uqC =当当 Uu =(直流直流) 时时,0=dtdu0=i所以所以,在直流电路中电容相当于断路（开路）在直流电路中电容相当于断路（开路）uiC无源元件小结无源元件小结 理想元件的特性理想元件的特性 （u 与与 i 的关系）的关系）LCRiRu=dtdiLu=dtduCi =UR1R2LCR1UR2U为直流电压时为直流电压时,以上电路等效为以上电路等

10、效为注意注意 L、C 在不同电路中的作用在不同电路中的作用1.1.电压源电压源( (二二) ) 有源元件有源元件主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。理想电压源理想电压源 （恒压源）（恒压源）IUS+_abUab伏安特性伏安特性IUabUS特点特点：( (1）无论负载电阻如何变化，输出电）无论负载电阻如何变化，输出电 压不变压不变 （2）电源中的电流由外电路决定，输出功率）电源中的电流由外电路决定，输出功率 可以无穷大可以无穷大恒压源中的电流由外电路决定恒压源中的电流由外电路决定设设: U=10VIU+_abUab2 R1当当R1 、R2 同时

11、接入时：同时接入时： I=10AR22 例例 当当R1接入时接入时 ： I=5A则：则：RS越大越大斜率越大斜率越大电压源模型电压源模型伏安特性伏安特性IUUSUIRS+-USRLU = US IRS当当RS = 0 时，时，电压源电压源模型就变成模型就变成恒压源恒压源模型模型由理想电压源串联一个电阻组成由理想电压源串联一个电阻组成RS称为电源的内阻或输出电阻称为电源的内阻或输出电阻理想电流源理想电流源 （恒流源（恒流源) )特点特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流流源电流 IS； abIUabIsIUabIS伏伏安安特特性性（2）输出电压由外电路决定。

12、）输出电压由外电路决定。2. 2. 电流源电流源恒流源两端电压由外电路决定恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设设: IS=1 A R=10 时，时， U =10 V R=1 时，时， U =1 V则则:例例ISRSabUabIIsUabI外特性外特性 电流源模型电流源模型RSRS越大越大特性越陡特性越陡I = IS Uab / RS由理想电流源并联一个电阻组成由理想电流源并联一个电阻组成当当 内阻内阻RS = 时，时，电流源电流源模型就变成模型就变成恒流源恒流源模型模型恒压源与恒流源特性比较恒压源与恒流源特性比较恒压源恒压源恒流源恒流源不不 变变 量量变变 化化 量量U+_abIUabUab

13、 = U （常数）（常数）Uab的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 Uab 无影响。无影响。IabUabIsI = Is （常数）（常数）I 的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 I 无影响。无影响。输出电流输出电流 I 可变可变 - I 的大小、方向均的大小、方向均由外电路决定由外电路决定端电压端电压Uab 可变可变 -Uab 的大小、方向的大小、方向均由外电路决定均由外电路决定两种电源模型的等效互换两种电源模型的等效互换 等效互换的条件：当接有同样的负载时，等效互换的条件：当接有同样的负载时， 对外的电压电流相等。对外的电压

14、电流相等。I = I Uab = Uab即：即：IRS+-UbaUabISabUabI RS等效互换公式等效互换公式IRS+-UbaUab()RIRIRIIUSSsSsab=I = I Uab = Uab若若Uab = U IRS 则则U IRS = RIRISSsU = ISRS RS = RS UabISabIRS例：电压源与电流源的例：电压源与电流源的等效互换举例等效互换举例I2 +-10VbaUab5AabI10V / 2 = 5A2 5A 2 = 10VU = ISRS RS = RS IS = U / RS等效变换的注意事项等效变换的注意事项“等效等效”是指是指“对外对外”等效（等

15、效互换前后对外伏等效（等效互换前后对外伏-安安特性一致），特性一致），对内不等效。对内不等效。(1)IsaRSbUabI RLaUS+-bIUabRSRLIS = US / RSRS = RS 注意转换前后注意转换前后 U US S 与与 I Is s 的方向的方向(2)aUS+-bIRSUS+-bIRSaIsaRSbIaIsRSbI(3)恒压源和恒流源不能等效互换恒压源和恒流源不能等效互换abIUabIsaUS+-bI(4) 进行电路计算时，恒压源串电阻和进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。换。RS和和 RS不一定是电源内阻。不一

16、定是电源内阻。111RUI =333RUI =R1R3IsR2R5R4I3I1I应应用用举举例例-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3(接上页接上页)IsR5R4IR1/R2/R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I454RRRUUIdd+=+RdUd+R4U4R5I-(接上页接上页)ISR5R4IR1/R2/R3I1+I3()()4432132131/RIERRRRRRRIIUSdd=+=-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3代入数值计算代入数值计算已知：已知：U1=12V， U3=16V， R1=2 ， R2=4 ， R3=4 ， R4=4 ， R5=5 ， IS=3A解得：解得：I= 0.2A (负号表示实际方向与假设方向相反负号表示实际方向与假设方向相反)-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3I4UR4+计算计算