part 3-2（课堂PPT）

1、12一 非静电力设想有一个已充好电的电容器C,用导线将两极板相联。如图：在导体两端有一定电势差，沿导线从正极板至负极板产生一电场。在静电力作用下，导线内的自由电子将沿导线从负极板至正极板作定向运动，即相当正电荷反向移动。因而导线内形成电流i=i(t)。AB+q-q但随最终，达到静电平衡整个导体成为一等势体0;( )0ABVVi t, qq对应; ( )ABVVi t3所以，仅有静电力的作用，只能产生瞬时电流，不可能产生稳恒电流。即稳恒电流的电流线是闭合曲线；而静电场遵从环路定理：单靠静电力不可能沿闭合回路移动电荷而始终作正功。如何才能在导体中维持稳恒的电场(或电势差)及稳恒的电流？提供非静电力

2、的装置称为电源。电源外部：只有静电力。电源内部：有静电力和非静电力。0E dl必须有非静电力)(EKj4 要想在导线中维持恒定电流，必须依靠非静电力将B极板的正电荷抵抗电场力搬到A极板。这种提供非静电力将其它形式的能量转为电能装置称为电源。 恒定电流的形成 电源有两级：正极和负极。非静电力由负极指向正极。 电源外部：静电力作用正电荷从正到负形成电流。电源内部：非静电力使正电荷从负到正，形成闭合的循环。5电源内部电流从负极板到正极板叫内电路。电源外部电流从正极板到负极板叫外电路。从受力方面分析：静电力把正电荷q从电源正极板经外电路送至负极板；内电路一定有非静电力克服静电力将正电荷从负极板搬至正极

3、板。由外电路内电路构成一个闭合电路叫全电路。从能量方面分析：非静电力把正电荷从低电位移至高电位，克服静电力作功所消耗能量由电源提供。所以，电源是一种能源。它将其它形式的能量转化为电能。如化学电池、硅（硒）太阳能电池，发电机等。6二 电动势电源内：+正电荷+q通过电源绕闭合电路一周时，静电力、非静电力对正电荷所作的功为：静电场为保守场则：存在 静电力、非静电力即：定义电源的电动势：静电力场强E非静电力场强KldKEqW)(ldKqWldKqWldKqW0ldE7将单位正电荷绕闭合电路一周时，非静电力所作的功的大小称为电源电动势。把单位正电荷从负极板经内电路搬至正极板，电源非静电力做的功电源电动势

4、注意： 单位：焦耳/库仑；即：V (伏特) 反映的是非静电力对电荷作功的本领，即电源将其它形式能量转换为电能的本领。其大小仅与电源本身性质有关，与外电路无关。由于外电路无非静电力场，ldKldK8 为标量，与电流一样有方向。规定 的方向由负极板经内电路指向正极板，即正电荷运动的方向。目的是为了解决电路问题的方便。+对于处处有非静电力的情形，如发电机、温差电流：普遍定义式电源内部也有电阻电源的内阻，用符号r表示ldK+iRr9电源接到电路中有两种情况:放电时电源内部的方向:+rR负极正极充电时电源内部的方向:+r r正极负极10路端电压路端电压:电源两端的电压。指静电力把单位正电荷从 正极移到负

5、极所作的功。ldEUUU)(KEj)(1内l djl dKUUUjKE)(cos 内jdll dK（充电）（放电） 0IrSdlI) 1(（充电）（放电）11IrUUUIrUUU（充电）（放电）UIUUIr, 0,充电时放电时电源内阻上的电位降，的电阻的串联阻值为个理想电压源和实际电源可以等效于一源这样的电源叫理想电压时rUr,0BrA放电放电rAB充电充电12rIIUIrIUIIrIIUI222或功率是电源内阻上消耗的热功率电源中非静电力提供的的功率，表示电源向外电路输出rIIUI2非静电典能的功率，转化成为是抵抗电源中非静电力功率，表示外电路输给电源的在充电时：IUI13电路和消耗在内阻上

6、输出给外放电时电源的非静电能消耗在内阻上。静电能和充电时能量：化成为非14四、 全电路欧姆定律 从图中A出发，绕闭合电路顺时针一周，各部分电势降落总和为0 ；即：0lldUE dl0ACCDDBBEEAUUUUU略去导线电阻： 含有电源的简单闭合电路的欧姆定律RIABiRCDE电源：iR外电阻：R0ACDBUUCDUIRBEiUIREAU 150iIRIR电源的端电压 iIRR 电源正、负极之间的电势差 ABABUUU全电路欧姆定律 ABABiUUUIRABUUC一般 电流很大。路端电压越小大小，rIURUIR, 0, 0,。小大，UIR,)(0)()(3222匹配条件出rRrRRrdRdPR

7、rRRIUIP短路 16当不能忽略电源内阻时，可把电源等效成一个电动势为 ，内电阻为零和一个电阻为 的串联。rrr我们将内阻为0的电源理想电压源，其端电压=；保持不变。 当 I=0 R； 断路 ABUU r0 ABUU一般电源r较小但0 17由稳恒条件和欧姆定律有： Ej0Sdj0SdESdj0SdE为常数0 由高斯定理,均匀导体内的任一闭合曲面内q=0。非均匀导体或不同电导率的分界面上，高斯定理不成立，所以电荷分布在导体的非均匀处和分界面上。稳恒情况下的电场来自这些电荷。 18在稳恒条件下，电力线和电流线与导体表面平行。 在稳恒条件下电场的作用：一方面：静电场与非静电力和在一起保证了电流的闭

8、合性。另一方面：在外电路中，电场决定了电流的分布。欧姆定律的微分形式就说明了这点。电源+-+-电源+-1920R1R2RnUU1U3U2III串联电路特点：nIIII 21nUUUU 21nRRRR 21nnnRIIUP2在电流计上串联一个电阻可形成伏特表（电压表） 21R1R2RnUI1I2InInUUUU 21nIIII 21RnRRR111121 nnnRUUIP/2在电流计上并联一个电阻可形成电流表 22测量的范围很小。23例：电流计的满度电流为：Ig=50uA,rg=1K,改装成量程为10毫安的安培表，那么并联多大的分流电阻？ gsIII满刻度时的电流为IgggRIU sgsssRI

9、IRIU)( ggRIIgRsGIsIgggsRIIIR24GR1R2IR3R4AIBCD电桥不平衡。反之，电桥平衡。电位相等时，当点的电位。之间接检流计，比较两, 00BDBDggIIIIIIIIIUUUUgDCBCADAB4321, 0)(,43214231平衡条件RRRRRIUIRURIUIRUDCBCADAB 25平衡条件4321RRRR2431RRRR RRxGABC例：R=40，AB是一段均匀的滑线电阻，当C处于AB的2/5位置时，检流计指针不偏转，求Rx。ABCBABACRRRR5352、BCACxRRRR6023RRRRRACCBx26测量准确度：用平衡电桥测量电阻时，误差的来

10、源主要有二方面：（1）检流计不够灵敏带来的误差；）检流计不够灵敏带来的误差；（2）其他电阻不够准确引起的误差。）其他电阻不够准确引起的误差。因此，从误差的来源看，只要检流计和电阻选得合适，用这种方法测电阻可以有很高的准确度。还可以用电桥来测量电源的电动势。27例题例题：下图是电位差计的原理图，求待测电池的电动势X。.G(a)x0GxABCR(b)28 分析分析 ：电位差计是用来准确测量电源：电位差计是用来准确测量电源电动势的仪器，也可以用它准确地测量电电动势的仪器，也可以用它准确地测量电压、电流和电阻。压、电流和电阻。我们知道直接用伏特计测量电源电动势我们知道直接用伏特计测量电源电动势是不准确

11、的。要准确的测量一个电源的电是不准确的。要准确的测量一个电源的电动势，必须在没有任何电流通过该电源的动势，必须在没有任何电流通过该电源的情况下测定它的路端电压。解决这个问题情况下测定它的路端电压。解决这个问题的办法就是利用的办法就是利用补偿法补偿法。补偿法的原理见。补偿法的原理见下图（下图（a a），当调节电动势），当调节电动势0 0的大小，使的大小，使检流计的指针不偏转时，得检流计的指针不偏转时，得X X=0 0，这时，这时，我们称电路达到平衡，知道了平衡状态，我们称电路达到平衡，知道了平衡状态下下0 0的大小，就可以测定的大小，就可以测定x x29 为了得到准确、稳定、便于调节的为了得到准

12、确、稳定、便于调节的0 0，实际，实际中采用电路图（中采用电路图（b b），供电电源），供电电源、制流电阻、制流电阻R R和和电阻电阻ABAB所组成的回路，叫做辅助回路，它实质上所组成的回路，叫做辅助回路，它实质上是一个分压器，是一个分压器，U UACAC就是用来代替可调电动势就是用来代替可调电动势0 0的。的。AAX XGCGC一段支路叫做一段支路叫做补偿回路补偿回路，它和（，它和（a a）中）中的的X X和和G G所组成的一段相当，当拨动滑动接触头所组成的一段相当，当拨动滑动接触头C C，找到一个位置，使找到一个位置，使G G的指针不发生偏转，这时的指针不发生偏转，这时x x=U=UACA

13、C=IR=IRACAC, I, I表示流过滑线电阻表示流过滑线电阻ABAB的电流，通的电流，通常叫做辅助回路的常叫做辅助回路的工作电流工作电流。 电位差计就是根据上述补偿原理来测定电动电位差计就是根据上述补偿原理来测定电动势的。要准确的测定电动势势的。要准确的测定电动势x x，就要准确测定平，就要准确测定平衡时衡时ACAC一段的电阻一段的电阻R RACAC和辅助回路的工作电流和辅助回路的工作电流I I。 30 在实际的电位差计中，校准和测量采用的是同一个电路，在实际的电位差计中，校准和测量采用的是同一个电路，如图（如图（C C）所示，图中）所示，图中S S是标准电池，它的电动势是很稳定的，是标

14、准电池，它的电动势是很稳定的，而且准确地已知（镉汞电池的电动势是而且准确地已知（镉汞电池的电动势是1.01861.0186伏）。校准时伏）。校准时K K拨拨到位置到位置“1 1”，测量时，测量时K K拨到位置拨到位置“2 2”。 GxABCR。12Ks(c)II1I2r0rx校准时，即把标准电池接入补偿校准时，即把标准电池接入补偿回路。把滑动接头回路。把滑动接头C C拔到对应于标拔到对应于标准电池电动势熟知的位置上，观准电池电动势熟知的位置上，观察检流计察检流计G G的指针有无偏转。如果的指针有无偏转。如果检流计检流计G G的指针有偏转，则表明这的指针有偏转，则表明这时工作电流时工作电流I I

15、偏离标定值。偏离标定值。31 于是，调节制流电阻于是，调节制流电阻R,R,直到检流计直到检流计G G的指针没有偏的指针没有偏转，即电流达到平衡。这时，工作电流准确地达到标转，即电流达到平衡。这时，工作电流准确地达到标定值，校准工作就完成了。定值，校准工作就完成了。 测量时，即把待测电源接入补偿回路。这时不应测量时，即把待测电源接入补偿回路。这时不应再动制流电阻再动制流电阻R,R,而只需拨动滑动接头而只需拨动滑动接头C C，找到平衡位置，找到平衡位置，就可以从仪器的面板上直接读出待测电动势的数值。就可以从仪器的面板上直接读出待测电动势的数值。 总结上面所说，使用电位差计时，总是先校准后总结上面所

16、说，使用电位差计时，总是先校准后测量，不论校准或测量，所根据的都是同样的补偿原测量，不论校准或测量，所根据的都是同样的补偿原理。理。 用电位差计测量电源电动势，要求标准电阻的阻用电位差计测量电源电动势，要求标准电阻的阻值和标准电池的电动势都很准确，如果再选用高灵敏值和标准电池的电动势都很准确，如果再选用高灵敏度的检流计，那么测量结果就可以有很高的准确度。度的检流计，那么测量结果就可以有很高的准确度。32非平衡电桥的作用：电阻温度计测量温度、 用于自动控制系统。自动化的生产和实验中常需要对某些条件和因素进行自动控制，利用一些转换元件（压力传感器）可以将这些条件和因素转换成电阻值，当条件和因素变化

17、时，引起相应的电阻变化，从而通过非平衡电桥引起桥路中电流的变化，将此电流放大并用以控制机构，可以控制实验中的。 33R1R2IR3R4IR5GH被测量等于零时，电桥平衡G 和 H指向零。被测量变化时，电桥失去平衡调节H,改变R5的值，电桥平衡，H的标度与桥臂电阻成正比，所以H的值可以直接表达被测量的数值。零位测量法34GR1R2IRxR4AIBCDRx 变化0gI35自动控制系统的组成自动控制系统的组成给定环节：给定环节：产生给定的输入信号。产生给定的输入信号。反馈环节：反馈环节：对系统输出（被控制量）进行测量，将它转对系统输出（被控制量）进行测量，将它转换成反馈信号。换成反馈信号。比较环节：比较环节：将给定的输入信号和反馈信号加以比较，产将给定的输入信号和反馈信号加以比较，产生生“误差误差”信号。信号。控制器（调节器）控制器（调节器）：根据误差信号，按一定规律产生相：根据误差信号，按一定规律产生相应的控制指令。应的控制指令。放大环节放大环节：将控制信号进行功率放大