第1章电路的基本概念和基本定律

1、 第第1 1章章 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律 电路的基本概念电路的基本概念 1.1.1 1.1.1 电路中的物理量电路中的物理量 1.1.2 1.1.2 电路元件电路元件电路的基本定律电路的基本定律1.2.1 1.2.1 欧姆定律欧姆定律1.2.2 1.2.2 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 1.11.2 1.2 1.1.11.1.1 电路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+_负载负载电源电源1.1 电路的基本概念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方向方向：实际方向实际方向假设正方向（参考方向）假设正方向（参考方向）实际方向实际方

2、向：电路中电量实际存在的方向。：电路中电量实际存在的方向。假设正方向假设正方向（参考方向）：（参考方向）： 为便于分析计算，对电量人为规定的方向。为便于分析计算，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 实实际际方方向向 电电流流 I A、kA、mA、 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 (低低电电位位到到高高电电位位) 电电压压 U V、kV、mV、 V 电电位位降降落落的的方方向向 (高高电电位位到到低低电电位位) 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

3、池灯泡灯泡IRUabE+_abu_+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uab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。电路分析中的电路分析中的假设假设正方向正方向（参考方向）（参考方向）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？E1ABRE2IR(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

4、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；例例已知：已知：E=2V, R=1问：问： 当当U分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?E IRRURabU解：解：(1) 假定电路中物理量的正方向如图所示；假定电路中物理量的正方向如图所示；(2) 列电路方程：列电路方程： EUURREURUIRREUU

5、R (3) 数值计算数值计算A1121 V1A112-3 3VRRIUIU（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）（实际方向与假设方向相反）REUIRE IRRURabU(4) 为了避免列方程时出错，为了避免列方程时出错，习惯上习惯上把把 I 与与 U 的方向的方向 按相同方向假设。按相同方向假设。(1) 方程式方程式U/I=R 仅适用于假设正方向一致的情况。仅适用于假设正方向一致的情况。(2) “实际方向实际方向”是物理中规定的，而是物理中规定的，而“假设假设 正方向正方向”则则 是人们在进行电路分析计算时是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。任意假设

6、的。 (3) 在以后的解题过程中，注意一定要在以后的解题过程中，注意一定要先假定先假定“正方向正方向” (即在图中表明物理量的参考方向即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程然后再列方程 计算计算。缺少。缺少“参考方向参考方向”的物理量是无意义的的物理量是无意义的. 提示提示RIURR IRURab假设假设: 与与 的方向一致的方向一致RIRU例例RIRU假设假设: 与与 的方向相反的方向相反RIURR IRURab电电 功功 率率aIRUb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 部分电路的电流为部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗

7、的功率为则这部分电路消耗的功率为: WIUP功率有无正负？功率有无正负？如果如果U I方向不一方向不一致结果如何？致结果如何？ 在在 U、 I 正正方向选择一致的前提下，方向选择一致的前提下， IRUab或或IRUab“吸收功率吸收功率” （负载）（负载）“发出功率发出功率” （电源）（电源）若若 P = UI 0若若 P = UI 0IUab+-根据能量守衡关系根据能量守衡关系P（吸收）（吸收）= P（发出）（发出） 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

8、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 正方向一致正方向一致。 当计算的当计算的 P E 时，时， I 0 表明方向与图中假设方向一致表明方向与图中假设方向一致当当 UabE 时，时， I 0 表明方向与图中假设方向相反表明方向与图中假设方向相反E+_baIUabR1.2.2 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律用来描述电路中各部分电压或各部分电流间用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关

9、系。的关系。名词注释：名词注释：节点：节点：三个或三个以上支路的联结点三个或三个以上支路的联结点支路：支路：电路中每一个分支电路中每一个分支回路：回路：电路中任一闭合路径电路中任一闭合路径支路：支路：ab、ad、 . （共（共6条）条）回路：回路：abda、 bcdb、 . （共（共7 个）个）节点：节点：a、 b、 . (共共4个）个）例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-1. 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于流出该节点的电流。或者说，在任一瞬间，一个节流出该节点的电流

10、。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为点上电流的代数和为 0。 I1I2I3I44231IIII基尔霍夫电流定律的基尔霍夫电流定律的依据依据：电流的连续性原理：电流的连续性原理 I =0即：即：例：例：或或：04231IIII电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。I1+I2=I3例例I=0基尔霍夫电流定律的扩展基尔霍夫电流定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R(二二) 基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL） 对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降。或，电

11、压的代数和为电位升等于电位降。或，电压的代数和为 0。例如：例如： 回路回路 a-d-c-a33435544RIEERIRI电位升电位升电位降电位降即：即：0U或：或：033435544RIEERIRII3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-RIUEab电位升电位升电位降电位降E+_RabUabIKVL推广：基尔霍夫电压定律也适合开口电路。推广：基尔霍夫电压定律也适合开口电路。例例关于独立方程式的讨论关于独立方程式的讨论问题问题：用基尔霍夫电流定律或电压定律列方程：用基尔霍夫电流定律或电压定律列方程 时，究竟可以列出多少个独立的方程？时，究竟可以列出多少个独立的方程？例例aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分析以下电路中应列几个电流方程？几个分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压方程？电压方程？基尔霍夫电流方程基尔霍夫电流方程：节点节点a：节点节点b：321III213III独立方程只有独立方程只有 1 个个基尔霍夫电压方程基尔霍夫电压方程：#1#2#32211213322233111RIRIEERIRIERIRIE独立方程只有独立方程只有 2 个个aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1设：电路中有设：电路中有N个结点，个结点，B个支路个支路N=2、B=3bR1R