电路基础知识课程课件

1.1电路和电路模型1.2电流电压及其参考方向1.3电功率和电能1.4电阻元件和欧姆定律

1.5电压源和电流源

1.6基尔霍夫定律第1章电路的基本概念和基本定律1.1电路和电路模型目的与要求1了解电路和电路模型的概念2理解电源、负载的定义重点与难点重点：电源、负载难点：电路模型1.1.1电路(一）

1.电路是电流的流通路径,它是由一些电气设备和元器件按一定方式连接而成的。复杂的电路呈网状,又称网络。电路和网络这两个术语是通用的。2.电路的一种作用是实现电能的传输和转换。另一种作用是实现信号的处理。1.1.1电路（二）电源：电路中提供电能或信号的器件

负载：电路中吸收电能或输出信号的器件图1.1电路的组成1.1.2理想电路元件1.在一定条件下对实际器件加以理想化,只考虑其中起主要作用的某些电磁现象。2.理想电路元件是一种理想化的模型,简称为电路元件。电阻元件是一种只表示消耗电能的元件;电感元件是表示其周围空间存在着磁场而可以储存磁场能量的元件;电容元件是表示其周围空间存在着电场而可以储存电场能量的元件等。3.对具有两个引出端的元件,称为二端元件;对具有两个以上引出端的元件,称为多端元件。1.1.3电路模型

实际电路可以用一个或若干个理想电路元件经理想导体连接起来模拟,这便构成了电路模型。教学方法

鼓励学生自己找出日常生活中的电源负载，帮助学生理解电源、负载的定义。思考题1.什么叫电路模型？建立电路模型时应注意什么问题？2.电工基础课研究的主要对象是什么？1.2电流流、、电电压压及及其其参参考考方方向向目的的与与要要求求1.理理解解电电流流、、电电压压的的参参考考方方向向2.会会判判断断电电流流、、电电压压的的实实际际方方向向重点点与与难难点点重点点电流流、、电电压压的的参参考考方方向向难点点1.参参考考方方向向与与实实际际方方向向间间的的关关系系2.两两点点间间电电位位与与电电压压的的关关系系1.2.1电流流及及其其参参考考方方向向（（一一））1.电电流流：：带带电电粒粒子子（（电电子子、、离离子子等等））的的定定向向运运动动,称称为为电电流流。。用用符符号号i表示示,即即2.电流流的的实实际际方方向向：：正正电电荷荷运运动动方方向向。。1.2.1电流流及及其其参参考考方方向向（（二二））3.直直流流：：当当电电流流的的量量值值和和方方向向都都不不随随时时间间变变化化时时,称称为为直直流流电电流流,简简称称直直流流。。直直流流电电流流常常用用英英文文大大写写字字母母I表示示。。交流流：：量量值值和和方方向向随随着着时时间间按按周周期期性性变变化化的的电电流流,称称为为交交流流电电流流,简简称称交交流流。。常常用用英英文文小小写写字字母母i表示示。。1.2.1电流流及及其其参参考考方方向向（（三三））4.单单位位：：安安［［培培］］,符符号号为为A。。常用用的的单单位位有有千千安安（（kA））,毫安安（（mA）,微安安（（μA））等。。1.2.1电流流及及其其参参考考方方向向（（四四））5.在分分析析与与计计算算电电路路时时,常常可可任任意意规规定定某某一一方方向向作作为为电电流流的的参参考考方方向向或或正正方方向向。。图1.2电流的参考方向1.2.2电压压及及其其参参考考方方向向（（一一））1.电电路路中中A、、B两点点间间的的电电压压是是单单位位正正电电荷荷在在电电场场力力的的作作用用下下由由A点移移动动到到B点所所减减少少的的电电能能,即即式中中,Δq为由由A点移移动动到到B点的的电电荷荷量量,ΔWAB为移移动动过过程程中中电电荷荷所所减减少少的的电电能能。。1.2.2电压压及及其其参参考考方方向向（（二二））电压压的的实实际际方方向向：：是是使使正正电电荷荷电电能能减减少少的的方方向向。。电压压的的SI单位位：：是是伏伏［［特特］］,符符号号为为V。。常用用的的单单位位：：千千伏伏（（kV））、、毫伏伏（（mV））、、微伏伏（（μV））等。。1.2.2电压压及及其其参参考考方方向向（（三三））3.量值值和方向向都不随随时间变变化的直直流电压压,用用大写字字母U表示。交交流电压压,用用小写字字母u表示。图1.3电压的参考方向1.2.2电压及其其参考方方向（四四）4.若电压的的参考方方向与实实际方向向一致，，电压为为正。若电压的的参考方方向与实实际方向向相反，，电压为为负。5.分析析电路时时，首先先应该规规定电流流电压的的参考方方向。1.2.2电压及其其参考方方向（五五）6.元件件的电压压参考方方向与电电流参考考方向是是一致的的,称称为关联参考考方向。。图1.4电流和电压的关联参考方向1.2.3电位（一一）1.在电路中中任选一一点,叫叫做参参考点,则某某点的电电位就是是由该点点到参考考点的电电压。1.2.3电位（二二）2.如果果已知a、b两点的电电位各为为,,则则此两点点间的电电压即两点间间的电压压等于这这两点的的电位的的差3.参考考点不同同，各点点的电位位不同，，但两点点间的电电压与参参考点的的选择无无关。教学方法法通过自学学的方法法引入参参考方向向的定义义思考题为什么要要在电路路图上规规定电流流的参考考方向？？请说明明参考方方向与实实际方向向的关系系？2.电压压参考方方向都有有哪些表表示方法法？1.3电功率和和电能目的与要要求会计算电电功率和和电能2.会会判断电电源、负负载重点与难难点重点电功率和和电能的的计算难点关联参考考方向和和非关联联参考方方向下电电功率1.功率定义：传传递转换换电能的的速率叫叫电功率率，简称称功率，，用p或P表示。2.功率的正正负如果电流流、电电压选用用关联参参考方向向,则则所得的的p应看成支支路接受受的功率率,计计算所得得功率为为负值时时,表表示支路路实际发发出功率率。如果电电流、电电压选选择非关关联参考考方向,p应看成支支路发出出的功率率,即即计算所所得功率率为正值值时,表表示支支路实际际发出功功率;计计算所所得功率率为负值值时,表表示支支路接受受功率。。3.直流功率率在直流情情况下功率的单单位为瓦瓦［特］］,简简称瓦,符号号为W,常用的有有千瓦（（kW）、、兆瓦（MW）和毫瓦（（mW）等。4.电能的计计算（一一）从t0到t时间内,电路路吸收（（消耗））的电能能为直流时，，有4.电能的计计算（二二）所有元件件接受的的功率的的总和为为零。这这个结论论叫做““电路的的功率平平衡”。。例1.1（一）图1.5所示为直直流电路路,U1=4V,U2=-8V,U3=6V,I=4A,求各元件件接受或或发出的的功率P1、P2和P3,并求整个电电路的功率率P。图1.5例例1.1图图例1.1（二）解：P1的电压参考考方向与电电流参考方方向相关联联,故P1=U1I=4×4=16W(接受16W)P2和P3的电压参考考方向与电电流参考方方向非关联联,故P2=U2I=(-8)×4=-32W(接受32W)P3=U3I=6×4=24W(发出24W)整个电路的的功率P,设接受功率率为正,发发出功率率为负,故故P=16+32-24=24WⅣ、教学方法法讲授法Ⅴ、思考题题1.当元件件电流，电电压选择关关联参考方方向时，什什么情况下下元件接受受功率？什什么情况下下元件发出出功率？2.有两个个电源，一一个发出的的电能为1000kW.h,另一个发出出的电能为为500kW.h。。是否可认为为前一个电电源的功率率大，后一一个电源的的功率小？？1.4电阻元件和和欧姆定律律目的与要求求1.掌握电电阻元件上上的欧姆定定律2.理解电电路短路、、开路时的的特点重点与难点点重点欧姆定律、、电导难点1.短路、开路路2.应用欧欧姆定律时时正负号的的确定1.电阻元件（（一）电阻元件是是一个二端端元件,它它的电流流和电压的的方向总是是一致的,它的电电流和电压压的大小成成代数关系系。电流和电压压的大小成成正比的电电阻元件叫叫线性电阻阻元件。元元件的电电流与电压压的关系曲曲线叫做元元件的伏安安特性曲线线。线性电阻元元件的伏安安特性为通通过坐标原原点的直线线,这个个关系称为为欧姆定律律。1.电阻元件（（二）图1.6线性性电阻的伏伏安特性曲曲线2.欧姆定律在电流和电电压的关联参考方方向下,线性性电阻元件件的伏安特特性如图1.6所示示,欧姆定律的的表达式为为式中,R是元件的电电阻,它它是一个反反映电路中中电能消耗耗的电路参参数,是是一个正实实常数。式中电压用用V表示,电电流用A表示时,电电阻的单单位是欧［［姆］,符符号为Ω。电阻的十进进倍数单位位有千欧（（kΩ）、兆欧（MΩ）等。(1.7)３.非线性电阻阻元件电流和电压压的大小不不成正比的的电阻元件件叫非线性电阻阻元件。本书只讨论论线性电阻阻电路。4.电导令G=1/R,则式（1.7）变为为式中,G称为电阻元元件的电导导,单位位是西［门门子］,符符号为S。如果线性电电阻元件的的电流和电电压的参考考方向不关关联,则则欧姆定律律的表达式式为或(1.8)5.功率在电流和电电压关联参参考方向下下,任何何瞬时线性性电阻元件件接受的电电功率为线性电阻元元件是耗能能元件。6.焦耳定律若电流不随随时间变化化,以上两式称称为焦耳定定律。如果电阻元元件把接受受的电能转转换成热能能,则从从t0到t时间内。电电阻元件的的热［量］］Q,也就是这段段时间内接接受的电能能W为7.两种特殊情情况线性电阻元元件有两种种特殊情况况值得注意意:一种种情况是电电阻值R为无限大,电压为为任何有限限值时,其其电流总总是零,这这时把它它称为“开路”;另一种种情况是电电阻为零,电流为为任何有限限值时,其其电压总总是零,这这时把它它称为“短路”。例1.2有220V,100W灯泡一个,其灯丝丝电阻是多多少？每天天用5h,一个月（按按30天计计算）消耗耗的电能是是多少度？？解灯泡灯丝电电阻为一个月消耗耗的电能为为教学方法“欧姆定律律”在物理理课中曾经经接触过，，这里可采采用先自学学的形式，，提出问题题：电工基基础课中的的“欧姆定定律”与与物理中的的“欧姆姆定律”有有何不同同？思考题1.线性电电阻元件的的伏安关系系是怎样的的?2.线性电阻阻元件接受受功率的计计算公式有有哪些？1.5电压源和电电流源目的与要求求理解理想电电压源、理理想电流源源的特点重点与难点点重点理想电压源源、理想电电流源的特特点难点独立源、受受控源1.电压压源是一个个理想二端端元件。它它具有两个特点:(1)电电压源对外外提供的电电压u(t)是某种确定定的时间函函数,不不会因因所接的外外电路不同同而改变,即u(t)=us(t)。(2)通过电压源源的电流i（t）随外接电路路不同而不不同。常见见的电压源源有直流电电压源和正正弦交流电电压源。一、电压源源（一）一、电压源源（二）图1.7电压源电压波形一、电压源源（三）图1.8直直流电压压源的伏安安特性图1.8是直流流电压源的的伏安特性性。一、电压源源（四）2.电压为为零的电压压源相当于于短路。3.由图1.7(a)知,电压压源发出的的功率为p＞0时,电压压源实际上上是发出功功率；p＜0时,电压压源实际上上是接受功功率。1.电流源源也是一个个理想二端端元件,它有以下两两个特点:电流源向外外电路提供供的电流i(t)是某种确定定的时间函函数,不不会因因外电路不不同而改变变,即i(t)=is,is是电流源的的电流。(2)电电流源的端端电压u(t)随外接的电电路不同而而不同。2.如果电电流源的电电流is=Is(Is是常数),则为直直流电流源源。二、电流源源（一）二、电流源源（二）图1.9电电流流源及直流流电流源的的伏安特性性二、电流源源（三）3.电流为为零的电流流源相当与与开路。4.电流源源发出的功功率为p＞0,电流源实际际是发出功功率;p＜0,电流源实际际是接受功功率。5.电压源源和电流源源,称为独立源。在电子电电路的模型型中还常常常遇到另一一种电源,它们的的源电压和和源电流不不是独立的的,是受受电路中另另一处的电电压或电流流控制,称称为受控源或非非独立源例1.3（一）计算图1.10所所示电路路中电流源源的端电压压U1,5Ω电阻两端的的电压U2和电流源、、电阻、电电压源的功功率P1,P2,P3。图1.10例1.3图例1.3（二）电流源的电流流、电压选择择为非关联参参考方向,所所以P1=U1Is=13×2=26W(发出)电阻的电流、、电压选择为为关联参考方方向,所以以P2=10×2=20W(接受)电压源的电流流、电压选选择为关联参参考方向,所所以P3=2×3=6W(接受)解：教学方法以实际电池为为例来阐述电电压源的特点点1.直流电压压源的电流是是怎样变化的的？2.直流电电流源的端电电压怎样确定定？举例说明明。思考题1.6基尔霍夫定律律目的与要求1.理解支路路、节点、回回路、网孔的的定义2.掌握基尔尔霍夫电流定定律、基尔霍霍夫电压定律律重点与难点重点基尔霍夫电流流定律、基尔尔霍夫电压定定律难点用基尔霍夫定定律分析电路路基尔霍夫定律律是集中参数数电路的基本本定律,它包括电流定定律和电压定定律（1）支路:电路中流过同同一电流的一一个分支称为为一条支路。。（2）节点:三条或三三条以上支路路的联接点称称为节点。(3)回路:由若干支支路组成的闭闭合路径,其其中每个节点点只经过一次次,这条闭闭合路径称为为回路。(4)网孔:网孔是回回路的一种。。将电路画在在平面上,在在回路内部部不另含有支支路的回路称称为网孔。一、相关名词词二、基尔尔霍夫电流定定律（KCL）（一）1.在集中参参数电路中,任何时刻刻,流出（（或流入）一一个节点点的所有支支路电流的代代数和恒等于于零,这就就是基尔霍夫电流流定律,简写为KCL。二、基尔尔霍夫电流定定律（KCL）（二）（1.14）写出一般式子子,为∑i=0把式（1.14）改写成成下式,即即i1=i3+i4对图1.11中的节节点a,应用KCL则有二、基尔尔霍夫电流定定律（KCL）（三）图1.11电路实例二、基尔尔霍夫电流定定律（KCL）（四）2.在集中参参数电路中,任何时刻刻,流入一一个节点电流流之和等于流流出该节点电电流之和。3.KCL原是适用于节节点的,也也可以把它推推广运用于电电路的任一假假设的封闭面面。例如图1.11所示示封闭面S所包围的电路路。三、基尔尔霍夫电压定定律（KVL）（一）（1.16）1.定义：在集中参数电电路中,任任何时刻,沿沿着任一个个回路绕行一一周,所有有支路电压的的代数和恒等等于零,这这就是基尔霍夫电压压定律,简写为KVL。用数学表达式式表示为三、基尔尔霍夫电压定定律（KVL）（二）2.在在写出式（1.16）时时,先要任意规定定回路绕行的的方向,凡凡支路电压的的参考方向与与回路绕行方方向一致者,此电压前前面取“+””号,支路路电压的参考考方向与回路路绕行方向相相反者,则则电压前面取取“-”号。。在图1.11中,对回回路abcga应用KVL,有三、基尔尔霍夫电压定定律（KVL）（三）（1.17）3.如果一一个闭合节点点序列不构成成回路,例例如图1.11中的节点点序列acga,在节点ac之间没有支路路,但节点点ac之间