第1章 电路的基本概念与基本定律

电路分析基础主要内容

直流电路（一、二、三章）交流电路（四、五章）总学时：

32学时（讲课：24实验：8）学习方法及要求一、学习方法好的学习效果源于好的学习习惯

课堂上紧扣教师的思路和进程。充分理解教师反复强调的重要概念和原理。积极思考，主动回答教师提出的问题。及时梳理每堂课的主要内容，没听懂的内容及时弄明白。做到能学以致用，坚持独立完成每次课后的作业。课程简介二、作业要求常备2本作业本，并在封面写明姓名、学号；作业题要抄写题目，有图必须画出；每周首次课前交上周布置的作业。发下来的作业中如有错，必须改正。三、成绩的评定总成绩=理论考试×0.6+作业×0.2+实验×0.2如作业或实验达不到最低要求，总成绩无效！第1章电路的基本概念与基本定律1.1电路的作用与组成1.2电路模型1.3电压和电流的参考方向1.5电源有载工作、开路与短路1.4欧姆定律1.6基尔霍夫定律1.7电路中电位的概念及计算第1章目录c.负载

电路是电流的通路。a.电源b.中间环节1.1电路的作用与组成部分1.电能的传输与转换1.1.1电路的作用和组成发电机升压变压器输电线降压变压器电灯电动机用电器……第1章1

1电路的组成第1章1

12.传递与处理信号

放大器话筒扬声器a.信号源c.负载电源和信号源的电压或电流称为激励，它推动电路的工作。由激励在电路中产生的电压和电流称为响应。电路分析就是讨论激励响应与的关系b.中间环节基本概念：激励与响应实际电路？电路模型？用实物表示电流流过的全部通路：：用理想元件描述电路组成的主要电磁特性——简称为电路1.2电路模型第1章1

21.5V重要概念：电路图上所有的元件都是由实际元件理想化后的理想元件（用相应符号代表）所构成！模型：就是能用数学工具进行描述和分析的对象。第1章1

31.3电压和电流的参考方向1.电压、电流的实际方向(不标注！）：一些复杂电路中，比较难以判断电压、电流的实际方向！2.电压、电流的参考方向：根据实际情况假定并标出！！数值为正：电压（电流）参考方向与其实际方向相同例如：E=3V，则U=3V或UAB=3V则U=–3V或UBA=–3VER+–UIAB+–数值为负：电压（电流）参考方向与其实际方向相反为正确地分析电路，要求在电路图上标上电流和电压的方向！在参考方向选定后，电流电压值的正负才有意义！！1.4欧姆定律欧姆定律揭示了电阻上电压与电流的关系。它是分析计算电路的两大基本定律之一。理解和使用它应该注意：一只电阻上有电流才会有电压，反之亦然！电阻上的电流与电压如始终成正比，则这个电阻一定是线性电阻。即电阻的阻值与电流、电压等外部因素无关。计算中使用欧姆定律必须注意U、I参考方向的一致性第1章1

3乔治·西蒙·欧姆（1787～1854）

1826年49岁的欧姆研究了电的传导问题，用其研制的电流扭力天平实验发现了著名的欧姆定律。同年发表了《金属导电定律的测定》的论文。

1841年英国皇家学会授予欧姆最高荣誉的科普列金奖

1852年65岁的欧姆受聘于慕尼黑大学的非常任教授，两年后去世。

第1章1

4通过电阻的电流与电压成正比表达式=

RUIU、I参考方向相同U=–IRU、I参考方向相反图B中若I=–2A，R=3，则U=–(–2)×3

=

6V电流的参考方向与实际方向相反–UIR图A+–或UIR图B+–UIR图C+–电压与电流参考方向相反1.4欧姆定律u/V0i/A电阻值不受外界影响的称为理想电阻,即：阻值大小与电压、电流或温度等使用环境无关的线性常数。理想电阻的伏安特性曲线（线性）ABUIR+–第1章1

4注意：在分析电路或者计算电路时，在电路图上必须对所需要引用和计算的电流和电压标上参考方向！电阻常用单位：欧姆Ω、千欧kΩ、兆欧MΩ1～4节重要概念的总结：电路的作用、组成；激励与响应的定义和关系。电路图上所画的任何一个电流、电压的方向都是参考方向；所画的任何一个元件都是理想元件。在分析计算电路时，必须养成标注参考方向的习惯。在给R、L、C理想元件标注电流、电压的参考方向时，应尽量将电流和电压标成一致。1.5电源有载工作、开路与短路第1章1

5EUR0电源——为电路提供运行所需电能的器件。用2个理想电磁特性元件来描述一个实际电源的主要特性。输出正端口输出负端口电源模型及其等效含义用电压描述电能产生形式——等效电动势E用电阻描述自身消耗电能情况——等效内阻U——电源实际输出的正负端口电压EIU第1章1

51.5.1电源有载工作1.电压与电流R0RABCDU=RIR

+

R0I=

EU=E–R0IER0IU电源的外特性曲线当R0

R时，UEIU0电源带负载能力强指当负载大幅变化时，电源的端电压变化很小。第1章1

51.5.1电源有载工作1.电压与电流U=E

–

R0I

2.功率与功率平衡UI=EI–R0I2

P=PE–

P电源产生功率内阻消耗功率电源输出功率功率的单位：瓦[特](W)或千瓦(kW)电源产生功率=负载取用功率+内阻消耗功率EIUR0RABCD第1章1

5电源在某些情况下实际上是消耗电能（充电）即做负载使用，其特征为端电压方向不变，而电流方向改变。3.电源所处状态的判别方法根据电压、电流的实际方向判别作为电源元件时：I由U的“－”流入，“＋”流出作为负载元件时：I由U的“＋”流入，“－”流出方法：根据U、I数值的正负，将负值的U或I改为其反向（即统一为实际方向）按下列原则判断：D－＋UIC－＋UIB＋－UIA＋－UI例题：判断下面元件是处于电源状态还是负载状态？分析方法提示：U、I没有具体数值，无法判别！已知U=220V,I=－1AI的数值为负值，表明参考方向与实际方向相反。将I的参考方向反转，成与实际方向一致。根据U、I现参考方向与各自实际方向都一致的情况，进行判别。4.电源的额定值与实际值S1220VS2电源+–IS3P

电源输出的电流和功率由负载的实际需求决定，即需要多少就提供多少。额定值：制造厂家为电气设备在给定条件下正常运行而规定的值。通常为制造参数和使用极限参数第1章1

5220V/50W50W50W实际值：元件或设备在实际使用中产生的响应或消耗的功率！1kw不同性质元件额定值的一般意义：电源：额定值多为许可容量或极限值；中间部分元件：额定值为安全极限值，如电阻、电线；负载：额定值是在该数值下的经济性、可靠性、寿命和安全的综合值。如电灯、电炉。第1章1

5使用常识：

无论何种元件，其额定值与实际值之间不能等同。对于电源：在其容量范围内，其实际输出功率值一定等于电路的总需求。EIU01.5.2电源开路特征R0RABCDI=0U=U0=EP=0第1章1

5电源开路对电源没有损坏U

=

0I视电路参数而定有源电路EUISR1电流过大，将烧毁电源1.5.3电源短路特征R2R0U=0I=IS=E/R0P=0PE=P=R0IS2

ER1R2R0U短接I第1章1

5+例题1开关闭合前后，电流I、I1、I2如何变化，I1会否少一些？60w与100w灯，哪一个灯丝电阻大？如电源的额定功率为125kw，端电压220v，只接一个60w/220v灯，灯会否被烧毁？如100w灯丝已短路，开关S闭合后，100w等会否被烧断？220v/100w本节重要概念的总结：任何实际电源的输出（电压或电流及功率）都与外界负载有关，也与电源自身的内阻大小有关。随着负载阻值的减小（即电阻需求功率增加）电源输出功率增加，但输出电压下降。在容量许可内，负载需要多少功率，电源总是按需提供功率。本节重要方法的总结：利用实际方向判别元件处于负载或电源状态的方法。根据额定值来计算许可值或实际值的方法。R3abE1节点

电路中三条或三条以上支路联接的点支路

电路中的每一分支cd回路

由一条或多条支路组成的闭合路径如acb,ab,adb如abca,adba,adbca

第1章1

6E2如a,bR2R1名词术语：网孔

中间无分支的回路如abca,adba1.6基尔霍夫定律一条支路具有同样的电流，一个电路至少有一条回路！基尔霍夫（GustavRobertKirchhoff，1824～1887）成就：1845年21岁时发表了第一篇论文，提出了稳恒电路网络中电流、电压、电阻关系的两条电路定律：基尔霍夫电路定律。

1859年基尔霍夫做了用灯焰烧灼食盐的实验，得出热辐射定律：任何物体对电磁辐射的发射本领和吸收本领的比值与物体特性无关，是波长和温度的普适函数，即与吸收系数成正比。并推定：太阳光谱的暗线是太阳大气中元素吸收的结果。这给太阳和恒星成分分析提供了一种重要的方法，天体物理由于应用光谱分析方法而进入了新阶段。

1862年提出绝对黑体的概念。其热辐射定律和绝对黑体概念是开辟20世纪物理学新纪元的关键之一。1900年M.普朗克的量子论就发源于此。在海德堡大学期间制成光谱仪，与本生合作创立了光谱化学分析法发现了元素：铯和铷。著有《数学物理学讲义》4卷。

I流入

=

I流出（直流电路）i入

=i出（对任意波形的电流）

KCL——在任一瞬间流入节点电流和等于流出节点的电流和！例:若I1=9A,I2=–2A,I4=8A。求:I3=?电流的参考方向与实际方向相反1.6.1基尔霍夫电流定律(KCL)I1I2I3I4解：第1章1

6漏电保护空气开关第1章1

6IAIBIABIBCICAKCL推广应用ICABC对A、B、C三个节点应用KCL可列出：IA=IAB–ICAIB=IBC–IABIC=ICA–IBC上列三式相加，便得IA+IB+IC=0在任一瞬间流过任一人为封闭面的电流的代数和恒等于流入之和。第1章1

6例题1：问以下电路中有多少支路和结点？Uab和I是否为零？第1章1

6例题2：求：以下电路中I5。第1章1

6假想闭合面或更直接：E1U4E2U1U2abced+++1.6.2基尔霍夫电压定律（KVL）

在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段上升电压的代数和恒等于下降之和。U上升

=U下降

若求：U2=？E2

=

5VE1=–3V，U4=8V，U1=–2V，U1+

U2+U5=U3+

U4–––+–U5U3+–U2=

2V(–2)+U2–8=(–3)–5第1章1

6根据U升

=U降

KVL推广应用于假想的闭合回路第1章1

6UAB=E+IRERABI根据KVL可列出UBUAABCUABUAB=UAUB

UA=

UB+UAB例题3：判断以下电路中的元件是电源还是负载？负载例4.计算电流I、电压U和电阻R。1.标参考方向，计算电流。2.按电流参考方向标各电阻上的电压参考方向，计算电压U。一、电位的概念电位：选定电路中某点作为参考点，令其电位为零，其它点到参考点的电压，即为该点的电位，用V表示。参考点不同,电位不同,但任意两点之间的电压不变。若电位为负，则低于参考点电位，两点之间电压<0。二、电位的计算例已知：Uda=4V,Uac=6V,求各点电位

结论若电位为正，则高于参考点电位，两点之间电压>0。2643+-10Vabcd1.7电路中电位的概念及计算第1章1

7接地点电位值电压值VaVbVcVdUadUbccdR2E1E2R3R1abcdd三、利用电位化简电路E1=2VE2=5V+2V–5VR2R3R1abc+2V–5V第1章1

7三、利用电位化简电路ECRCRBTEB+EB

C+E例：思考题：将电路图化为原理电路图D2R+3V0VF-12VRCRBT第1章1

7例题：求下图中的VB。第1章1

7例题1：求下图中开关S1断开和闭合时A点的电位VA断开时闭合时例题2：求下图中A、B、C、D的电位。常见作业格式错误原题有图，但作业上却不画电路图。所用到的电流、电压或电位符号没在电路图上表示出位置和参考方向。把直流电压U,直流电流I，错误写成表示交流的u和i符号。上交之前，请对照自己作业改错！！！第一章小结一、基本概念

1.

参考方向：真实方向和假定方向的关系

2.

额定值：使电器工作在效益最好的状态下

3.

功率的计算及功率性质的判别

4.电位的计算和应用二、基本定律

1.欧姆定律（L）U=IR2.基尔霍夫电流定律（KCL）

3.基尔霍夫电压定律（KVL）电路的基本概念和基本定律自我检查题一、填空题通常，电路可以分为

、

和

三部分；电路的电源或信号源的电流和电压被称为激励，则由于激励在电路的各部分产生的电流和电压称为

；电路图中的任何一个元件都是

元件；能始终遵循欧姆定律的电阻被称为

电阻；额定值为0.25w/100Ω的电阻，使用时电流不超过

，最高电压不得超过

；2只220v/100w的电灯串联接到220v的电路中，它们消耗的总功率为

；两只标称值分别为1w/100Ω和0.5w/50Ω的电阻并联使用时，其两端允许的最大电压为

；如串联使用时，其允许的最大电流为

；一个额定值为10kw/380v的电炉如接到220v的电源上，则其实际消耗的功率为

；一个冰箱在额定工作状况下，每天消耗的电能为0.76度，则冰箱的额定功率为

。二、判断题有了参考方向后，电路的电流和电压才有正负之分。（）Uab表示a点的实际电位一定高于b点的电位。（）在电流和电压的参考方向不一致时，欧姆定律的使用表达式仍然为。（）额定电流为100A的发电机，只接了60A的负载，还有40A被发电机自己所消耗。（）对于电源来说：“电源负载过重”意味着负载所要求的功率大于电源的额定功率。（）电路中的“接地”就是与大地相连。（）第1章复习自我检查题（2）一、填空题对于一个实际电源，随着其两端的等效负载电阻的阻值不断减少，电源两端的端电压随之

。如果将一