第二章 简单的直流电路

电工基础教案郭建国2016年9月

第二章简单的直流电路

本章在上章的基础上展开的，着重学习简单直流电路的基本分析及计算方法，都是建立在许多基本概念的基础上，所以同学们必须在理解基础知识的基础上进行计算及分析。32.1电动势及欧姆定律一、电动势电源电动势的定义：在电源内部，外力将单位正电荷由负极移到正极所作的功称为电源电动势，用字母E或US表示，其使用单位也是伏特（V）。①电源电动势的实际方向：从低电位（负极）指向高电位（正极），与电源电压的实际方向相反。②在电源的内部，电流从低电位流向高电位，与电源外部的电流实际流向相反。返回4二、全电路欧姆定律全电路是指包含有电源内电路和电源以外的外电路的闭合电路。

全电路的欧姆定律：全电路中的电流与电源电压、电阻之间满足以下全电路欧姆定律关系：返回

三、端电压

当电路处于闭路时，端电压就是电源电动势减去电源内阻上的电压；当电路处于开路时，端电压就等于电源电动势。

电动势与路端电压的异同

电动势是表示非静电力把单位正电荷从负极经电源内部移到正极所做的功；

电势差则表示静电力把单位正电荷从电场中的某一点移到另一点所做的功。电源的路端电压是指电源加在外电路两端的电压，是静电力把单位正电荷从正极经外电路移到负极所做的功。电源的电动势对一个固定电源来说是不变的，而电源的路端电压却是随外电路的负载而变化的。

它的变化规律服从含源电路的欧姆定律，其数学表达式为U=E－Ir式中U为路端电压，Ir为电源的内电压，也叫内压降。对于确定的电源来说，电动势E和内电阻r都是一定的，从上式可以看出，路端电压U跟电路中的电流有关系。

讨论：1、外电路断开R无限大，I变为0，R0I变为0，U=E，端电压等于电源电动势。2、外电路短路R趋近0，端电压也近0，I=E/R0四、最大输出功率

外电路的电阻等于内阻时电源的输出功率最大

本节小结：本节课主要学习了电源电动势、全电路的欧姆定律等内容，通过学习，我们理解了电源电动势，电势差及电压的区别，同时知道端电压的特殊情况，从而对电路的分析及计算有很大的帮助。

2.2电阻的串联

一、串联电路1、定义：把一个电阻一个接一个的依次连接起来。2、特点：（1）I=I1+I2+I3

（2）U=U1+U2+U33、性质：（1）R=R1+R2+R3

（2）电压分配：电阻两端的电压与阻值成正比

（3）功率分配：电阻消耗的功率与阻值成正比4、分压作用

二、电压表

定义：电压表是由微安表或毫安表串联一个分压电阻，并在刻度盘上直接标出电压值改装而成的。1、改装前最大电流值Ig2、最大电压为Ug=Ig*Rg3、改装成大量程电压表，串联电阻为Rx，分到电压为U-Ug4、Rx=U-Ug/Ig5、扩大倍数：U=nUgRx=Rg(n-1)

本节总结：

本节主要学习主电路的基本计算方法，串联电路的性质及特点，为以后复杂的电路学习打好基础，更好的为了设计及计算复杂电路。

2.3电阻的并联

一、并联电阻1、定义：把几个电阻并列的连接起来2、特点：（1）各支路两端电压相等U=U1=U2=U3

（2）总电流等于各支路电流之和

I=I1+I2+I33、性质：

（1）总电阻的倒数，等于各电阻中的倒数之和

1/R=1/R1+1/R2+1/R3

（2）各支路分配的电流与各支路电阻值成反比I1=IR/R1I2=IR/R2

（3）并联电路中电阻消耗的功率与它的阻值成反比4、分流作用

例：P27二、电流表1、定义：2、例题本节小结：本节主要学习主电路的基本计算方法，串联电路的性质及特点，为以后复杂的电路学习打好基础，更好的为了设计及计算复杂电路。

2.4电阻的混联

一、定义：

二、等效电路的两

种方法1、利用电流的流向及电流的分与合画等效电路2、利用电路中各等位点分析电路，画等效电路

三、混联电路的计算方法1、等效变换2、计算总电阻3、总电流4、计算各部分电压和电流

2.5万用表

一、万用表的表面板及结构1、万用表的组成：万用表由表头、测量电路及转换开关等三个主要部分组成。2、结构：如图二、万用表的使用

1、熟悉表盘上各符号的意义及各个旋钮和选择开关的主要作用。

2、进行机械调零。

3、根据被测量的种类及大小，选择转换开关的挡位及量程，找出对应的刻度线。

4、选择表笔插孔的位置。

5、测量电压：测量电压（或电流）时要选择好量程，如果用小量程去测量大电压，则会有烧表的危险；如果用大量程去测量小电压，那么指针偏转太小，无法读数。量程的选择应尽量使指针偏转到满刻度的2/3左右。如果事先不清楚被测电压的大小时，应先选择最高量程挡，然后逐渐减小到合适的量程。

a交流电压的测量：将万用表的一个转换开关置于交、直流电压挡，另一个转换开关置于交流电压的合适量程上，万用表两表笔和被测电路或负载并联即可。

b直流电压的测量：将万用表的一个转换开关置于交、直流电压挡，另一个转换开关置于直流电压的合适量程上，且“+”表笔（红表笔）接到高电位处，“-”表笔（黑表笔）接到低电位处，即让电流从“+”表笔流入，从“-”表笔流出。若表笔接反，表头指针会反方向偏转，容易撞弯指针。6、测电流：测量直流电流时，将万用表的一个转换开关置于直流电流挡，另一个转换开关置于50uA到500mA的合适量程上，电流的量程选择和读数方法与电压一样。测量时必须先断开电路，然后按照电流从“+”到“-”的方向，将万用表串联到被测电路中，即电流从红表笔流入，从黑表笔流出。如果误将万用表与负载并联，则因表头的内阻很小，会造成短路烧毁仪表。其读数方法如下：实际值＝指示值×量程/满偏

7、测电阻：用万用表测量电阻时，应按下列方法操作：

a选择合适的倍率挡。万用表欧姆挡的刻度线是不均匀的，所以倍率挡的选择应使指针停留在刻度线较稀的部分为宜，且指针越接近刻度尺的中间，读数越准确。一般情况下，应使指针指在刻度尺的1/3~2/3间。

b欧姆调零。测量电阻之前，应将2个表笔短接，同时调节“欧姆（电气）调零旋钮”，使指针刚好指在欧姆刻度线右边的零位。如果指针不能调到零位，说明电池电压不足或仪表内部有问题。并且每换一次倍率挡，都要再次进行欧姆调零，以保证测量准确。

c读数：表头的读数乘以倍率，就是所测电阻的电阻值。

注意事项

1、在测电流、电压时，不能带电换量程。

2、选择量程时，要先选大的，后选小的，尽量使被测值接近于量程。

3、测电阻时，不能带电测量。因为测量电阻时，万用表由内部电池供电，如果带电测量则相当于接入一个额外的电源，可能损坏表头。

4、用毕，应使转换开关在交流电压最大挡位或空挡上。

本节小结

本节主要是对万用表结构的理解及万用表使用方法的学习。2.6电阻的测量一、伏安法1、定义：2、电流表的外接法：测出电流比实际大，计算出电阻比实际小3、电流表的内接法：测出电压比实际大，计算出电阻比实际大注意：

待测电阻比电压表的内阻小的多，采用内接法待测电阻比电流表的内阻大的多，采用外接法

二、惠斯通电桥法R1/R2=R3/R4注意：电流计的电流为0

三、电路中点位的计算1、零点点位2、电位3、电位的计算：电路中某点的电位，只要从这一点出发通过一定的路径绕到零点点位，该点的电位等于此路径上全部电压降的代数和。在绕行过程中，从正极到负极叫电压降，从负极到正极叫电压升。4、电压的正负

正到负，电压为正；负到正，电压为正5、计算步骤

第三章复杂的直流电路

本章是复杂直流电路的基本分析及计算方法，这些分析方法不但适用于直流，而且也适用于交流，是整个电路的重点。

3.1基尔霍夫定律

一、电路中的名词术语

（1）支路。由一个或一个以上元件组成的无分支电路叫做支路。

（2）节点。三条或三条以上支路的联接点叫做节点，又称结点。

（3）回路。电路中任一闭合路径叫做回路。

（4）网孔。不能再分割的基本回路叫做网孔。注意：网孔一定是回路，但回路不一定是网孔；同一电路中，回路通常多于网孔。

例3.1指出下图电路中，有多少条支路？多少个节点？多少个回路？多少个网孔？解：根据支路、节点、回路、网孔的定义可知，该电路有：

5条支路：a1d、a2d、ab、b3c、b4c3个节点：a、b、c(或d)6个回路：a2d1a、ab3cd2a、b4c3b、ab3cd1a、ab4cd2a、ab4cd1a3个网孔：a2d1a、ab3cd2a、b4c3b

3.基尔霍夫定律基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。基尔霍夫定律描述了电路中各部分电流之间的关系及各部分电压之间的关系，适用于各种线性及非线性电路的分析运算。

（1）基尔霍夫电流定律（第一定律）在任一时刻，流入任一节点的所有电流代数和恒等于零，即或：在任一时刻，流入任一节点的电流等于流出该节点的电流。

列写基尔霍夫电流方程时，首先要标出各电流的参考方向。

例1.6如图所示为某电路的一个节点，已知，求I4。28解：根据KCL有:所以:或根据,有则

中的“-”号，表示的实际方向与参考方向相反。基尔霍夫电流定律KCL的推广:面：

在任一时刻，流入任一闭合面的所有电流代数和恒等于零；或者，在任一时刻，流入任一闭合面的电流等于流出该闭合面的电流。体：在任一时刻，流入任一闭合体的所有电流代数和恒等于零；或者，在任一时刻，流入任一闭合体的电流等于流出该闭合体的电流。30

（2）基尔霍夫电压定律（第二定律）

在电路中，沿任一回路的各电压代数和恒等于零。

列写基尔霍夫电压方程的步骤：①标出电压参考方向。

②选择回路绕行方向。若电压参考方向与绕行方向相同，则该电压前取正号；若电压参考方向与绕行方向相反，该电压前取负号。③根据列写基尔霍夫电压方程。31例1．9列出图所示电路的电压方程。解：根据基尔霍夫电压定律列写的电压方程为：将上式整理得：32

基尔霍夫电压定律的另一种形式是：任一回路中，所有电阻上电压的代数和，等于该回路中