第一单元模块2电路物理量的测量与分析

第一单元电路的组成及基本知识模块2

电路物理量的测量与分析学习目的能力目标能使用合适的仪表测量电路中的基本物理量——电流、电压和功率；能正确描述欧姆定律；能运用欧姆定律进行电路物理量的计算；能根据电路物理量的测量数据运用欧姆定律进行电路参数的确定。学习目的2.知识目标掌握电流、电压、电位、功率和电能的文字符号、单位、数学表示方法；掌握电流、电压的参考方向以及关联和非关联参考方向；掌握欧姆定律；熟悉线性电阻和非线性电阻的伏安特性。学习内容电路基本物理量及测量项目1欧姆定律的学习项目2学习内容电路基本物理量及测量项目1明确任务通过本项目要求同学们了解电路中的一些基本物理量，如：电流、电压和功率，并学会选择合适的电工仪表测量这些基本物理量。

手电筒电路讨论：什么是电流，单位是什么？其方向如何确定？讨论：什么是电压，单位是什么？其方向如何确定？1、电流（current）（3）电流的单位

在国际单位制(SI)中，电荷的单位是库仑(C)，时间的单位是秒(s)，电流的单位是安培，简称安(A)，实用中还有毫安(mA)和微安(μA)等。（在直流电路中）知识链接

P4（1）电流的定义

单位时间内通过导体横截面的电荷。（2）电流的表达式

在电路中用箭头表示，并且规定，如果电流的实际方向与参考方向一致，电流为正值(i>0)；反之，电流为负值(i<0)。在文字叙述时也可用电流符号加双下标表示，如：Iab

不设定参考方向而谈电流的正负是没有意义的。（4）电流的方向实际方向：正电荷移动的方向参考方向：参考方向可以任意设定知识链接例1：在图中各电流的参考方向已设定。已知I1=10A，I2=－2A，I3=8A。试确定I1、I2、I3的实际方向。解：I1>0,故I1的实际方向与参考方向相同，I1由a点流向b点。I2<0,故I2的实际方向与参考方向相反，I2由b点流向c点。I3>0,故I3的实际方向与参考方向相同，I3由b点流向d点。边学边练直流电流的测量

在直流电路中，测量电流时，应根据电流的实际方向将电流表串入待测支路中，如下图所示，电流表两旁标注的“＋”、“－”号为电流表的极性。思考：I1、I2实际的电流方向？*R3中的电流大小、方向？？边学边练2、电压（voltage）（1）电压的定义：单位正电荷由电路的a点移到b点所获得或失去的能量，称为ab两点间的电压，即（2）电压的单位：在SI中，电压的单位为伏特，简称伏(V)，实用中还有千伏(kV)，毫伏(mV)和微伏(μV)等。（在直流电路中）知识链接P5（3）电压的方向实际方向：若正电荷从a点移到b点，其电势能减少，电场力做正功，电压实际方向从a到b，记做Uab。参考方向：任意选定在电路中用＋-或箭头表示，并且规定，如果电压的实际方向与参考方向一致，电压为正值(u>0)；反之，电压为负值(u<0)。在文字叙述时也可用电压符号加双下标表示，如：Uab知识链接例2：如图所示，电路中电压参考方向已选定。U1=－5V，U2＝5V，试指出电压的实际方向。U1电压实际方向：由b指向aU2电压实际方向：由a指向b边学边练支路电压的测量

在直流电路中，测量电压时，应根据电压的实际极性将直流电压表并联在待测支路两端。如图所示，若Uab=10V，Ubc=－3V，测量这两个电压时应按图示极性接入电压表。电压表两旁标注的“＋”、“－”号分别表示电压表正极和负极。直流电压测试电路边学边练3、关于参考方向的几个说明：（1）电流、电压的实际方向是客观存在的，而参考方向是人为选定的；（2）当电流、电压的参考方向与实际方向一致时，电压、电流值取正号，反之取负号；（3）分析计算每一电流、电压时，都要先选定其各自参考方向，否则计算得出的电流、电压正负值没有意义。知识链接4、关联与非关联参考方向一般电压参考方向和电流参考方向是无关的。但为了分析电路方便，如果电路中电压和电流参考方向一致（即电流从标以电压“＋”极性的一端流入，“－”极性的一端流出），称为关联参考方向；不一致，称非关联参考方向。知识链接P65、电位（1）电位的定义：在电路中任选一点为参考点（零参考点），则某一点a到参考点的电压就叫做a点的电位。（2）电位实质上就是电压，单位也是V。（3）电压与电位的关系当a点电位高于b点电位时，Uab>0

当a点电位低于b点电位时，Uab<0（4）电位是相对的，它的大小与参考点选择有关；电压是不变的，它的大小与参考点选择无关，参考点的选择是任意的，但一个电路只能选择一个参考点。知识链接P6例3：已知如图所示中，Va＝5V，Vc＝-2V，求Uab、Ubc、Uca。若改c点为参考点，求Va、Vb、Uab、Ubc、Uca。由计算结果可说明什么道理。b为参考点：Uab=5VUbc=2VUca=-7Vc为参考点：Va=7VVb=2VUab=5VUbc=2VUca=-7V电位是相对的，它的大小与参考点选择有关；电压是不变的，它的大小与参考点选择无关，参考点的选择是任意的，但一个电路只能选择一个参考点。边学边练P81-2-3

(2)求Uab和Ubd，若要测量这两个电压，问电压表如何连接?并标明电压表极性。

例4

在图中，各方框泛指元件。已知I1=3A，I2=2A，I3=－1A，Va=10V，Vb=8V，Vd=－3V。

(1)欲验证I1、I2数值是否正确，问电流表在图中应如何连接?并标明电流表极性。边学边练

解:

(1)验证I1、I2、I3数值的电流表应按图(b)所示串入所测支路，其极性已标注在图上。(2)Uab=Va－Vb=10－8=2VUbd=Vb－Vd=8－(－3)=11V(b)13542abcdA1V1V2A3+­

­++­+

­A2+

­

测Uab和Ubd的电压表应按图(b)所示跨接在待测电压的两端，其极性已标注在图上。边学边练以上计算可得两条重要结论：

(1)

两点之间的电压等于这两点之间路径上的全部电压的代数和；(2)

计算两点间的电压与路径无关。(b)13542abcdA1V1V2A3+­

­++­+

­A2+

­Uab=Va－Vb=10－8=2VUbd=Vb－Vd=8－(－3)=11VUad=Va－Vd=10－(－3)=13V边学边练讨论：什么是功率，单位是什么？如何判断电路是吸收还是发出功率？讨论：什么是额定功率？选择电阻器时对额定功率有什么要求？6、功率（power）（1）定义：把单位时间内元件吸收或发出的电能定义为功率。（2）在直流电路中（3）功率的单位是:W(瓦［特］)（4）当电压和电流为关联参考方向时，p＝ui；当电压和电流为非关联参考方向时，p＝－ui。若计算结果P＞0，说明该元件吸收电能是耗能元件；若计算结果P＜0，则该元件发出电能是供能元件。知识链接P7例5：为如图所示金属膜电阻器选择合适的额定功率（1/8W、1/4W、1/2W、1W）1/8W边学边练例6：如图为某电路中的一部分，三个元件中流过相同电流I＝－1A，U1＝2V。（1）求元件A的功率P1，并说明是吸收还是发出功率；（2）若已知元件B吸收功率12W，元件C发出功率为10W，求U2、U3。（1）元件A的U1、I为关联参考方向，P=U1I=－2W，元件A发出功率（b）元件B的U2、I为关联参考方向，P=U2I=12W，U2＝－12V元件C的U3、I为非关联参考方向，P=－U3I=－10W，U3＝－10V边学边练例7：求图示各元件的功率，并判断是何元件。abc边学边练（a）关联方向，P=UI=5×2=10W，P>0，吸收10W功率，a元件是耗能元件。（b）关联方向，P=UI=5×(－2)=－10W，P<0，产生10W功率，b元件是供能元件。（c）非关联方向，

P=－UI=－5×(－2)=10W，P>0，吸收10W功率，c元件是耗能元件。

例8：在下图中，方框代表电源或电阻，各电压、电流的参考方向均已设定。已知I1=2A，I2=－1A，I3=－1A，U1=7V，U2=3V，U3=4V，U4=8V，U5=4V。求各元件消耗或向外提供的功率。边学边练

计算结果说明符合能量守恒原理，因此是正确的。P4=U4I3=8×(-1)=-8Ｗ(提供)解:元件1、3、4的电压、电流为关联方向，P1=U1I1=7×2=14W(消耗)P3=U3I2=4×(-1)=-4Ｗ(提供)元件2、5的电压、电流为非关联方向。P2=U2I1=3×(-2)=-6W(提供)P5=U5I3=4×-(-1)=4W(消耗)电路向外提供的总功率为4+8+6=18W电路消耗的总功率为14+4=18W边学边练

例9：在图中，已知I1=4A，I2=2A，I3=－2A，其他参数及参考方向如图示。试求x元件两端电压Ux，并确定电路元件X是电源还是负载，并通过计算确定此电路的功率是否平衡？边学边练解：

P＜0，所以x实际上是电源。电路中总的电源功率电路中总的负载功率结论：任何电路中，功率始终是平衡的，即一部分元件发出的功率一定等于其他部分元件吸收的功率。P8边学边练练习：P151-4-1边学边练7、电能（electricenergy）（1）电能的定义：注意：斜体的W表示电能，而非斜体的W表示功率的单位瓦特。（2）电能的单位：焦耳（J）/千瓦时（KWh）—度例如：1个100W的灯泡照明10小时，则使用了1度的电能。它们之间的关系为1KWh=1度=3.6×106J知识链接例10：大家每天可能都会在一定的时间内使用下列电器，见表1-2。试求这些电器在一天内消耗的电能和电费。已知电费为0.65元/度。34.716KWh、22.57元边学边练常用家用电器额定功率（W）使用时间空调8605h电吹风130010min微波炉80015min电冰箱180012h电视机2502h洗衣机4001h热水器25003h课外拓展知识拓展——思考与练习作业P251-3作业要求：独立思考、相互讨论、按时交作业。学习内容欧姆定律的学习项目21、欧姆定律的描述导体中的电流I与加在导体两端的电压U成正比，与导体的电阻R成反比。U=IR知识链接关联方向时：u=Ri非关联方向时：u=－Ri符号：符号：P10电阻是一种消耗电能的元件。另外，直流电路中的功率

也可以由欧姆定律进行公式变形为关联参考方向下：P＝UI＝RII＝I2R