理学电路的基本概念与基本定律

1.1电路的作用与组成部分1.2电路模型1.3电压和电流的参考方向1.4欧姆定律1.5电源有载工作、开路与短路1.6电路中电位的概念及计算1.7基尔霍夫定律第1章电路的基本概念与基本定律本章要求1.掌握基尔霍夫定律2.掌握电压和电流的参考方向3.理解电位的概念，掌握电位的计算方法4.理解电路的三种工作状态：有载工作、开路与短路1.1.1

电路的作用

（1）电能的传输和转换

（2）传递和处理信号1.1.2电路的组成

（1）电源

（2）负载

（3）中间环节1.1电路的作用与组成部分中间环节负载信号源（电源）电路元件的理想化在一定条件下突出元件主要的电磁性质，忽略其次要因素，把它近似地看作理想电路元件。为什么电路元件要理想化

便于对实际电路进行分析和用数学描述，将实际元件理想化（或称模型化）。1.2电路模型手电筒的电路模型电压和电流的方向实际方向参考方向实际方向

物理中对电量规定的方向。参考方向在分析计算时，对电量人为规定的方向。1.3电压和电流的参考方向电流、电动势、电压的实际方向问题

在复杂电路中难于判断元件中物理量的

实际方向，如何解决？(1)在解题前任选某一个方向为参考方向，或称正方向；(3)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系的代数表达式；解决方法欧姆定律：

流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。该段电路的电阻1.4欧姆定律在规定了电流和电压的参考方向的前提下，欧姆定律的形式伏安特性iuui线性电阻伏安特性非线性电阻伏安特性当电压和电流的参考方向一致时

U=RI当电压和电流的参考方向相反时

U=－RI注解应用欧姆定律对下图的电路列出式子，并求电阻R例题1.1－1.5.1电源有载工作开关闭合有载开关断开开路cd短接短路1.5电源有载工作、开路与短路1．电压和电流由欧姆定律可列上图的电流：负载电阻两端电压：电源的外特性曲线当R0＜＜R时由上两式得功率与功率平衡功率

设电路任意两点间的电压为

U,流入此部分电路的电流为I，则这部分电路消耗的功率为:功率平衡：由U＝E－R0I得UI＝EI－R0I2P＝PE－

P电源输出的功率电源内阻上损耗功率电源产生的功率W为瓦[特]KW为千瓦解(1)电源

U＝E1－

U1＝E1－R01IE1＝U＋R01I＝220＋0.65=223V

负载

U＝E2＋

U2＝E2＋R02IE2＝U－R02I＝220－0.65R01＝217V如图，U＝220V，I＝5A，内阻R01＝R02＝0.6

(1)求电源的电动势E1和负载的反电动势E2；(2)试说明功率的平衡例题1.3（2）由（1）中两式得

E1＝E2＋R01I＋R02I等号两边同乘以I得E1I＝E2I＋R01I2＋R02I22235＝2175＋

0.652＋0.6521115W=1085W＋15W＋15WE2I＝1085WR01I2＝15WR02I2＝15W负载取用功率电源产生的功率负载内阻损耗功率电源内阻损耗功率3.电源与负载的判别分析电路时，如何判别哪个元件是电源？哪个是负载？U和I的参考方向与实际方向一致时，U和I的实际方向相反，电流从＋端流出，发出功率对于电源而言，有：对于负载而言，有：U和I的实际方向相同，电流从＋端流入，吸收功率IUab+-IRUabIRUab当或当U和I两者的参考方向选得一致电源

P＝UI＜0负载

P＝UI＞0电源

P＝UI＞0

负载

P＝UI＜0U和I两者的参考方向选得相反4．额定值与实际值额定值是制造厂商为了使产品能在给定的条件下

正常运行而规定的正常允许值注在使用电气设备或元件时，电压、电流、功率的实际值不一定等于它们的额定值解一个月（按30天计算）的用电量：W＝Pt＝60(W)×(

×30)(h)＝5.4kW·h已知：有一220V60W的电灯，接在220V的电源上，求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时的电阻。如每晚用3小时，问一个月消耗电能多少？例题1.41.5.2电源开路特征：I＝0U＝U0＝E（端电压和电源电压相等）P＝0（电源没有产生功率；负载也没有取用功率）1.5.3电源短路特征：U＝0（端电压为零）I＝IS＝E／R0（这是短路电流，通常值很大）PE＝P＝R0I2（这是电源产生的功率）P＝0（这是负载取用的功率）注短路是一种严重事故Uab＝6×10＝60VUca＝20×4＝80VUda＝5×6＝30VUcb＝140VUdb＝90VVb－Va＝UbaVb＝－60VVc－Va＝UcaVc＝＋80VVd－Va＝UdaVd＝＋30V1.6电路中电位的概念及计算Va=Uab=＋60VVc=Ucb=＋140VVd=Udb=＋90V结论：（1）电路中某一点的电位等于该点与参考点（电位为零）之间的电压（2）参考点选得不同，电路中各点的值随着改变，但是任意两点间的电压值是不变的。各点电位的高低是相对的，而两点间的电压值是绝对的。注

用来描述电路中各部分电压或各部分电流的关系,包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。结点：三条或三条以上支路相联接点支路：电路中每一个分支回路：电路中一条或多条支路所组成的闭合电路注基尔霍夫电流定律应用于结点基尔霍夫电压定律应用于回路1.7基尔霍夫定律支路：ab、ad、…...

（共6条）回路：abda、bcdb、

…...

（共7个）节点：a、b、c、d(共4个）I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-例1.7.1基尔霍夫电流定律如图I1＋I2＝I3

或I1＋I2－I3＝0

即

I＝0在任一瞬时，流向某一结点的电流之和应该等于由该结点流出的电流之和。即在任一瞬时，一个结点上电流的代数和恒等于零解I1I2I3I4由基尔霍夫电流定律可列出

I1－I2＋I3－I4＝02－（－3）＋（－2）－I4＝0可得

I4＝3A已知：如图所示，I1＝2A，I2＝－3A，I3＝－2A，试求I4。例题1.61.7.2基尔霍夫电压定律从回路中任意一点出发，沿顺时针方向或逆时针方向循行一周，则在这个方向上的电位升之和等于电位降之和。或电压的代数和为

0。U1＋U4＝U2＋U3U1－U2－U3＋U4＝0即

U＝0这里有部分幻灯片未设置放映状态，主要是例题，感兴趣的同学可自学。解a点电位比b点电位低12Vn点电位比b点电位低12-5=7Vm点电位比b点电位高3V于是

n点电位比m点电位低7+3=10V即

Unm=-10V由欧姆定律得R＝Unm／I＝5

计算下图的电阻R值，已知Uab＝－12V。例题1.2解根据瓦数和欧姆数可以求出额定电流在使用时电压不得超过

U＝RI＝5000．1＝50V已知：有一额定值为5W500

的线绕电阻，问其额定电流？在使用时电压不得超过多大？例题1.5上式可改写为E1－E2－R1I1＋R2I2＝0

或E1－E2＝R1I1－R1I1

即

E＝（RI）在电阻电路中，在任一回路循行方向上，回路中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和在这里电动势的参考方向与所选回路循行方向相反者，则取正号，一致者则取负号电流的参考方向与回路循行方向相反者，则该电流在电阻上所产生的电压降取正号，一致者则取负号注基尔霍夫电压定律的推广：可应用于回路的部分电路

U＝UA－UB－UAB或UAB＝UA－UBE－U－RI＝0或U＝E－RI注列方程时，要先在电路图上标出电流、电压或电动势的参考方向。解由基尔霍夫电压定律可得（1）UAB＋UBC＋UCD＋UDA

＝0

即UCD＝2V（2）UAB＋UBC＋UCA＝0

即

UCA＝－1V已知：下图为一闭合电路，各支路的元件是任意的，但知UAB＝5V，UBC＝－4V，UDA＝－3V试求：（1）UCD：（2）UCA。例题1.7解对右回路应用基尔霍夫电压定律列出EB－RBI2－UBE＝0得I2＝0.315mA在对左回路EB－RBI2－R1I1＋US＝0得

I1＝0.57mA应用基尔霍夫电流定律列出I2－I1－IB＝0

得IB＝－0.255mA如图：RB＝20K

，R1＝10K

，EB＝6VUS＝6V，UBE＝－0．3V

试求电流IB

，I2及I1。例题1.8解

I＝（VA－VC）／（R1＋R2）＝[9－（－6）]／[（500＋50）

103]

＝0.1mAUAB＝VA－VB＝R2IVB＝VA－R2I

＝6－（50103)(0.110-3)

＝＋1V计算下图电路中B点的电位。例题1.9解I1＝I2＝