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文档简介

情境1直流电路的等效变换及测试任务1-1电压和电位的测量2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试1电工电子技术及应用学习内容及目标:2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试2任务1-1电压和电位的测量能力目标1、能对实际电路画出其电路模型;

2、会用万用表测量直流电压和电位。知识目标1、能说出电路的组成、各部分的作用及电路的类型;2、能说出各基本物理量的含义、单位及计算方法。请同学画出手电筒电路:

(见电路画板动画)一、电路概述2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试3(一)电路的概念、结构及作用1、电路的概念

电路指的是电流所流经的路径,就是将电气设备和元器件(用电器)按一定方式联接起来,为电荷流通提供了路径的总体。一、电路概述2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试4(一)电路的概念、结构及作用1、电路的概念图1-1-1简单电路结构电池灯泡EIRU+_负载电源2、电路的结构及作用2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试5(一)电路的概念、结构及作用电源:中间环节:负载:2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试62、电路的结构及作用(一)电路的概念、结构及作用电源:将非电能转换成电能的装置(请同学说出见过的电源的类型及特性)中间环节:把电源与负载连接起来的部分(连接导线,开关等)负载:将电能转换成非电能的用电设备(电灯,电炉,电动机)2.电路的结构及作用2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试7(请同学说出见过的电源的类型及特性)干电池:电动势=?V叠层电池:电动势=?V可充电池:电动势=?V(镍氢、镍镉、锂)铅酸蓄电池:电动势=?V变压器:电动势=?V直流稳压电源:电动势=?V发电机:电动势=?V太阳能电池:电动势=?V2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试82.电路的结构及作用(请同学说出见过的电源的类型及特性)干电池:电动势=?1.5V叠层电池:电动势=?1.5V×n可充电池:电动势=?1.2V×n

铅酸蓄电池:电动势=?2V×n

变压器:电动势=?V任意直流稳压电源:电动势=?V任意发电机:电动势=?V任意太阳能电池:电动势=?V任意2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试92.电路的结构及作用电源:

提供电能的装置负载:

取用电能的装置中间环节:传递、分配和控制电能的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线

1、实现电能的传输、分配与转换2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试10(二)电路的分类直流电源直流电源:

提供能源信号处理:放大、调谐、检波等负载信号源:

提供信息放大器扬声器话筒

电源或信号源的电压或电流称为激励,它推动电路工作;由激励所产生的电压和电流称为响应。(2)实现信号的传递与处理2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试11(二)电路的分类电路模型概念的提出:思考:手电筒的电路中产生的物理现象?例:手电筒电路

手电筒电路由电池、灯泡、开关、导线组成。电池灯泡2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试12(三)电路模型电路模型概念的提出:电流流过灯丝时,灯丝呈现出电阻性,将电能转换成热能、光能,此外,电流通过灯丝还会产生磁场,具有电感性;还会产生电场,具有电容性。如果把所有这些电磁特性全都考虑进去,会使电路的分析与计算变得非常繁琐,甚至难于进行,而从白炽灯的使用情况来看,需要我们考虑的主要是其电阻性,因此,我们引入理想化电路元件的概念。例:手电筒电路电池灯泡2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试13(三)电路模型

为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化,用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件,从而构成与实际电路相对应的电路模型。理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。1.电阻:

电路中消耗电能的理想元件2.电容:电路中储存电场能的理想元件3.电感:电路中储存磁场能的理想元件2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试14(三)电路模型1、理想化电路元件R+RoE–S+U–I电池导线灯泡开关

电池是电源元件,其参数为电动势E和内阻Ro;

灯泡主要具有消耗电能的性质,是电阻元件,其参数为电阻R;

筒体用来连接电池和灯泡,其电阻忽略不计,认为是无电阻的理想导体。

开关用来控制电路的通断。

今后分析的都是指电路模型,简称电路。在电路图中,各种电路元件都用规定的图形符号表示。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试15(三)电路模型情境1直流电路的等效变换及测试16作业1、画出以下电路的电路模型:内置动画播放需要启用所有宏情境1直流电路的等效变换及测试171、画出以下电路的电路模型:学习目标:2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试18二、电路的基本物理量学习目标能力目标1、能利用参考方向进行电压、电流的计算。2、能进行电动势、电功率的计算。知识目标1、能说出电压、电流的含义、特性、单位等。2、能说出电动势、电功率的含义及特性。态度目标1、培养学生探索知识的精神;

2、培养学生养成勤动手、动脑的好习惯。(一)电流:idqdt=……(1-1)IQt=……(1-2)

电荷有规则的定向移动形成电流。电流的大小用电流强度表征,定义式为:大小、方向均不随时间变化的稳恒直流电可表示为:2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试19二、电路的基本物理量1、电流的形成及大小(一)电流:

电流的国际单位制是安培【A】,较小的单位还有毫安【mA】和微安【μA】等,它们之间的换算关系为:1A=103mA=106μA

在电工技术分析中,仅仅指出电流的大小是不够的,还要确定其方向。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试20二、电路的基本物理量2、电流的单位电流实际方向—正电荷定向运动方的向。

实际电路中往往不知道电流的真实方向,如何分析、计算?3、电流的参考方向2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试21二、电路的基本物理量问题的提出:在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向,电路如何求解?电流方向A

B?电流方向B

A?E1ABRE2IR2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试22二、电路的基本物理量(1)在解题前先设定一个正方向,作为参考方向;(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并计算;例:IIaabb2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试23二、电路的基本物理量3、电流的参考方向若

I=5A,则电流从a流向b;例:若

I=–5A,则电流从b流向a。(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。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试24二、电路的基本物理量3、电流的参考方向abRI

对电路进行分析计算时应注意:列写电路方程式之前,首先要在电路中标出电流的参考方向。电路图上电流参考方向的标定,原则上任意假定,但一经选定,在整个分析计算过程中,这些参考方向就不允许再变更。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试25二、电路的基本物理量3、电流的参考方向直流情况下

高中物理课对电压的定义是:电场力把单位正电荷从电场中的一点移到另一点所做的功。其表达式为:注意:变量用小写字母表示,恒量用大写字母表示。电压是产生电流的根本原因。数值上,两点之间的电压等于这两点之间的电位差,即:2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试26(二)电压1、电压的形成

电压的国际单位制是伏特[V],常用的单位还有毫伏[mV]和千伏【KV】等,换算关系为:1V=103mV=10-3KV2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试272、电压的单位(二)电压电压的实际方向—由高电位端指向低电位端。电压参考方向—任选一方向为电压正方向。电压表示方法:U+-UabUabUab=-Uba2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试283、电压的方向

电工技术基础问题分析中,通常规定电压的正方向由高电位指向低电位,因此电压又称作电压降。(二)电压

注意:列写电路方程式之前,首先要在电路中标出电压的参考方向。电路图上电压参考方向的标定,原则上任意假定,但一经选定,在整个分析计算过程中,这些参考方向就不允许再变更。a元件+U-ba元件+U-bU=5VU=-5VU=-5V2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试293、电压的方向(二)电压实际方向与参考方向一致,电压值为正值;实际方向与参考方向相反,电压值为负值。注意:在参考方向选定后,电压值才有正负之分。例:abRU+–若U=5V,则电压的实际方向为从a指向b;若U=–5V,则电压的实际方向为从b指向a。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试303、电压的方向(二)电压aI电源元件+U-b非关联参考方向U与I方向不一致aI负载元件+U-b关联参考方向U与I方向一致

实际电源上的电压、电流真实方向总是非关联的,实际负载上的电压、电流方向是关联的。因此,假定某元件是电源时,应选取非关联参考方向,假定某元件是负载应选取关联参考方向。情境1直流电路的等效变换及测试314、关联(非关联)参考方向(二)电压电工电子技术及应用U、I参考方向关联时,U、I参考方向非关联时,RU+–IRU+–I

表达式中有两套正负号:①式前的正负号由U、I

参考方向的关系确定;②U、I

值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。

通常取

U、I

参考方向相同。U=IR

U=–IR情境1直流电路的等效变换及测试32(二)电压5、欧姆定律应用注意事项电工电子技术及应用解:对图(a)有,U=IR,例:应用欧姆定律对下图电路列出式子,并求电阻R。对图(b)有,U=–IR,RU=6V+–2AR+–U=6VI(a)(b)I–2A情境1直流电路的等效变换及测试33(二)电压5、欧姆定律应用注意事项电工电子技术及应用情境1直流电路的等效变换及测试34(二)电压5、欧姆定律应用注意事项电工电子技术及应用思考回答1.在电路分析中,引入参考方向的目的是什么?2.应用参考方向时,你能说明“正、负”、“加、减”及“相同、相反”这几对词的不同之处吗?

电路分析中引入参考方向的目的是:为分析和计算电路提供方便和依据。

应用参考方向时,“正、负”是指在参考方向下,电压、电流数值前面的正负号,如某电流为“-5A”,说明其实际方向与参考方向相反,某电压为“+100V”,说明该电压实际方向与参考方向一致;“加、减”指参考方向下电路方程式中各量前面的加、减号;“相同”是指电压、电流为关联参考方向,“相反”指的是电压、电流参考方向非关联。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试352025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试36二、电路的基本物理量(四)电源的电动势:

电动势是衡量电源内部的电源力对电荷做功能力的物理量。

电动势E在数值上等于电源力把单位正电荷从电源负极经过电源内部到达正极所做的功。单位:伏「特」(V)。1、电动势的物理意义:2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试37二、电路的基本物理量(四)电源的电动势:电动势的方向—电位升高的方向(实际方向)。电动势的参考方向—任选一方向为电动势的正方向。3、电动势和电源端电压的关系:EU电压与电动势规定正方向相反时E=UEU电压与电动势规定正方向相同时E=-U2、电动势的方向:

电功率反映了电路元器件能量转换的本领。如100W的电灯表明在1秒钟内该灯可将100J的电能转换成光能和热能;电机1000W表明它在一秒钟内可将1000J的电能转换成机械能。

电工技术中,单位时间内电流所作的功称为电功率。电功率用“P”表示:国际单位制:U【V】,I【A】,电功率P用瓦特【W】

用电器额定工作时的电压叫额定电压,额定电压下的电功率称为额定功率;额定功率通常标示在电器设备的铭牌数据上,作为用电器正常工作条件下的最高限值。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试38二、电路的基本物理量(五)电功率:2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试39二、电路的基本物理量(五)电功率:右下图电路,若已知元件吸收功率为-20W,电压U=5V,求电流I。+UI元件

分析:由图可知UI为关联参考方向,因此:I为负值,说明它的实际方向与图上标示的参考方向相反,是电源。例1:2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试40二、电路的基本物理量(五)电功率:右下图电路,若已知元件中电流为I=-100A,电压U=10V,求电功率P,并说明元件是电源还是负载。+UI元件

解:UI非关联参考,因此:元件吸收正功率,说明元件是负载。例2:

日常生产和生活中,电能(或电功)也常用度作为量纲:1度=1KW•h=1KV•A•h

电能的转换是在电流做功的过程中进行的。因此,电流做功所消耗电能的多少可以用电功来量度。电功:式中单位:U【V】;I【A】;t【s】时,电功W为焦耳【J】1度电的概念1000W的电炉加热1小时;100W的电灯照明10小时;40W的电灯照明25小时。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试41二、电路的基本物理量(六)电能:1、某用电器的额定值为“220V,100W”,此电器正常工作10小时,消耗多少焦耳电能?合多少度电?2、一只标有“220V,60W”的电灯,当其两端电压为多少伏时电灯能正常发光?正常发光时电灯的电功率是多少?若加在灯两端的电压仅有110伏时,该灯的实际功率为多少瓦?额定功率有变化吗?3600000J,1度电220V,60W;15W,不变。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试42思考回答电路由哪几部分组成?试述电路的功能?为何要引入参考方向?参考方向和实际方向有何联系与区别?何谓电路模型?理想电路元件与实际元器件有何不同?如何判断元件是电源还是负载?

学好本课程,应注意抓好四个主要环节:提前预习、认真听课、及时复习、独立作业。还要处理好三个基本关系:听课与笔记、作业与复习、自学与互学。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试43检验学习结果作业1、复习电路的各基本物理量特性及参考方向的应用。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试44二、电路的基本物理量1、电阻的串联:ababR1R2RnR思考:

1、串联的实质是什么?

2、串联电路有什么特点?2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试45三、电阻串、并联及混联电路的简化ababR1R2RnRR=R1+R2+……+Rn=分压作用:2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试46三、电阻串、并联及混联电路的简化1、电阻的串联:1、两个40W/220V的灯泡串接在220V的电路中,灯泡中通过的电流是多少安?两个灯泡的功率各是多少W?这种接法对灯泡有什么影响?2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试47三、电阻串、并联及混联电路的简化1、电阻的串联:思考与练习2、两个灯泡(40W/220V、15W/220V

)串接在220V的电路中,灯泡中通过的电流是多少安?两个灯泡的功率各是多少W?2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试48三、电阻串、并联及混联电路的简化1、电阻的串联:思考与练习3、两个电阻R1

、R2,阻值之比为1:2,串接在回路中,问功率之比为多少?R1R2Rn……I1I2InR思考:

1、并联的实质是什么?

2、并联电路有什么特点?2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试49三、电阻串、并联及混联电路的简化2、电阻的并联:R1R2Rn……I1I2InR电阻并联用“//

”表示,如:R1//R22025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试50三、电阻串、并联及混联电路的简化2、电阻的并联:1、两个40W/220V的灯泡并接在220V的电路中,灯泡中通过的电流各是多少安?两个灯泡的功率各是多少W?2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试51三、电阻串、并联及混联电路的简化2、电阻的并联:思考与练习2、两个电阻R1

、R2,阻值之比为1:2,并接在回路中,问功率之比为多少?2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试52三、电阻串、并联及混联电路的简化2、电阻的并联:思考与练习3、两个(40W/220V、15W/220V

)的灯泡并接在220V的电路中,灯泡中通过的电流是多少安?两个灯泡的功率各是多少W?(1)求ab两点间的等效电阻Rab。2Ω2Ω2Ω2Ω2ΩabRab2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试53三、电阻串、并联及混联电路的简化3、混联电路的简化:思考与练习2Ω3ΩabRab1Ω1Ω2Ω2Ω2Ω(2)求ab两点间的等效电阻Rab。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试54三、电阻串、并联及混联电路的简化思考与练习3、混联电路的简化:(3)分别求出开关S打开和闭合时电路等效电阻Rab

。1Ω1Ω1Ω1ΩabRab1Ω1ΩS2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试55三、电阻串、并联及混联电路的简化思考与练习3、混联电路的简化:(4)求电路等效电阻Rab=?3Ωb3Ωa3Ω2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试56三、电阻串、并联及混联电路的简化思考与练习3、混联电路的简化:abR4R3R1R2(5)电路等效电阻Rab=?2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试57三、电阻串、并联及混联电路的简化思考与练习3、混联电路的简化:abRRRR(6)电路等效电阻Rab=?2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试58三、电阻串、并联及混联电路的简化思考与练习3、混联电路的简化:abRRRR(7)电路等效电阻Rab=?2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试59三、电阻串、并联及混联电路的简化思考与练习3、混联电路的简化:思考:1、电路可能会出现的工作状态?电源负载实体电路中间环节电路模型负载电源开关连接导线SRL+

U–IUS+_R02025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试60四、电路的各种状态及计算电路模型SRL+

U–IUS+_R02025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试61思考:1、电路可能会出现的工作状态?有载工作四、电路的各种状态及计算电路模型SRL+

U–IUS+_R02025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试62思考:1、电路可能会出现的工作状态?开路四、电路的各种状态及计算电路模型SRL+

U–IUS+_R02025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试63思考:1、电路可能会出现的工作状态?短路四、电路的各种状态及计算1、电源有载工作:电路特征:

I=?

U=?(1)电路特征:+_IRUESR0ab2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试64四、电路的各种状态及计算I=E/(R0+R)U=IR=E–IR0IU=IE–I2R0P=PE-△P将上式乘以I,得上式表明:当R变化时,电源端电压变化不大,则此电源带负载的能力强。当R>>R0时U≈E+_IRUESR0ab2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试651、电源有载工作:(1)电路特征:四、电路的各种状态及计算电源的外特性曲线

表示电源端电压与输出电流之间的关系曲线,称为外特性曲线。U=IR=E–IR0IU0EIR02025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试661、电源有载工作:(1)电路特征:四、电路的各种状态及计算

电源的发出功率=负载的取用功率+电源内阻上的消耗功率P

----电源输出的功率PE

----电源产生的功率∆P

----电源内阻上消耗的功率IUE+_RabSR02025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试671、电源有载工作:(1)电路特征:四、电路的各种状态及计算在U、I正方向选择一致的前提下:

IRUab或IRUab“吸收功率”(负载)“发出功率”(电源)若P=UI

0若P=UI

0电源与负载的判别:2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试681、电源有载工作:四、电路的各种状态及计算

当计算的P>0

时,则说明U、I

的参考方向与实际方向全部相同或相反,此部分电路消耗电功率,为负载。功率性质判断:

当计算的P<0

时,为电源。①如果假设U、I

正方向一致(关联)。②电源有时发出功率,有时消耗功率(如充电,实际已变成负载)。当计算的电源功率PE>0

时,则电源消耗功率,为负载;当计算的电源功率PE<0

时,则电源发出功率,为电源.2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试691、电源有载工作:四、电路的各种状态及计算功率性质判断:③如果假设U、I

正方向不一致(非关联)。一、电源有载工作:2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试70

当计算的P>0

时,为电源。

当计算的P<0

时,为负载。四、电路的各种状态及计算例IUU=10VI=-1A电路IUU=-10VI=1A电路IUU=10VI=1A电路U、I关联,P=UI=-10W<0,发出功率,是电源。

非关联,P=UI=-10W<0,消耗功率,是负载。非关联,P=UI=10W>0,发出功率,是电源。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试71四、电路的各种状态及计算(3)额定值与实际值:

额定值:制造厂为了使电子设备能在给定的工作条件下正常运行而规定的正常允许值。UN、IN、PN

使用时,电压、电流、功率的实际值不一定等于额定值。I>IN过载I<IN轻载I=IN额定工作状态2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试72四、电路的各种状态及计算2、开路(断路或空载):电路特征:I=?U=?U0=?PE=P=?I=0+_RUEabSU0R02025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试73四、电路的各种状态及计算开关S断开时,外电路的电阻无穷大,电流为零,电源的端电压U0等于电源电动势E。电路特征:I=0U=0,U0=EPE=P=0I=0+_RUEabSU0R0(其中:PE=EI、P=UI)2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试742、开路(断路或空载):四、电路的各种状态及计算3、短路:U=?I=?短路电流电路特征:+-E+-0RUIsI=0+_RUEabSR0当R00时,Is?思考:电路有什么后果?IS2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试75四、电路的各种状态及计算U=0I=0短路电流电路特征:+-E+-0RUIsI=0+_RUEabSR0当R00时,Is∞(烧毁电源)。注意:电压源不允许短路!2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试763、短路:四、电路的各种状态及计算学习小结:●●●2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试77四、电路的各种状态及计算

情境1直流电路的等效变换及测试任务1-1电压和电位的测量2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试78电工电子技术及应用五、电位的概念及计算

音频接受器

引入新课

?2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试79

在电路调试和维修时,经常要对某一点的电位进行测试,只有当其处于合理范围之内时,电路才能正常工作。

引入新课测量接口如何测量该点的电位呢?2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试80学习内容及目标:学习目标能力目标1、会计算电路中某点的电位;2、能用万用表测量电路的电压和电位。知识目标1、能说出电位的含义、电压与电位的关系;2、能说出万用表使用注意事项。情感目标1、培养学生严谨求实态度和科学研究兴趣。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试81五、电位的概念及计算学习重点及难点:学习重点1、电压和电位的测量。学习难点1、电位的计算及测量。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试82五、电位的概念及计算Va=+5V

b点电位:ab1

5Aab1

5A例例1、电位的概念:

电位--就是电路中某点到参考点的电压,电压用双下标,而电位则用单下标,电位的单位和电压相同。

将b点作为参考点,用“接地”符号表示。Vb=-5V

b点电位:Vb=0VVa=0VUab=+5V

电位具有相对性,规定参考点的电位为零电位。相对于参考点较高的电位呈正电位,较参考点低的电位呈负电位。

a点电位:Uab=+5V2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试83

a点电位:五、电位的概念及计算ab1

5A

如改变参考点,①则电路中各点的电位是否改变?②每一个元件上的电压是否改变?2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试84思考五、电位的概念及计算

分别以A、B为参考点计算C和D点的电位及UCD。10V2

+–5V+–3

BCDIA

解以A点为参考点时:3+210+5I==3AVC=3

3=9VVD=

3

2=–6VUCD=?以B点为参考点时:VD=–5VVC=10VUCD=VC–VD=15V例1IVC

VD=15V??????2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试852、电位的计算:五、电位的概念及计算电路中某一点的电位等于该点到参考点的电压;电路中各点的电位随参考点改变而改变,但是任意两点间的电压不变。结论2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试86五、电位的概念及计算求开关S打开和闭合时a点的电位值。-12V6KΩ4KΩ20KΩ+12VSbadc例22、电位的计算:五、电位的概念及计算+-12V

解画出S打开时的等效电路:baS6KΩ4KΩc20KΩ+-12V

显然,开关S打开时相当于一个闭合的全电路,a点电位为:d例22025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试882、电位的计算:五、电位的概念及计算S闭合时的等效电路:6KΩ4KΩ20KΩ+-12V+-12VbacS闭合时,a点电位只与右回路有关,其值为:d2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试89

解例22、电位的计算:五、电位的概念及计算1、计算图中A点的电位。A+12V24Ω36Ω12Ω-24VI2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试90作业五、电位的概念及计算

情境1直流电路的等效变换及测试任务1-1电压和电位的测量2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试91电工电子技术及应用万用表的使用情境1直流电路的等效变换及测试921-1-6、万用表的使用—简介情境1直流电路的等效变换及测试931-1-6、万用表的使用—面板1、概述:万用表又称多用表,用来测量直流电流、直流电压和交流电流、交流电压、电阻

等参数。万用表主要由指示部分、测量电路、转换装置三部分组成。常用的指针式万用表的外形如右图所示。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试94一、万用表的使用1、概述:数字万用表还可以用来测量电容、电感以及晶体二极管、三极管的某些参数。常用的数字万用表的外形如右图所示。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试95一、万用表的使用2、使用注意事项:

①进行测量前,先检查红、黑表笔连接的位置是否正确。红表笔接到红色接线柱或标有“十”号的插孔内,黑表笔接到黑色接线柱或标有“

-

”号、“COM”的插孔内。指针式万用表的表笔不能接反,否则在测量直流电量时会使指针反转,可能损坏表头部件。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试96一、万用表的使用2、使用注意事项:②在表笔连接被测电路之前,一定要查看所选档位与测量对象是否相符。

误用档位和量程,不仅得不到测量结果,而且还会损坏万用表。万用表损坏往往就是上述原因造成的。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试97一、万用表的使用2、使用注意事项:③测量时,须用右手握住两支表笔,手指不要触及表笔的金属部分和被测元器件。④测量中若需转换量程,必须在表笔离开电路后才能进行,否则选择开关转动产生的电弧易烧坏选择开关的触点,出现接触不良。⑤在实际测量中,经常要测多种电量,每一次测量前要注意根据测量任务把选择开关转换到相应的档位和量程。

2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试98一、万用表的使用3、万用表的使用:3.1调整零点

指针式万用表在测量时,应注意水平放置,表头指针应处于交直流档标尺的零刻度线上,否则读数会有较大的误差。若不在零位,应通过机械调零的方法(即用小螺丝刀调整表头下方机械调零螺钉)使指针回到零位。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试99一、万用表的使用3.2测量直流电压将选择开关旋到直流电压档相应的量程上。测量电压时,需将表并联在被测电路上,并注意极性。如果不知被测电压的极性和大致数值,需将选择开关旋至直流电压档最高量程上,并进行试探测量(对指针式万用表:如果指针不动则说明表笔接反;若指针顺时旋转,则表示表笔极性正确)然后再调整极性和合适的量程,测量方法如右图所示。

2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试100一、万用表的使用3.2测量直流电压对数字式万用表:a、如果示数出现“–”,说明表笔接反;b、量程过小;C、量程过大:2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试101一、万用表的使用3.2测量直流电压:d、量程逐级减小时:

讨论:量程选择对测量结果的影响?

2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试102一、万用表的使用3.2测量直流电压–指针式万用表读数2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试103一、万用表的使用情境1直流电路的等效变换及测试104二、测试操作—用万用表测电阻情境1直流电路的等效变换及测试105二、测试操作—用万用表交流电压情境1直流电路的等效变换及测试106二、测试操作—用万用表直流电压情境1直流电路的等效变换及测试107二、测试操作—用万用表直流电流1、电路图:2、所需器材:万用表、电阻两只、直流稳压电源、导线若干。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试108二、测试操作3、操作步骤:(1)按图2-1接好电路,检查无误后,接通电源;(2)将稳压电源输出电压调至(3)分别以A、O、B点为参考点,用直流电压表分别测其它两点的电位,记录表2-1中;(4)根据测量值,计算出、、、、的电压,填入表2-1中。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试109二、测试操作、、表2-1电压、电位的测量(单位:V)参考点的选择以A为参考点以O为参考点以B为参考点2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试110二、测试操作、、4、思考:(1)参考点选择的不同,电路中各点的电位是否发生变化?电压是否发生变化?(2)分析误差产生的原因?2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试111二、测试操作学习小结:●电位的概念及计算方法;●万用表使用注意事项;●用万用表测电压、电位的方法。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试112

情境1直流电路的等效变换及测试任务1-2

实际电压源与电流源的等效变换2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试113电工电子技术及应用任务1-2实际电压源与电流源的等效变换2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试114能力目标1、能应用实际电压源与电流源的等效变换简化电路计算;

2、能应用全电路欧姆定律进行电路参数计算。知识目标1、能说出电压源、电流源的特性;2、能说出实际电压源与电流源的等效变换的方法;3、能说出全电路欧姆定律的内容及应用方法。学习目标:定义:能够独立产生电压的电路元件。

理想电压源电压源分为:实际电压源{2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试115一、电压源:任务1-2实际电压源与电流源的等效变换1.理想电压源(恒压源):RO=0时的电压源.特点(3)电源中的电流由外电路决定。IE+_abUab伏安特性IUabE(2)电源内阻为“RO=0”。(1)理想电压源的端电压恒定。(4)理想电压源不能短路,不能并联使用。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试116一、电压源恒压源中的电流由外电路决定:设:E=10VIE+_abUab2

R1当R1R2

同时接入时:I=10AR2=

2

当R1接入时:I=5A则:2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试1171.理想电压源(恒压源):一、电压源恒压源特性中不变的是:_____________E恒压源特性中变化的是:_____________I_________________会引起I的变化。外电路的改变I的变化可能是_______的变化,或者是_______的变化。大小方向+_I恒压源特性小结EUababR2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试118伏安特性电压源模型Ro越大斜率越大2.实际电压源UIRO+-EIUEIRO2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试119一、电压源1.理想电流源(恒流源):

RO=

时的电流源.(1)输出电流恒定。abIUabIsIUabIS伏安特性(3)输出电压由外电路决定。(2)理想电流源内阻为无穷大(RO=

)。(4)理想电流源不能开路,不能串联使用。二、电流源2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试120特点恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设:IS=1AR=10

时,R=1

时,则:例U=10

V

U=1

V2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试1211.理想电流源(恒流源)二、电流源2、实际电流源ISROabUabIIsUabI外特性

电流源模型RORO越大特性越陡2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试122二、电流源恒流源特性小结恒流源特性中不变的是:_________Is恒流源特性中变化的是:_________Uab_______________会引起Uab

的变化。外电路的改变Uab的变化可能是_______的变化,或者是_______的变化。大小方向恒流源两端可否被短路?

abIUabIsR2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试123恒流源举例IcIbUce

当Ib

确定后,Ic

就基本确定了。在IC

基本恒定的范围内,Ic

可视为恒流源(电路元件的抽象)。晶体三极管cebIb+-E+-UceIc2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试124电压源中的电流如何决定?电流源两端的电压等于多少?例I原则:Is不能变,E不能变。电压源中的电流I=IS恒流源两端的电压ER_+abUab=?Is2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试1251、理想电源串联、并联的化简电压源串联:电流源并联:(电压源不能并联)(电流源不能串联)三、两种电源模型的等效变换2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试126等效互换的条件:对外的电压电流相等(外特性相等)。IRO+-EbaUabUab'ISabI'RO'2、实际电压源与实际电流源的等效变换必须:必须:2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试127三、两种电源模型的等效变换aE+-bIUabRO电压源电流源Uab'RO'IsabI'2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试128三、两种电源模型的等效变换4、等效变换的注意事项(1)“等效”是指“对外”等效(等效互换前后对外伏--安特性一致),对内不等效。时例如:IsaRO'bUab'I'RLaE+-bIUabRORLRO中不消耗能量RO'中则消耗能量对内不等效对外等效RL=∞2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试129(2)注意转换前后E

与Is

的方向相同aE+-bIROE+-bIROaIsaRO'bI'aIsRO'bI'2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试130(3)恒压源和恒流源不能等效互换abI'Uab'IsaE+-bI(等效互换关系不存在)2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试131(4)理想电源之间的等效电路aE+-baE+-bRO与理想电压源并联的元件可去掉aE+-bIs2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试132aE+-bIsIsababRIs与理想电流源串联的元件可去掉2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试133(4)理想电源之间的等效电路R1R3IsR2R5R4I3I1I应用举例-+IsR1E1+-R3R2R5R4IE3I=?2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试134(接上页)IsR5R4IR1//R2//R3I1+I3R5R1R3IsR2R4I3I1I2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试135应用举例+RdEd+R4E4R5I--(接上页)ISR5R4IR1//R2//R3I1+I32025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试136应用举例10V+-2A2

I讨论题哪个答案对???

2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试137练习试用电压源与电流源等效变换的方法计算2

电阻中的电流。解:6V3

+–+–12V2A6

1

1

2

I(a)2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试138

试用电压源与电流源等效变换的方法计算2

电阻中的电流。解:–8V+–2

2V+2

I(d)2

由图(d)可得2A3

1

2

2V+–I2A6

1

(b)4A2

2

2

2V+–I(c)6V3

+–+–12V2A6

1

1

2

I(a)2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试139全电路欧姆定律思考:电动势E1、E2正负号如何确定?+-E2R2+-R3R1E1I2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试140按照电流I的方向绕行,电位升高为正,降低为负。

情境1直流电路的等效变换及测试任务1-3

基尔霍夫定律验证测试2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试141电工电子技术及应用学习内容及目标:学习目标能力目标1、能够利用基尔霍夫定律进行参数计算;2、教给学生研究问题的方法,提高学生分析和解决问题的能力。知识目标1、能说出支路、节点、回路、网孔等分析复杂电路的常用术语的含义。2、能说出基尔霍夫定律的内容。情感目标1、培养学生严谨求实态度和科学研究兴趣。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试142任务1-3

基尔霍夫定律验证测试学习重点及难点学习重点1、基尔霍夫定律的内容及应用。学习难点1、应用基尔霍夫定律列节点及回路方程。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试143观察思考:右边2个电路有何区别,如何求解各条支路的电流?R1E1E2R2R3R1ER2R3

引入新课思考2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试144简单电路:一个电源和多个电阻组成的电路,可以用电阻的串、并联简化计算。复杂电路:两个以上的有电源的支路组成的多回路电路不能运用电阻的串、并联计算方法简化成一个单回路电路。

引入新课R1E1E2R2R3R1ER2R32025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试145复杂电路:两个以上的有电源的支路组成的多回路电路不能运用电阻的串、并联计算方法简化成一个单回路电路。

引入新课R1E1E2R2R3提出问题:如何计算复杂电路的参数呢?解决问题:利用基尔霍夫定律可解决此类问题。

思考2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试146复杂电路:

引入新课解决问题:利用基尔霍夫定律可解决此类问题。

3A10A5A10A2AI1I2AB2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试147发现背景:基尔霍夫定律是求解复杂电路的电学基本定律。从19世纪40年代,由于电气技术发展的十分迅速,电路变得愈来愈复杂。某些电路呈现出网络形状,并且网络中还存在一些由3条或3条以上支路形成的交点(节点)。这种复杂电路不是串、并联电路的公式所能解决的,刚从德国哥尼斯堡大学毕业,年仅21岁的基尔霍夫在他的第1篇论文中提出了适用于这种网络状电路计算的两个定律,即著名的基尔霍夫定律。该定律能够迅速地求解任何复杂电路,从而成功地解决了这个阻碍电气技术发展的难题。基尔霍夫(kirchhoff)简介

基尔霍夫(1824-1887)是德国著名物理学家,化学家,天文家。他在21岁上大学期间得出基尔霍夫定律,其后与一位化学家共同创立光谱分析学,贡献卓著。背景介绍2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试148电路中的各个分支(流过同一电流)。电路中三条或三条以上支路的连接点。电路中任一闭合路径。回路内部不含有支路的回路。1、支路2、节点3、回路4、网孔复杂电路的几个基本概念2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试1491、图示电路有几条支路,几个节点,几个回路,几个网孔?返回E1R1R4R5R2E2R3R2E2E1R1R3R5R43条支路2个节点3个回路2个网孔试一试,我能行2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试1502、图示电路有几条支路、几个节点、几个回路?支路?节点?5条支路4个节点节点?R5E2R1R2R4E3R3E1E4R1E1E2R2E3R3R4E4R5试一试,我能行6个回路2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试151ΣII=ΣIO其中:I---In;O--OutI1I3I2I4a对节点a列KCL方程例1I1=I2+I3+I4二、基尔霍夫定律的内容2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试152基尔霍夫电流定律,简称KCL,又称节点电流定律。内容:在任意瞬间,流入任一节点的电流总和等于从该节点流出的电流总和。电荷守恒和电流连续性的体现。注意事项

KCL方程是按电流参考方向列写,与电流实际方向无关。

KCL是对支路电流加的约束,与支路上接的是什么元件无关,与电路是线性还是非线性无关。二、基尔霍夫定律的内容实质2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试153bE1E2R1R2I1I2I3I1I3I2R3对a、b两节点,列KCL方程a对a节点列KCL方程对b节点列KCL方程I1=I2+I3I2+I3=I1思考:对于电路有两个节点的可以列几个独立的KCL方程?2-1=1个三、基尔霍夫定律的应用2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试154

电流定律可以推广应用于部分电路的任一假设的闭合面(广义节点)。I=?例1:广义节点I=0IA+IB=

IC2

+_+_I5

1

1

5

6V12V例2:返回ICABCIAIBRRR基尔霍夫电流定律的推广应用推广应用2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试155I1I2(a)I(b)(c)II1=I2I=0I=0N1N2N1N2N试一试,我能行2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试156I1+I2=I32、判断电路中电流之间的关系E1E2R1R2R5R4R3I1I2I3A由节点A可知

结论思考1.电路中I1和I2的关系:I1+I2=02.若一条导线断开:I1=0生活常识:电工维修时,要与地面绝缘,且尽量单手操作从电路右端可得试一试,我能行A电路B电路I1I22025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试157例:求电路中的电流I1和I23A10A5A10A2AI1I2分析:电路中有两个节点,为A、BABI1为节点A一支路电流,其它支路电流已知I2为节点B一支路电流,其它支路电流已知可以利用基尔霍夫电流定律求解解:对节点A:I1=3A+10A+5A对节点B:5A=I2+2A+10A=18A整理:I2=5A-2A-10A=-7AI1的方向与参考方向相同I2的实际方向是向下的一、基尔霍夫电流定律的应用2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试1581、求图示电路电流I:abcd解法1.根据基尔霍夫电流定律的推广,列KCL方程:18+7=I+1I=24A试一试,我能行2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试1591、求图示电路电流I:3A10A14A24Aabcd解法2.对a节点列KCL方程,Ia=3A,方向从节点a流出。对b节点列KCL方程,Ib=10A,方向从节点b流出。对c节点列KCL方程,Ic=14A,方向从节点c流出。对d节点列KCL方程,Id=24A,方向从节点d流出。试一试,我能行2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试160(1)KCL是对支路电流加的约束,与支路上接的是什么元件无关,与电路是线性还是非线性无关。(2)KCL方程是按电流参考方向列写,与电流实际方向无关。1、电路结构术语;2、基尔霍夫电流定律的内容及应用;学习小结:3、基尔霍夫电流定律的应用注意事项:2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试161二、基尔霍夫电压定律(KVL定律)1.定律的内容:

在任一瞬间,沿任一回路循行一周,则回路中各元件电位升之和等于电位降之和。对回路1:对回路2:

E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112

即:

U升=

U降2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试1621.列方程前标注回路循行方向;

电位升=电位降

E2=UBE+I2R22.开口电压可按回路处理。

注意:对回路1:1E1UBEE+B+–R1+–E2R2I2_2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试163二、基尔霍夫电压定律(KVL定律)求:I1、I2

、I3

能否很快说出结果?1

++--3V4V1

1

+-5VI1I2I3例12025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试164二、基尔霍夫电压定律(KVL定律)

情境1直流电路的等效变换及测试任务1-4

叠加定理验证测试2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试165电工电子技术及应用学习内容及目标:2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试166能力目标1、能应用叠加定理进行电路分析、计算。知识目标1、能说出叠加定理的内容;2、能说出应用叠加定理计算电路参数的方法。任务1-4叠加定理验证测试

在多个电源同时作用的线性电路中,任何支路的电流或任意两点间的电压,都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。

2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试167叠加定理内容:任务1-4叠加定理验证测试电路如右图所示,求电压U和电流I

。+-10

I4A20V10

10

U2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试168任务任务1-4叠加定理验证测试

U、I由两个电源共同作用产生,思考:是否可以单独计算每个电源产生的电压、电流然后求代数和?+-10

I4A20V10

10

U2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试169任务1-4叠加定理验证测试分析电流源单独作用:让电压源值为0,如何处理?

I´=?

U´=?+-10

I4A20V10

10

U10

I´4A10

10

2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试170任务1-4叠加定理验证测试+-10

I"20V10

10

电压源单独作用:让电流源值为0,如何处理?

I"

=?

U"=?+-10

I4A20V10

10

U2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试171任务1-4叠加定理验证测试两电源共同作用:

I

=I´+I"=U=U´+U"=+-10

I4A20V10

10

U2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试172任务1-4叠加定理验证测试

应用叠加定理要注意的问题1.叠加定理只适用于线性电路(电路参数不随电压、电流的变化而改变)。分解电路时只需保留一个电源,其余电源“除源”:即将恒压源短路,即令E=0;恒流源开路,即令Is=0。电路的其余结构和参数不变,3.解题时要标明各支路电流、电压的正方向。原电路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电流的代数和。=+2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试173应用叠加定理要注意的问题4.叠加原理只能用于电压或电流的计算,不能用来求功率。=+5.运用叠加定理时也可以把电源分组求解,每个分电路的电源个数可能不止一个。2025/1/14情境1直流电路的等效变换及测试174应用叠加定理要注意的问题练习1、用叠加定理求解图示电路中的各支路电流。设US1=30V,US2=40

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