《电工技术基础与技能》课件 单元三 简单直流电路

单元三简单直流电路目录页CONTENTPAGE部分电路欧姆定律1电能与电功率2电阻串联电路3电阻并联电路4电阻混联电路5闭合电路欧姆定律6单元三简单直流电路学习目标1.理解伏安法测电阻的原理，会用伏安法测量电阻；2.掌握欧姆定律，能熟练利用欧姆定律进行电压、电流计算；3.了解线性电阻和非线性电阻的区别，能列举其典型应用实例；4.理解电能和电功率的概念以及联系和区别，会计算电能和电功率。5.理解电阻串联、并联电路的作用及典型应用；6.会计算串联、并联和混联电路的电压、电流、功率和等效电阻；7.会连接电阻串联、并联电路，并能进行测试分析；8.理解电动势的概念及其参考方向的意义；9.掌握闭合电路电流和电动势的关系及闭合电路欧姆定律；10.能说出电源输出功率随负载电阻变化的规律；11.会表述阻抗匹配的意义及应用，能使用电工仪表估测电源的电动势。1.学习科学家勇于探究的科学态度和坚持不懈的精神。2.很多工程问题可以通过等效变换解决，要善于尝试不同视角看问题。育人目标单元三概述单元三简单直流电路知识体系单元三概述3.1部分电路欧姆定律3.1.1部分电路欧姆定律实践导入在上一单元中，介绍过万用表直接测量电阻，如果在电阻两端加上一定的电压，电路中就会有电流通过，电阻两端的电流与所加电压有什么关系呢？观察电阻伏安特性探究的实验，调节滑动变阻器，记录电压表和电流表读数变化的规律。图3-1-1电阻伏安特性探究电路

3.1部分电路欧姆定律3.1.1部分电路欧姆定律实践结论当电阻两端电压表的读数变化时，电流表的读数也随之变化。电阻两端的电压与流过电阻电流的比值近似相等，接近电阻的实际值R。序号12345电压(V)

电流(A)

表3-1电阻伏安特性的探究记录表3.1部分电路欧姆定律3.1.1部分电路欧姆定律

通过实验探究，可以发现：在同一电路中，通过某一导体的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比，这就是部分电路欧姆定律。

根据上面的表述，如果用I表示通过导体的电流，U表示导体两端的电压，R表示导体的电阻，则部分电路欧姆定律用表达式表示为：

或

式中，电流I的单位为安（A）、电压U的单位为伏（V）、电阻R的单位为欧（Ω）。3.1部分电路欧姆定律3.1.1部分电路欧姆定律经典例题【例题3-1】有一个电阻，两端加上5V电压时，电流为1A；当两端加上10V电压时，电流是多少？【问题解析】本题考查的知识点为欧姆定律。由欧姆定律可知，通过导体的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比，要求出电流，需要知道电压和电阻的值，根据题干条件，电压的值是已知的，因此，可以先根据第一次测量时电压和电流的值算出电阻的大小，然后再根据第二次电压大小和电阻值求出电流。3.1部分电路欧姆定律3.1.1部分电路欧姆定律经典例题【例题3-1】有一个电阻，两端加上5V电压时，电流为1A；当两端加上10V电压时，电流是多少？

3.1部分电路欧姆定律3.1.2线性电阻和非线性电阻一、伏安特性曲线

研究电路时，首先要了解各种电路元件（如电阻）的特性。电阻的电流与电压的关系曲线叫做伏安特性曲线。

电阻元件的伏安特性曲线为一条过原点的直线。

图3-1-2电阻的伏安特性曲线3.1部分电路欧姆定律3.1.2线性电阻和非线性电阻二、线性电阻与非线性电阻伏安特性曲线为直线的电阻叫线性电阻。只由线性电阻组成的电路叫线性电路。需要注意，欧姆定律的成立是有条件的，只对线性电路适用。如果伏安特性曲线不是直线，就是非线性电阻，如热敏电阻、光敏电阻、二极管和三极管等。通常所说的电阻，如不作特殊说明，均指线性电阻。3.2电能与电功率实践导入生活中家用电器通电时会将电能转换成其他各种能量，这要消耗多少电能？每个月的电费是怎么计数缴费的呢？（a）灯泡

（b）电热水壶铭牌

（c)电表图3-2-13.2电能与电功率1.灯泡上的标识是

，其中数字是

V和

W。2.电水壶后面的铭牌

，其中额定电压为

，额定功率为

。3.电表是记录

的仪表，单位是

，数字代表

。实践步骤3.2电能与电功率

在日常生活中，推动物体、举起重物时力会对物体做功，而电流流过灯泡，灯泡会发光；电流流过电水壶，电水壶会发热。这些电器所产生的各种能量（光能、热能等）是通过电流做功来形成的。所以在电场力作用下，电荷定向移动形成电流所做的功就称为电功，也称为电能。

式中电功用W表示，单位是焦耳（J）；电压U的单位是伏特（V）；电流I的单位是安培（A）；时间t的单位是秒（s）。一、电能3.2电能与电功率

在实际应用中，电能常用千瓦时（俗称度）为单位，符号是kWh。焦耳与度的换算关系：1kWh=3.6

106J。1kWh可以这样理解：

一只电功率为1000W的灯泡连续使用1h（小时），消耗的电功为1kWh，即消耗了1度电。

常用的电表就是测量电功的仪表，上面的数据就以“度”为单位，代表了用电量的大小。3.2电能与电功率

不同瓦数的灯泡接在同样的电压上，结果产生的亮度不一样，说明电功是不同的。

为了衡量用电器做功能力，引入电功率的概念，电流在单位时间内所做的功叫做电功率，用P表示，电功率是描述电流做功快慢的物理量。

如果在时间t内，电流通过导体所做的功为W，那么电功率为

式中电功率P的单位是瓦特（W）；电能W的单位是焦耳（J）；电流做功所用的时间t，单位是秒（s）。二、电功率3.2电能与电功率

电功率的公式还可以写成

可见，一段电路上的功率与这段电路上的电压和电流成正比。为了保证电气设备和电路元件能够长期安全地工作，一般规定了额定电压、额定电流、额定功率等铭牌参数。在实际电路中，要注意实际功率和额定功率的区别。额定功率是电器在额定工作状态下的功率，而实际功率是电器在电路中实际损耗的功率，只有在额定工作状态下实际功率才等于额定功率。

电路通电时，电源会将一定的电功传送给负载，负载将电能转换成工作所需要的其他形式的能量，即电路中存在发出功率的器件(供能元件)和吸收功率的器件(耗能元件)。

习惯上，通常把耗能元件吸收的功率写成正数，把供能元件发出的功率写成负数，而储能元件(如理想电容、电感元件)既不吸收功率也不发出功率，其功率为零。3.2电能与电功率经典例题【例题3-2】一只灯泡的铭牌上标有“220V50W”，接在220V的电路上，求通过灯泡的电流。如果平均每天使用4小时，一年（365天）用电多少度？合为多少焦？如果改用“220V、10W”的节能灯，每天还是使用4小时，一年能节约用电多少度？3.2电能与电功率【问题解析】

220V50W分别是灯泡的额定电压与额定功率，可以得到额定电流，根据使用时间又可以求出电功大小。3.2电能与电功率

【例题3-2】一只灯泡的铭牌上标有“220V50W”，接在220V的电路上，求通过灯泡的电流。如果平均每天使用4小时，一年（365天）用电多少度？合为多少焦？如果改用“220V、10W”的节能灯，每天还是使用4小时，一年能节约用电多少度？三、焦耳定律3.2电能与电功率

实践探究3.3电阻串联电路实践导入如图3-3-1所示电路，电路中的电压、电流和电阻存在着怎样的关系呢？1.

按照电路图接好电路，此时不要接入电源。用万用表电阻挡分别测量记录数据：RAB

=

；RBC

=

；RAC=

。2.将上图所示电路接入电源，合上开关S，用万用表电压挡分别测量A、B两点间的电压值记录数据：UAB

=

；UBC=

；UAC=

。3.断开开关S，将万用表分别串联接入电路中A、B、C三点处，然后合上开关，测量电路中各部分的电流。记录数据：IA=

；IB=

；IC=

。图3-3-1

电阻串联电路3.3电阻串联电路实践结论实践探究将以上数据进行分析，可以得到如下结论：1.

UAC=UAB+UBC。2.IA=IB=IC。3.3电阻串联电路在电路中，把若干个电阻按顺序首尾相接，连成一个无分支电路的连接方式叫做电阻的串联。串联电路的基本特点是：

1.电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和；2.电路中的电流处处相等。图3-3-3

电阻串联电路3.3电阻串联电路如图3-3-2所示电阻串联电路，电路两端总电压用U表示，总电流用I表示，电阻R1两端电压、电流分别为U1、I1,电阻R2两端电压和电流分别为U2、I2。一、串联电路的总电阻图3-3-2

电阻串联电路

3.3电阻串联电路一、串联电路的总电阻

3.3电阻串联电路二、串联电路中的电压分配

三、串联电路中的功率分配

3.3电阻串联电路

【应用实例】

3.3电阻串联电路测量较大的电压时，要串联一个电阻R，把表头改装成电压表，如图所示。串联电阻R的作用是分担一部分电压，起这种作用的电阻常常被叫作分压电阻。图3-3-3

把表头改装成电压表

3.3电阻串联电路经典例题

实践探究3.4电阻并联电路实践导入1.如图3-4-1接好电路，此时不要接入电源。用万用表电阻挡分别测量记录数据：R1

=

；R2=

；RAB

=

。2.如图3-4-2，合上开关S，用万用表电压挡分别测量电压值记录数据：UR1=

；UR2=

；UAB=

。3.断开开关S，将万用表分别串联接入电路中A、B、C三点处，然后合上开关，测量电路中各部分的电流。记录数据：I=

；I1=

；I2=

。图3-4-1两个电阻并联图3-4-2电阻并联电路

3.4电阻并联电路实践结论实践探究将以上数据进行分析，可以得到如下结论：1.

I=I1+I2。2.UAB=UR1=UR2。3.4电阻并联电路把几个电阻并列地进行连接的方式叫做电阻的并联。并联电路的基本特点是：

电路中各支路两端的电压相等；电路中的总电流等于各支路的电流之和。

如图3-4-2所示电阻并联电路，电路两端总电压用U表示，总电流用I表示，电路总电阻用R表示，电阻R1两端电流为I1,电阻R2两端电流为I2。图3-4-2电阻并联电路

3.4电阻并联电路一、并联电路的总电阻

3.4电阻并联电路二、并联电路中的电流分配

三、并联电路中的功率分配3.4电阻并联电路

【应用实例】常用的电流表是由小量程的电流表（表头)并联电阻改装而成的。

3.4电阻并联电路测量较大的电流时，则要并联一个小电阻R，把小量程的表头改装成大量程的电流表（图3-4-3)。并联电阻R的作用是分去一部分电流，起这种作用的电阻常常被叫作分流电阻。图3-4-3把表头改装成大量程电流表

【例题3-4】一个表头的内阻Rg为30Ω，满偏电流Ig为1mA。要把它改装为量程0.6A的电流表，需要并联多大的电阻？3.4电阻并联电路经典例题【问题解析】电流表由表头和电阻R并联组成，如图3-4-3所示。电流表量程为0.6A，是指通过电流表的电流为0.6A时，表头的指针指在最大刻度，即通过表头的电流等于Ig。

3.5电阻混联电路电路中的电阻元件既有串联又有并联的连接方式叫做电阻的混联。图3-5-1是电阻的混联电路。一般情况下，电阻混联电路可以通过电阻串、并联等效概念逐步化简，最后化为一个简单的等效电路。图3-5-1电阻混联电路

如图3-5-1所示电阻混联电路，不管是哪种形式，分析这些电路时，都应对电路结构进行简化，然后进行计算。一、根据电流流向画出等效电路

3.5电阻混联电路

如图3-5-2（a）所示电路，假设电流从A点出发，流经R1，分成两条支路，经过R2、R3之后汇聚在一起，回到B点。图3-5-2混联电路及其等效电路

由等效电路图3-5-2（b）不难看出，R2和R3并联后，再与R1串联。只要知道各个电阻的值，就可以根据串联和并联的特点，求出等效电阻。二、根据等电位法画出等效电路。3.5电阻混联电路1.在原电路图中，给每个连接点标注一个字母；2.同一导线相连的各连接点用同一字母；3.从电源正极出发，由等电位点确定电阻的连接关系，画出等效电路图。先对图3-5-3（a）所示的电路进行整理。R2、R3、R4、R5都是接在A、B点之间，因此UR2=UR3=UR4=UR5，即4个电阻两端的电压都相等，画出等效电路如图3-5-3（b）所示，R2、R3、R4、R5并联后，再与R1串联。如果知道各个电阻的阻值，就可以算出它们的等效电阻。图3-5-3混联电路及其等效电路【例题3-5】如图3-5-3所示电路，E=2V，R1=1Ω，R2=R3=R4=R5=4Ω，并求出A、B两点间的等效电阻RAB以及电路中的总电流。3.5电阻混联电路经典例题【问题解析】根据等电位法画出的等效电路可以看出，四个电阻为并联关系。

【例题3-6】如图3-5-4所示电路，画出其等效电路图，并求出A、B两点间的等效电阻RAB。3.5电阻混联电路经典例题图3-5-4电路图【问题解析】由电路图看不出三个电阻的关系，根据混联电路分析步骤，A、B两点各有一个等电位点，在电路图中所示位置标上字母A、B，等效电路如图3-5-5所示。3.5电阻混联电路经典例题

图3-5-5

等效电路3.6闭合电路欧姆定律实践导入

图3-6-1中小灯泡的规格都相同，两个电路中的电池也相同。合上开关后，多个并联的小灯泡的亮度比单独一个小灯泡暗。

如何解释这一现象呢?图3-6-13.6闭合电路欧姆定律实践导入1.取两只同型号的电池（一只新、一只旧），用直流电压表直接测量电池正负极间的电压，并记下它们的数值。2.将这两只电池分别接上同一负载（如灯泡），再用直流电压表测量此时电池的端电压。【实验现象】1.

用电压表直接测量新、旧两只电池两极间的电压，所得的数值基本相等。2.将上述两只电池接上相同负载后，测得两极间的电压数值不相等。3.6.1电源的电动势一、电动势在电源内部,存在着由正极指向负