第一章電路的基本概念和基本定律

1、第一章電路的基本概念與基本定律電路的基本概念與基本定律 第一章第一章 電路的基本概念和基本電路的基本概念和基本定律定律1.1 電路的作用與組成部分電路的作用與組成部分1.2 電路的模型電路的模型1.3 1.3 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向1.4 1.4 歐姆定律歐姆定律1.5 1.5 電源有載工作、開路與短路電源有載工作、開路與短路1.6 1.6 基爾霍夫定律基爾霍夫定律1.7 1.7 電位的計(jì)算電位的計(jì)算 電路中物理量的正方向電路中物理量的正方向物理量的物理量的正方向正方向：實(shí)際正方向?qū)嶋H正方向假設(shè)正方向假設(shè)正方向?qū)嶋H正方向?qū)嶋H正方向： 物理中對(duì)電量規(guī)定的方向；物理中對(duì)電量規(guī)定的

2、方向；假設(shè)正方向假設(shè)正方向（參考正方向）：（參考正方向）： 在分析計(jì)算時(shí)，對(duì)電量人為規(guī)定的方向。在分析計(jì)算時(shí)，對(duì)電量人為規(guī)定的方向。1.3 1.3 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向物理量的實(shí)際正方向物理量的實(shí)際正方向 物物理理量量單單位位實(shí)實(shí)際際正正方方向向電電流流 IA、mA、A正正電電荷荷移移動(dòng)動(dòng)的的方方向向電電動(dòng)動(dòng)勢(shì)勢(shì) E V、kV、mV、V電電源源驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)正正電電荷荷的的方方向向 (低低電電位位 高高電電位位)電電壓壓 UV、kV、mV、V電電位位降降落落的的方方向向 (高高電電位位 低低電電位位)RE+_ab物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法電池電池?zé)襞轃襞軮Uab

3、u_+正負(fù)號(hào)正負(fù)號(hào)abUab（高電位在前，高電位在前， 低電位在后）低電位在后） 雙下標(biāo)雙下標(biāo)箭箭 頭頭uab電壓電壓+-IR電流電流：從高電位：從高電位 指向低電位。指向低電位。Uab電路分析中的電路分析中的假設(shè)假設(shè)正方向正方向（參考方向）（參考方向）問題的提出問題的提出：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量 的實(shí)際方向，電路如何求解？的實(shí)際方向，電路如何求解？E1ABRE2IR電流方向電流方向A B？電流方向電流方向B A？(1) 在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向，作為參考方向；在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向，作為參考方向；解決方法解決方法(3) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向：根

4、據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向： 若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與假設(shè)方向一致；若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與假設(shè)方向一致； 若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與假設(shè)方向相反。若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與假設(shè)方向相反。(2) 根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān)根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān) 系的代數(shù)表達(dá)式；系的代數(shù)表達(dá)式；RUI注意注意：用用歐姆定律列方程時(shí)，一定要在歐姆定律列方程時(shí)，一定要在 圖中標(biāo)明正方向。圖中標(biāo)明正方向。IRU IRUIRURUIRUI歐姆定律1.41.4流過電阻的電流和電阻兩端的電壓成正比流過電阻的電流和電阻兩端的電壓成正比 RIURR IRURab假設(shè)假設(shè): 與與 的方向一

5、致的方向一致RIRU例例RIRU假設(shè)假設(shè): 與與 的方向相反的方向相反RIURR IRURab例例已知：已知：E=2V, R=1問：問： 當(dāng)當(dāng)U分別為分別為 3V 和和 1V 時(shí)時(shí)，IR=?E RabUIRUR解：解：(1) 假定電路中物理量的正方向如圖所示；假定電路中物理量的正方向如圖所示；(2) 列電路方程：列電路方程： EUURREURUIRREUUR (3) 數(shù)值計(jì)算數(shù)值計(jì)算A1121 V1A112-3 3VRRIUIU（實(shí)際方向與假設(shè)方向一致）（實(shí)際方向與假設(shè)方向一致）（實(shí)際方向與假設(shè)方向相反）（實(shí)際方向與假設(shè)方向相反）REUIRE IRRURabU(4) 為了避免列方程時(shí)出錯(cuò)，為了

6、避免列方程時(shí)出錯(cuò)，習(xí)慣上習(xí)慣上把把 I 與與 U 的方向的方向 按相同方向假設(shè)。按相同方向假設(shè)。(1) 方程式方程式U/I=R 僅適用于假設(shè)正方向一致的情況。僅適用于假設(shè)正方向一致的情況。(2) “實(shí)際方向?qū)嶋H方向”是物理中規(guī)定的，而是物理中規(guī)定的，而“假設(shè)假設(shè) 正方向正方向”則則 是人們?cè)谶M(jìn)行電路分析計(jì)算時(shí)是人們?cè)谶M(jìn)行電路分析計(jì)算時(shí),任意假設(shè)的。任意假設(shè)的。 (3) 在以后的解題過程中，注意一定要在以后的解題過程中，注意一定要先假定先假定“正方向正方向” (即在圖中表明物理量的參考方向即在圖中表明物理量的參考方向)，然后再列方程然后再列方程 計(jì)算計(jì)算。缺少。缺少“參考方向參考方向”的物理量是

7、無意義的的物理量是無意義的. 提示提示廣義歐姆定律廣義歐姆定律 ( (支路中含有電動(dòng)勢(shì)的情況支路中含有電動(dòng)勢(shì)的情況) )EIRUabREUIab當(dāng)當(dāng) UabE 時(shí)，時(shí)， I 0 表明方向與圖中假設(shè)方向一致表明方向與圖中假設(shè)方向一致當(dāng)當(dāng) UabE 時(shí)，時(shí)， I 0P = UI 0P = UI P = UI 0 0IUab+-根據(jù)能量守衡關(guān)系根據(jù)能量守衡關(guān)系P（吸收）（吸收）= P（發(fā)出）（發(fā)出）IRUab 當(dāng)當(dāng) 計(jì)算的計(jì)算的 P0P0 時(shí)時(shí), , 則說明則說明 U U、I I 的實(shí)際方的實(shí)際方向一致，此部分電路消耗電功率，向一致，此部分電路消耗電功率，為為負(fù)載負(fù)載。 所以，從所以，從P P的的

8、+ + 或或 - - 可以區(qū)分器件的性質(zhì)，可以區(qū)分器件的性質(zhì)，或是電源，或是負(fù)載?；蚴请娫?，或是負(fù)載。結(jié)結(jié) 論論在進(jìn)行功率計(jì)算時(shí)，在進(jìn)行功率計(jì)算時(shí)，如果假設(shè)如果假設(shè) U U、I I 正方向一致正方向一致。 當(dāng)計(jì)算的當(dāng)計(jì)算的 P0P0 時(shí)時(shí), , 則說明則說明 U U、I I 的實(shí)際方的實(shí)際方向相反，此部分電路發(fā)出電功率，向相反，此部分電路發(fā)出電功率，為電源為電源。1.6 基爾霍夫定律（克氏定律）基爾霍夫定律（克氏定律） 用來描述電路中各部分電壓或各部分電流用來描述電路中各部分電壓或各部分電流間的關(guān)系間的關(guān)系,其中包括克氏電流和克氏電壓兩個(gè)其中包括克氏電流和克氏電壓兩個(gè)定律。定律。節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)：三

9、個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)三個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)支路：支路：電路中每一個(gè)分支電路中每一個(gè)分支,同一支路中同一支路中 的電流相等的電流相等回路：回路：電路中任一閉合路徑電路中任一閉合路徑名詞注釋：名詞注釋：支路：支路：ab, ad, . （共（共6條）條）回路：回路：abda, bcdb, . （共（共7 個(gè)）個(gè)）節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)：a, b, . (共共4個(gè)）個(gè)）例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-(一一)基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律 對(duì)任何節(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入節(jié)點(diǎn)的電流等于對(duì)任何節(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入節(jié)點(diǎn)的電流等于由節(jié)點(diǎn)流出的電流?；蛘哒f，在任一瞬間，

10、一個(gè)節(jié)由節(jié)點(diǎn)流出的電流?；蛘哒f，在任一瞬間，一個(gè)節(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和為點(diǎn)上電流的代數(shù)和為 0。 I1I2I3I44231IIII克氏電流定律的克氏電流定律的依據(jù)依據(jù)：電流的連續(xù)性：電流的連續(xù)性 I =0即：即：例例或或：04231IIII電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。例例I1+I2=I3例例I=0基爾霍夫電流定律的擴(kuò)展基爾霍夫電流定律的擴(kuò)展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R(二二)基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律 對(duì)電路中的任一回路，沿任意循行方向轉(zhuǎn)一周，其對(duì)電路中的任一回路，沿任意循行方向轉(zhuǎn)一周，其電位升等于電位降。或，電壓的代數(shù)

11、和為電位升等于電位降。或，電壓的代數(shù)和為 0。例如：例如： 回路回路 a-d-c-a33435544RIEERIRI電位升電位升電位降電位降即：即：0U 或：或：033435544RIEERIRII3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-RIUEab電位升電位升電位降電位降E+_RabUabI基爾霍夫電壓定律也適合開口電路?；鶢柣舴螂妷憾梢策m合開口電路。例例關(guān)于獨(dú)立方程式的討論關(guān)于獨(dú)立方程式的討論 問題的提出：在用基爾霍夫電流定律或電壓定問題的提出：在用基爾霍夫電流定律或電壓定律列方程時(shí)，究竟可以列出多少個(gè)獨(dú)立的方程？律列方程時(shí)，究竟可以列出多少個(gè)獨(dú)立的方程？例

12、例aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分析以下電路中應(yīng)列幾個(gè)電流方程？幾個(gè)分析以下電路中應(yīng)列幾個(gè)電流方程？幾個(gè)電壓方程？電壓方程？基爾霍夫電流方程基爾霍夫電流方程：節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)a：節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)b：321III213III獨(dú)立方程只有獨(dú)立方程只有 1 個(gè)個(gè)基爾霍夫電壓方程基爾霍夫電壓方程：#133111RIRIE 獨(dú)立方程只有獨(dú)立方程只有 2 個(gè)個(gè)aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1#3221121RIRIEE #233222RIRIE 設(shè)：電路中有設(shè)：電路中有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，個(gè)節(jié)點(diǎn)，B個(gè)支路個(gè)支路N=2、B=3bR1R2E2E1+-R3+_a小小 結(jié)結(jié)獨(dú)立的獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)

13、電流方程節(jié)點(diǎn)電流方程有有 (N -1) 個(gè)個(gè)獨(dú)立的獨(dú)立的回路電壓方程回路電壓方程有有 (B -N+1)個(gè)個(gè)則：則：（一般為網(wǎng)孔個(gè)數(shù)）（一般為網(wǎng)孔個(gè)數(shù)）獨(dú)立電流方程：獨(dú)立電流方程：個(gè)個(gè)獨(dú)立電壓方程：獨(dú)立電壓方程：個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)電位的概念節(jié)點(diǎn)電位的概念：Va = 5V a 點(diǎn)電位：點(diǎn)電位：ab1 5Aab1 5AVb = -5V b 點(diǎn)電位：點(diǎn)電位：在電路中任選一節(jié)點(diǎn)，設(shè)其電位為零（用在電路中任選一節(jié)點(diǎn)，設(shè)其電位為零（用此點(diǎn)稱為參考點(diǎn)。其它各節(jié)點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)的電壓，便是此點(diǎn)稱為參考點(diǎn)。其它各節(jié)點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)的電壓，便是該節(jié)點(diǎn)的電位。記為：該節(jié)點(diǎn)的電位。記為：“VX”（注意：電位為單下標(biāo)）。（注意：電位為單下標(biāo)）。標(biāo)記），標(biāo)記），1.7 電位的計(jì)算電位的計(jì)算 電位值是相對(duì)的電位值是相對(duì)的,參考點(diǎn)選得不同，電路參考點(diǎn)選得不同，電路中其它各點(diǎn)的電位也將隨之改變；中其它各點(diǎn)的電位也將隨之改變； 電路中兩點(diǎn)間的電壓值是固定的，不會(huì)電路中兩點(diǎn)間的電壓值是固定的，不會(huì)因參考點(diǎn)的不同而改變。因參考點(diǎn)的不同而改變。注意：電位和電壓的區(qū)別注意：電位和電壓的區(qū)別電位在電路中的表示法電位在電路中的表示法E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E2R1R