直流電路基礎(chǔ)知識(shí)

1、廈門電子職業(yè)中專學(xué)校電工基礎(chǔ)教案 第一章 直流電路基礎(chǔ)知識(shí) §11 庫(kù)侖定律 本節(jié)要求：了解電荷的種類及電荷之間的相互作用力。 掌握庫(kù)侖定律。 一、電荷之間的相互作用力 當(dāng)物體受到摩擦等作用時(shí)，物體就帶了電，或者說(shuō)帶了電荷。 自然界中存在著兩種電荷，即正電荷和負(fù)電荷。電荷之間存在相互作用力，同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。 二、電荷量 電荷的多少叫電荷量，用字母Q表示。在國(guó)際單位制中，電荷量的單位名稱是庫(kù)侖，用字母C表示。 三、庫(kù)侖定律 靜止的點(diǎn)電荷間的相互作用力所遵循的庫(kù)侖定律：在真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷q1、q2間的作用力F的大小跟它們所帶電荷量的乘積q1q2成正比，跟它們之間距離r

2、的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上。庫(kù)侖定律公式為 221rqqkF? q1、q2點(diǎn)電荷電荷量，單位是庫(kù)侖，符號(hào)為C； r兩個(gè)點(diǎn)電荷間的距離，單位是米，符號(hào)為m； k靜電恒量，k=9X109 N·m2C2； F靜電力，單位是牛頓，符號(hào)為N。 靜止的點(diǎn)電荷之間的這種作用力叫靜電力或庫(kù)侖力。只有當(dāng)帶電體的幾何線度(直徑)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于帶電體間的距離時(shí)，帶電體的形狀和大小對(duì)相互作用力的影響可以忽略不計(jì)，這樣的帶電體可以看成點(diǎn)電荷。 注意下面兩個(gè)問(wèn)題： (1)只適用于計(jì)算兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用力。 (2)求點(diǎn)電荷間相互作用力時(shí)，不用把表示正、負(fù)電荷的“+”、“”符號(hào)代人公式中，計(jì)算過(guò)程中可用

3、絕對(duì)值計(jì)算，其結(jié)果可根據(jù)電荷的正、負(fù)確定作用力為引力或斥力以及作用力的方向。 廈門電子職業(yè)中專學(xué)校電工基礎(chǔ)教案 例題 兩個(gè)點(diǎn)電荷電荷量q1=4X106C，q2=1.2X106C，在真空中的距離r= 0.4m，求兩個(gè)點(diǎn)電荷間作用力的大小及方向。 解：根據(jù)庫(kù)侖定律 N27.04.0102.1104109rqqkF2669221? 作用力的方向在兩個(gè)點(diǎn)電荷的連線上。因?yàn)橥瑤ж?fù)電荷，所以作用力為斥力。 作業(yè) P2 1。填空題 1、2 2。計(jì)算題 1、2 §12 電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度 本節(jié)要求：理解電場(chǎng)的特性。 掌握電場(chǎng)強(qiáng)度與電力線的特性。 一、電場(chǎng) 存在于電荷周圍空間，對(duì)電荷有作用力的特殊物質(zhì)叫電

4、場(chǎng)。電荷間相互作用的靜電力，是依靠電場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，實(shí)際上是一個(gè)電荷的電場(chǎng)對(duì)另一個(gè)電荷的作用，因此靜電力又常稱做電場(chǎng)力。 電場(chǎng)具有兩個(gè)重要的特性： (1)位于電場(chǎng)中的任何帶電體，都要受到電場(chǎng)力的作用。 (2)電場(chǎng)具有能量。 二、電場(chǎng)強(qiáng)度 檢驗(yàn)電荷是帶正電且電荷量很小的點(diǎn)電荷，不致影響原來(lái)的電場(chǎng)?？梢钥茖W(xué)準(zhǔn)確地研究原來(lái)電場(chǎng)的特性。 檢驗(yàn)電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)所受電場(chǎng)力F與檢驗(yàn)電荷電荷量q的比值叫做該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng)。用公式表示為 qFE? 式中 F檢驗(yàn)電荷所受電場(chǎng)力，單位是牛頓，符號(hào)為N； q檢驗(yàn)電荷的電荷量，單位是庫(kù)侖，符號(hào)為C； E一電場(chǎng)強(qiáng)度，單位是牛頓每庫(kù)侖，符號(hào)為NC。 電場(chǎng)強(qiáng)度既有大小又

5、有方向。電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向，就是正電荷在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向。 廈門電子職業(yè)中專學(xué)校電工基礎(chǔ)教案 三、電力線 在電場(chǎng)中畫出一系從正電荷出發(fā)到負(fù)電荷終止的曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都和該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度向致,這些曲線叫做電力線。以下是幾種常見(jiàn)的電力線如圖所示。 電力線具有以下特征： (1)在靜電場(chǎng)中，電力線總是起于正電荷而終止于負(fù)電荷(或無(wú)窮遠(yuǎn))。 (2)任何兩條電力線都不會(huì)相交。 例題 檢驗(yàn)電荷電荷量q=3x109C，在電場(chǎng)中P點(diǎn)受到的電場(chǎng)力F=18N，求該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度。若檢驗(yàn)電荷放在P點(diǎn)，電荷量q'=6x109C，檢驗(yàn)電荷所受電場(chǎng)力是多少? 解：根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的定義 C/N106103

6、18qFE99? 由于電場(chǎng)中某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)，所以P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)不變，q'所受電場(chǎng)力 F'為 F'=Eq'=6x109x6x109=36N 作業(yè) P5 1。填空題 1、2、3 2。計(jì)算題 1、2 3?；卮饐?wèn)題 1、2、3 §13 電流 本節(jié)要求：掌握電流的概念。 理解電流的方向。 一、電流 廈門電子職業(yè)中專學(xué)校電工基礎(chǔ)教案 電荷的定向運(yùn)動(dòng)叫做電流，是表示帶電粒子定向運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱的物理量。電流在量值上等于通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量q和通過(guò)這些電荷量所用時(shí)間t的比值。用公式表示為 tqI? 式中 q通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量，單位是庫(kù)侖，符號(hào)為C； t通過(guò)電荷量g所

7、用的時(shí)間，單位是秒，符號(hào)為s； I電流，單位是安培，符號(hào)為A。 如果在1s內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量是1C，導(dǎo)體中的電流是1A。 在國(guó)際單位制中，電流的常用單位還有毫安(mA)和微安(uA)： lA=103mA=106Ua 二、電流的方向 規(guī)定正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?。在事先無(wú)法確定電路中電流的真實(shí)方向時(shí)，先假定一個(gè)電流方向(假想的電流方向)，稱為參考方向。用箭頭在電路圖中標(biāo)明電流的參考方向，如果計(jì)算的結(jié)果電流為正值，那么電流的真實(shí)方向與參考方向一致；如果計(jì)算的結(jié)果電流為負(fù)值，那么電流的真實(shí)方向與參考方向相反。電流方向只表明電荷的定向運(yùn)動(dòng)方向。 例題 在5min時(shí)間內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電

8、荷量為3.6C，求電流是多少安，合多少毫安? 解：根據(jù)電流的定義式 mA12A012.06056.3tqI? 作業(yè) P6 1、2、3、4 §14 電壓和電位 本節(jié)要求：掌握電壓、電位的概念。 掌握電壓與電位之間的關(guān)系。 一、電壓 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電荷q在電場(chǎng)力作用下，由a移動(dòng)到b，電場(chǎng)力對(duì)電荷做的功為Wab。a、b兩點(diǎn)間的電壓Uab在數(shù)值上等于電場(chǎng)力把電荷由a移到b所做的功廈門電子職業(yè)中專學(xué)校電工基礎(chǔ)教案 Wab與被移動(dòng)電荷電荷量q的比，用下式表示 qWUabab? 式中 q由a點(diǎn)移到b點(diǎn)的電荷量，單位是庫(kù)侖，符號(hào)為C； Wab電場(chǎng)力將q由a移到b所做的功，單位是焦耳，符號(hào)為J; Ua

9、ba、b兩點(diǎn)間的電壓，單位是伏特，符號(hào)為V。 在國(guó)際單位制中，電壓的常用單位還有千伏(kV)和毫伏(mV)： lkV=103V 1V=103mV 二、電位 正電荷在電路中某點(diǎn)所具有的能量與電荷所帶電荷量的比叫做該點(diǎn)電位。電路中各點(diǎn)的電位是相對(duì)的，與參考點(diǎn)的選擇有關(guān)。某點(diǎn)電位等于該點(diǎn)與參考點(diǎn)間的電壓。比參考點(diǎn)高的電位為正，比參考點(diǎn)低的電位為負(fù)。電壓的方向由高電位指向低電位，即電位降低的方向。電壓的方向可以用高電位指向低電位的箭頭表示，也可以用高電位標(biāo)“+”，低電位標(biāo)“”來(lái)表示。 電路中a、b兩點(diǎn)間的電壓等于a、b兩點(diǎn)間的電位之差。即 Uab=VaVb 兩點(diǎn)間的電壓也叫兩點(diǎn)間電位差。講到電壓必須說(shuō)

10、明是哪兩點(diǎn)間的電壓。 例題 在電場(chǎng)中有a、b、c三點(diǎn)，電荷電荷量q=5X10=2C，電荷由a移動(dòng)到b電場(chǎng)力做功2J，電荷由b移動(dòng)到c電場(chǎng)力做功3J，以b為參考點(diǎn)，試求a點(diǎn)和c點(diǎn)電位。 解：以b點(diǎn)為參考點(diǎn)，則Vb=0V，根據(jù)電壓定義式 (1) Uab=Wab/q=2/(5x10-2)=40V Va=Uab+Vb=40V (2) Ubc=Wbc/q=3/(5x10-2)=60V Vc=VbUbc=40V 作業(yè) P8 1。填空題 1、2、3 2。計(jì)算題 §15 電源和電動(dòng)勢(shì) 本節(jié)要求：了解電源的作用與電源的種類。 理解電源力與電動(dòng)勢(shì) 一、電源 電源是把其它形式能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。電源種類很

11、多，如：干電池、蓄電池、光電池、發(fā)電機(jī)等等。電源正極電位高，負(fù)極電位低。接通負(fù)載后，外電路中電流廈門電子職業(yè)中專學(xué)校電工基礎(chǔ)教案 從高電位流向低電位；在電源內(nèi)部電流則從負(fù)極流向正極。 二、電源電動(dòng)勢(shì) 1電源力：存在于電源內(nèi)部的非靜電性質(zhì)的力叫做電源力。 2電動(dòng)勢(shì) 在電源內(nèi)部，電源力把正電荷從低電位(負(fù)極板)，移到高電位(正極板)反抗電場(chǎng)力所做的功與被移動(dòng)電荷的電荷量的比，叫做電源的電動(dòng)勢(shì)。用公式表示為 qWE? 式中 W電源力移動(dòng)正電荷做的功，單位是焦耳，符號(hào)為J； q電源力移動(dòng)的電荷量，單位是庫(kù)侖，符號(hào)為C； E電源電動(dòng)勢(shì)，單位是伏特，符號(hào)為V。 電源電動(dòng)勢(shì)的方向規(guī)定為由電源的負(fù)極(低電位)

12、指向正極(高電位)。在電源內(nèi)部的電路中，電源力移動(dòng)正電荷形成電流，電流的方向是從負(fù)極指向正極；在電源外部的電路中，電場(chǎng)力移動(dòng)正電荷形成電流，電流方向是從正極指向負(fù)極。 作業(yè) P9 1、2、3 §16 電阻和電阻定律 本節(jié)要求：了解物質(zhì)按導(dǎo)電性能的分類。 理解電阻的概念。 掌握電阻定律及導(dǎo)體電阻與溫度的關(guān)系。 一、物質(zhì)的分類 根據(jù)物質(zhì)導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱，一般可分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。一切導(dǎo)體都能導(dǎo)電，如銀、銅、鋁等是電的良導(dǎo)體。絕緣體不能導(dǎo)電，如玻璃、膠木、陶瓷、云母等。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，如硅、鍺等。 二、電阻 導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用叫電阻，用字母R表示。任何物體都有電

13、阻，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)電阻時(shí)，都要消耗一定的能量。 三、電阻定律 導(dǎo)體電阻的大小不僅和導(dǎo)體的材料有關(guān)，還和導(dǎo)體的尺寸有關(guān)。在溫度不變時(shí)，一定材料制成的導(dǎo)體的電阻跟它的長(zhǎng)度成正比，跟它的截面積成反比，叫做電阻定廈門電子職業(yè)中專學(xué)校電工基礎(chǔ)教案 律。均勻?qū)w的電阻可用公式表示為 SLR? 式中 ?電阻率，其值由電阻材料的性質(zhì)決定，單位是歐姆米，符號(hào)為?·m； L導(dǎo)體的長(zhǎng)度，單位是米，符號(hào)m； S導(dǎo)體的截面積，單位是平方米，符號(hào)為m2； R導(dǎo)體的電阻，單位是歐姆，符號(hào)為?。 在國(guó)際單位制中，電阻的常用單位還有千歐(k?)和兆歐(M?)： l k?103 ?1M?=103 k?106 ? 幾種常

14、用材料在20時(shí)的電阻率見(jiàn)課本P10。 對(duì)金屬導(dǎo)體而言，溫度升高，導(dǎo)體的電阻增加。 例題 一根銅導(dǎo)線長(zhǎng)L=2000m，截面積S=2mm2，導(dǎo)線的電阻是多少? 解：查表可知銅的電阻率?1.75X10-8?·m ，由電阻定律可求得 ?5.1710220001075.1SLR68 作業(yè) P11 1。填空題 1、2、3 2?；卮饐?wèn)題 §17 電路和歐姆定律 本節(jié)要求：理解電路組成。 會(huì)畫電路圖部分常用的符號(hào)。 掌握部分電路與全電路歐姆定律。 一、電路 電流流通的閉合路徑叫電路。它由電源、負(fù)載、聯(lián)接導(dǎo)線、控制和保護(hù)裝置四部分組成。 (1)電源：向電路提供能量的設(shè)備。常見(jiàn)的有干電池、蓄電

15、池、發(fā)電機(jī)等。 (2)負(fù)載：即用電器，它是各種用電設(shè)備的總稱。 (3)聯(lián)接導(dǎo)線：它把電源和負(fù)載接成閉合回路。常用的導(dǎo)線是銅線和鋁線。 (4)控制和保護(hù)裝置：用來(lái)控制電路的通斷、保護(hù)電路的安全，使電路能夠正常工作，如開(kāi)關(guān)、熔斷器、繼電器等。 電路圖部分常用符號(hào)見(jiàn)課本P12的表12。 廈門電子職業(yè)中專學(xué)校電工基礎(chǔ)教案 二、歐姆定律 1部分電路歐姆定律 某段電路中的電流I與電路兩端的電壓U成正比，與該段電路的電阻R成反 比，叫做部分電路歐姆定律。用公式表示為 RUI? 電阻值不隨電壓、電流變化而變化的電阻叫做線性電阻，由線性電阻組成的 電路叫線性電路。歐姆定律只適用于線性電路。 例題 某段電路的電壓

16、是一定的，當(dāng)接上10?的電阻時(shí)，電路中產(chǎn)生的電流是1.5A；若用25?的電阻代替10?的電阻，電路中的電流為多少? 解：電路中電阻為10?時(shí)，由歐姆定律得 U=IR=I.5x10=15V 用25?的電阻代替10?的電阻，電路中電流I'=U/R'=15/25=0.6? 2全電路歐姆定律 一個(gè)由電源和負(fù)載組成的閉合電路叫做全電路，如圖所示。R為負(fù)載的電阻、E為電源電動(dòng)勢(shì)、r為電源的內(nèi)阻。 RrEI? 式中 E電源電動(dòng)勢(shì)，單位是伏特，符號(hào)為V； R負(fù)載電阻，單位是歐姆，符號(hào)為?； r電源內(nèi)阻，單位是歐姆)，符號(hào)為?； I閉合電路的電流，單位是安培，符號(hào)為A。 閉合電路中的電流與電源電

17、動(dòng)勢(shì)成正比，與電路的總電阻(內(nèi)電路電阻與外電路電阻之和)成反比，這一規(guī)律叫全電路歐姆定律。 外電路電壓UR又叫路端電壓或端電壓，UR =E-Ir。當(dāng)R=0，則UR =0，這種情況叫短路。短路電流I很大，可能燒毀電源，甚至引起火災(zāi)，為此電路中必須有短路保護(hù)裝置。 例題 有一閉合電路，電源電動(dòng)勢(shì)E=12V，其內(nèi)阻r=2?，負(fù)載電阻R=10?，試求：電路中的電流、負(fù)載兩端的電壓、電源內(nèi)阻上的電壓降。 解：根據(jù)全電路歐姆定律 I=E/（r+R）=12/（2+10）=1A 負(fù)載兩端電壓 U=IR=1x 10=10V 廈門電子職業(yè)中專學(xué)校電工基礎(chǔ)教案 電源內(nèi)阻上的電壓降 Ir=2x1=2V 作業(yè) P14

18、1。填空題 1、2、3、4 2。計(jì)算題 1、2 §18 電能和電功率 本節(jié)要求：掌握電能的概念、電能與電壓、電流和電阻間的關(guān)系。 掌握電功率的概念、電功率與電壓、電流和電阻間的關(guān)系。 一、電能 電荷定向運(yùn)動(dòng)形成的電流所做的功稱為電能。電流做功的過(guò)程就是將電能轉(zhuǎn)換成其它形式的能的過(guò)程。如果加在導(dǎo)體兩端的電壓為U，在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量為q，電流所做的功為 W=Uq=UIt 式中U加在導(dǎo)體兩端的電壓，單位是伏特，符號(hào)為V； I導(dǎo)體中的電流，單位是安培，符號(hào)為A； t通電時(shí)間，單位是秒，符號(hào)為s； W電能，單位是焦耳，符號(hào)為J。 上式表明，電流在一段電路上所做的功，與這段電路兩端的電壓、電路中的電流和通電時(shí)間成正比。 對(duì)于純電阻電路，歐姆定律成立，即U=IR RtItRUW22? 二、電功率 在時(shí)間t內(nèi)，電流通過(guò)導(dǎo)體所做的功為W，那么電功率P為 tWP? 式中 W電流所做的功(即電能)，單位是焦耳，符號(hào)為J； t完成這些功所用的時(shí)間，單位是秒，符號(hào)為s； P電功率，單位是瓦特，符號(hào)為W。 電功率的公式還可以寫成 RIRUP22? 廈門電子職業(yè)中專學(xué)校電工基礎(chǔ)教案 三、電路中的功率平衡 在一個(gè)閉合回路中，電源電動(dòng)勢(shì)