第1版教案簡單直流電路

1、第二章簡單直流電路1 .理解電動勢、端電壓、電位的概念。2 .掌握閉合電路的歐姆定律。3 .掌握電阻串聯(lián)分壓關(guān)系與并聯(lián)分流關(guān)系。4 . 了解萬用表的基本構(gòu)造和基本原理，掌握萬用表的使用方法。5 .掌握電阻的測量方法。6 .學(xué)會分析計算電路中各點電位。1 .運用電阻串聯(lián)分壓關(guān)系與并聯(lián)分流關(guān)系解決電阻電路問 題、掌握擴大電壓表與電流表量程的原理。2 .熟練分析計算電路中各點電位。序號內(nèi)容學(xué) 時1A節(jié)電動勢閉合電路的歐姆定律22第一節(jié) 電池組3第二節(jié)電阻的串聯(lián)4第四節(jié)電阻的并聯(lián)25第五節(jié)電阻的混聯(lián)6第六節(jié)萬用表的基本原理27實驗2.1練習(xí)使用力用表球時H配8實驗2.2電流表改裝電壓表29第七節(jié)電阻的

2、測量210實驗2.3用惠斯通電橋測電阻211第八節(jié)電路中各點電位的計算212實驗2.4電壓和電位的測定213本章小結(jié)與習(xí)題14本章總學(xué)時16【例2-1】如圖2-2所示，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)1時，外電路的電阻 Ri = 14 ,測得電流表讀數(shù)S合到位置當(dāng)開關(guān)S合到位置2時，外電路的電阻 表讀數(shù)I2 = 0.3 A;試求電源的電動勢R2 = 9I1 =0.2 A;,測得電流E及其內(nèi)阻r。第一節(jié) 電動勢閉合電路的歐姆定律動畫M2-1 電動勢鈾 畫衡量電源的電源力大小及其方向的物理量叫做電源的電動勢。電動勢通常用符號E或e（t）表示，E表示大小與方向都恒定的電動勢 （即直流電源的 電動勢），e（t）表示大小

3、和方向隨時間變化的電動勢， 也可簡記為e。電動勢的國際單位制 為伏特，記做V。電動勢的大小等于電源力把單位正電荷從電源的負極，經(jīng)過電源內(nèi)部移到電源正極 所作的功。如設(shè) W為電源中非靜電力（電源力）把正電荷量q從負極經(jīng)過電源內(nèi)部移送到 電源正極所作的功，則電動勢大小為L WE - q 電動勢的方向 規(guī)定為從電源的負極經(jīng)過電源內(nèi)部指向電源的正極，即與電源兩端電 壓的方向相反。二、閉合電路的歐姆定律圖中r表示電源的內(nèi)部電阻，R表示電源外部聯(lián)心接的電阻（負載）。閉合電路歐姆定律的數(shù)學(xué)表達式為2EE RI rI 或 I R r廠了 R,外電路兩端電壓 U = RI =E rI = -R- E ,顯然，

4、4 HIR r負載電阻R值越大，其兩端電壓 U也越大；當(dāng)R r1時（相當(dāng)于開路），則U = E;當(dāng)R c 產(chǎn)圖2-7電阻的串聯(lián)設(shè)總電壓為U、電流為 人總功率為P。1.等效電阻：2.分壓關(guān)系:UiR =RiU2R23.功率分配:Ri PiR2P2Un RPnRnU IR特例：兩只電阻Ri、RiR2RnRI2R2串聯(lián)時，等效電阻R = RiR2,則有分壓公式二UR R2、應(yīng)用舉例【例2-3】有一盞額定電壓為 Ui = 40 V、額定電流為I = 5 A 的電燈，應(yīng)該怎樣把它接入電壓U = 220 V照明電路中。J5一 =-解：將電燈（設(shè)電阻為Ri）與一只分壓電阻R2串聯(lián)后，接入+ tJ+ 一COo

5、U = 220 V電源上，如圖 2-8所示。解法一：分壓電阻 R2上的電壓為U2 = U-Ui = 220 40 = i80 V,且 U2 = R2I,則R2U2i80圖2-8 例題2-336解法二：利用兩只電阻串聯(lián)的分壓公式Ri一 UiUii一U，且R18,可得RiR2IR2U UiRii 36Ui即將電燈與一只36 分壓電阻串聯(lián)后，接入U = 220V電源上即可。【例2-4】有一只電流表，內(nèi)阻 Rg = 1 k ,滿偏電流 為Ig = 100 A,要把它改成量程為 Un = 3 V的電壓表，應(yīng) 該串聯(lián)一只多大的分壓電阻 R?解：如圖2-9所示。該電流表的電壓量程為Ug = RgIg = 0

6、.1 V ,與分壓電阻R串聯(lián)后的總電壓Un = 3 V即將電壓量程擴大到Un/Ug =30 倍。利用兩只阻串聯(lián)的分壓公式，可Un R -U gUgRgUn1 RgUU g(n圖2-9 例題2-41)Rg 29 k上例表明，將一只量程為Ug、內(nèi)阻為Rg的表頭擴大到量程為Un,所需要的分壓電阻為R = (n 1) Rg,其中n = (Un/Ug)稱為電壓擴大倍數(shù)。第四節(jié)電阻的并聯(lián)一、電阻并聯(lián)電路的特點設(shè)總電流為 卜電壓為U、總功率為P。1 J 1二R Ri R2R1 .等效電導(dǎo)：G = G1 G2 Gn 即2 .分流關(guān)系：R1I1 = R2I2 =RnIn = RI = U3 .功率分配：R1P1

7、 = R2P2 =RnPn = RP = U2圖2-10電阻的并聯(lián)特例：兩只電阻 Ri、R2并聯(lián)時，等效電阻R1 R2R -R0 ,則有分流公式R1 R2R2RiIi I , I2 1Ri R2Ri R2、應(yīng)用舉例 【例2-5】如圖2-11所示，電源供電電壓 U =220 V,每 根輸電導(dǎo)線的電阻均為R1 = 1 ，電路中一共并聯(lián)100盞額定電壓220 V、功率40 W的電燈。假設(shè)電燈在工作 (發(fā)光)時電 阻值為常數(shù)。試求：(1)當(dāng)只有10盞電燈工作時，每盞電燈 的電壓Ul和功率Pl; (2)當(dāng)100盞電燈全部工作時， 每盞電 燈的電壓Ul和功率Pl。解：每盞電燈的電阻為 R = U2/P =

8、 1210 根據(jù)分壓公式，可得每盞電燈的電壓n盞電燈并聯(lián)后的等效電阻為Rn = R/nRnUl nU ,2R RnU 2功率PL幺R(1)當(dāng)只有10盞電燈工作時，即 n = 10,CZ(X) 臺昌T T圖2-11 例題2-5則 Rn = R/n = 121,因此Uln一U 216V,Pl 2R Rn二39WR(2)貝U Rn = R/n = 12.1U2,PL 29 WR圖2-12 例題2-6當(dāng)100盞電燈全部工作時，即n = 100,RnUl nU 189 V2B Rn【例2-6】有一只微安表，滿偏電流為Ig = 100 A、 內(nèi)阻Rg = 1 k ，要改裝成量程為In = 100 mA的電

9、流表， 試求所需分流電阻 Ro解：如圖2-12所示，設(shè)n =In/Ig(稱為電流量程擴大倍數(shù))，根據(jù)分流公式可得I aR In ,則gRgRRg R n 本題中 n = In/Ig = 1000,Rgn 11 k1000 1上例表明，將一只量程為 Ig、內(nèi)阻為Rg的表頭擴大到量程為In,所需要的分流電阻為R =Rg/(n 1),其中n = (In/Ig)稱為電流擴大倍數(shù)。第五節(jié)電阻的混聯(lián)一、分析步驟在電阻電路中，既有電阻的串聯(lián)關(guān)系又有電阻的并聯(lián)關(guān)系，稱為 電阻混聯(lián)。對混聯(lián) 電路的分析和計算大體上可分為以下幾個步驟：1 .首先整理清楚電路中電阻串、并聯(lián)關(guān)系，必要時重新畫出串、并聯(lián)關(guān)系明確的 電路

10、圖；2 .利用串、并聯(lián)等效電阻公式計算出電路中總的等效電阻；3 .利用已知條件進行計算，確定電路的總電壓與總電流；4 .根據(jù)電阻分壓關(guān)系和分流關(guān)系，逐步推算出各支路的電流或電壓。二、解題舉例【例2-7】如圖2-13所不，已知Ri = R? = 8 , R3 = R4 = 6 , R5 = R6 = 4 , R7 =R8 = 24 ,R9 = 16 ;電壓 U = 224 V。 試求：(1)電路總的等效電阻Rab與總電流I ;(2)電阻R9兩端的電壓 U9與通過它的電流|9。解：(1) R5、R6、R9三者串聯(lián)后，再與 R8并聯(lián)，E、F兩端等效電阻為Ref = (R5 R6 R9) / R8 =

11、 24/ 24= 12Ref、R3、R4三者電阻串聯(lián)后，再與 R7并聯(lián)，C、D兩端等效電阻為總的等效電阻總電流Rcd= (R3 Ref R4) / R7 = 24/ 24Rab =R1Rcd R2 = 28I = U/Rab = 224/28 = 8 A=12(2)利用分壓關(guān)系求各部分電壓:Ucd =Rcd I = 96V,U EFREFR3Ref12UCD 一 96 48 VCDR424U efR5R6R92 A , U9 R9I9 32 Va肝血於T此 也I) F圖2-13 例題2-7涮 望【例2-8】如圖2-14所示，已知R = 10,電源電動勢E =6 V,內(nèi)阻r =0.5 ，試求電路

12、中的總電流I。圖2-14 例題2-8圖2-15 例題2-8的等效電路解：首先整理清楚電路中電阻串、并聯(lián)關(guān)系，并畫出等效電路，如圖2-15所示。四只電阻并聯(lián)的等效電阻為Re = R/4 = 2.5根據(jù)全電路歐姆定律，電路中的總電流為Rer第六節(jié)萬用電表的基本原理一、萬用表的基本功能萬用電表又叫做復(fù)用電表，通常稱為萬用表。它是一種可以測量多種電量的多量程 便攜式儀表，由于它具有測量的種類多，量程范圍寬，價格低以及使用和攜帶方便等優(yōu) 點，因此廣泛應(yīng)用于電氣維修和測試中。一般的萬用表可以測量 直流電壓、直流電流、電阻、交流電壓等，有的萬用表還可以測量音頻電平、交流電流、電容、電感以及晶體管的 值等。二

13、、萬用表的基本原理萬用表的基本原理是建立在歐姆定律和電阻串聯(lián)分壓、并聯(lián)分流等規(guī)律基礎(chǔ)之上的。萬用表的表頭是進行各種測量的公用部分。表頭內(nèi)部有一個可動的線圈（叫做動圈）,它的電阻Rg稱為表頭的內(nèi)阻。 動圈處于永久磁鐵的磁場中，當(dāng)動圈通有電流之后會受到磁場力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。固定在動圈上的指針隨著動圈一起偏轉(zhuǎn)的角度，與動圈中的 電流成正比。當(dāng)指針指示到表盤刻度的滿標(biāo)度時，動圈中所通過的電流稱為滿偏電流IgoRg與Ig是表頭的兩個主要參數(shù)。1 .直流電壓的測量將表頭串聯(lián)一只分壓電阻R,即構(gòu)成一個簡單的直流電壓表，如圖 2-16所示。圖2-16簡單的直流電壓表測量時將電壓表并聯(lián)在被測電壓Ux的兩端，通

14、過表頭的電流與被測電壓 Ux成正比I U- R Rg在萬用表中，用轉(zhuǎn)換開關(guān)分別將不同數(shù)值的分壓電 阻與表頭串聯(lián)，即可得到幾個不同的電壓量程?！纠?-9】如圖2-17所示某萬用表的直流電壓表部分電 路，五個電壓量程分別是U1 = 2.5 V, U2 = 10 V, U3 = 50 V,U4 = 250 V, U5 = 500 V,已知表頭參數(shù) Rg = 3 k , Ig = 50 A。 試求電路中各分壓電阻 R1、R2、R3、R4、R5 。解：利用電壓表擴大量程公式R = (n 1) Rg,其中n = (Un/Ug), Ug = RgIg = 0.15 V。求 R1:n1= (U1/Ug) =

15、16.67, R1 = (n 1) Rg = 47 k(2)求 R2:把 Rg2 = Rg R1 = 50 k 視為表頭內(nèi)阻，n2 = (U2/U1) = 4,則R2 = (n1)Rg2 = 150 k(3)求 R3：把 Rg3 = Rg Ri R2 = 200 k視為表頭內(nèi)阻，n3 = (U3/U2) = 5,則R3 = (n 1)Rg3 = 800 k(4)求 R4：把 Rg4 = Rg Ri R2 R3 = 1000 k 視為表頭內(nèi)阻，n4 = (U4/U3) = 5,則R4 = (n 1)Rg4 = 4000 k = 4 M(5)求 Rs:把 Rg5 = Rg Ri R2 R3 R4

16、= 5 M 視為表頭內(nèi)阻，n5 = (U5/U4) = 2,則R5 = (n 1)Rg5 = 5 MX-X晴龍I 此 %JU4圖2-17 例題2-92 .直流電流的測量將表頭并聯(lián)一只分流電阻R,即構(gòu)成一個最簡單的直流電流表，如圖 2-18所示。設(shè)被測電流為分流電阻R由電流表的量程I G圖2-19 多量程的直流電流表Il和表頭參數(shù)確定1 gIl IgRg實際萬用表是利用轉(zhuǎn)換開關(guān)將電流表制成多量程的，如圖2-19所示。3.電阻的測量萬用表測量電阻（即歐姆表）的電路如圖2-20所示。可變電阻R叫做調(diào)零電阻，當(dāng)紅、黑表筆相接時（相當(dāng)于被測電阻 Rx = 0）,調(diào)節(jié)R 的阻值使指針指到表頭的滿刻度，即E

17、1g Rg r R萬用表電阻檔的零點在表頭的滿度位置上。而電阻無窮大時（即紅、黑表筆間開路）指針在表頭的零度位置上。當(dāng)紅、黑表筆間接被測電阻Rx時，通過表頭的電流為可見表頭讀數(shù)I與被測電阻Rx是Rg r R Rx對應(yīng)的，并且成反比關(guān)系，因此歐姆表刻度不Ix ,則通過表頭的電流與被測電流Ix成正比，即是線性的。三、萬用表的使用1 .正確使用轉(zhuǎn)換開關(guān)和表筆插孔萬用表有紅與黑兩只表筆 （測棒），表筆可插入萬用表的“”兩個插孔里，注意一定要嚴格將 紅表筆插入“ ”極性孔里，黑表筆插入“ ”極性孔里。測量直流電流、 電壓等物理量時，必須注意正負極性。根據(jù)測量對象，將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至所需位置，在被 測量大小不

18、詳時，應(yīng)先選用量程較大的高檔試測，如不合適再逐步改用較低的檔位，以 表頭指針移動到滿刻度的三分之二位置附近為宜。2 .正確讀數(shù)萬用表有數(shù)條供測量不同物理量的標(biāo)尺，讀數(shù)前一定要根據(jù)被測量的種類、性質(zhì)和 所用量程認清所對應(yīng)的讀數(shù)標(biāo)尺。3 .正確測量電阻值在使用萬用表的歐姆檔測量電阻之前，應(yīng)首先把紅、黑表筆短接，調(diào)節(jié)指針到歐姆標(biāo)尺的零位上，并要正確選擇電阻倍率檔。測量某電阻Rx時，一定要使被測電阻不與其它電路有任何接觸，也不要用手接觸表筆的導(dǎo)電部分，以免影響測量結(jié)果。當(dāng)利用歐姆 表內(nèi)部電池作為測試電源時 （例如判斷二極管或三極管的管腳 ），要注意到：黑表筆接的 是電源正極，紅表筆接的是電源 負極。4

19、 .測量高電壓時的注意事項在測量高電壓時務(wù)必要注意人身安全， 應(yīng)先將黑表筆固定接在被測電路的地電位上，然后再用紅表筆去接觸被測點處，操作者一定要站在絕緣良好的地方，并且應(yīng)用單手操作，以防觸電。在測量較高電壓或較大電流時， 不能在測量時帶電轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換開關(guān)旋鈕改變量程或檔位。5 萬用表的維護萬用表應(yīng)水平放置使用，要防止受震動、受潮熱，使用前首先看指針是否指在機械零位上，如果不在，應(yīng)調(diào)至零位。每次測量完畢，要將轉(zhuǎn)換開關(guān)置于空檔或最高電壓檔上。在測量電阻時，如果將兩只表筆短接后指針仍調(diào)整不到歐姆標(biāo)尺的零位，則說明應(yīng)更換萬用表內(nèi)部的電池；長期不用萬用表時，應(yīng)將電池取出，以防止電池受腐蝕而影響表內(nèi)其它元件。

20、第七節(jié) 電阻的測量一、電阻的測量方法電阻的測量在電工測量技術(shù)中占有十分重要的地位，工程中所測量的電阻值，一般是在 10 6 1012 的范圍內(nèi)。為減小測量誤差，選用適當(dāng)?shù)臏y量電阻方法，通常是將電阻按其阻值的大小分成三類，即小電阻(1 以下 ) 、中等電阻(1 0.1 M )和大電阻(0.1 M 以上 ) 。測量電阻的方法很多，常用的方法分類如下：1 按獲取測量結(jié)果方式分類(1) 直接測阻法采用直讀式儀表測量電阻， 儀表的標(biāo)尺是以電阻的單位( 、 k 或M)刻度的，根據(jù)儀表指針在標(biāo)尺上的指示位置，可以直接讀取測量結(jié)果。例如用萬用表的 檔或 M 表等測量電阻，就是直接測阻法。(2) 比較測阻法采用

21、比較儀器將被測電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻器進行比較，在比較儀器中接有檢流計，當(dāng)檢流計指零時，可以根據(jù)已知的標(biāo)準(zhǔn)電阻值，獲取被測電阻的阻值。(3) 間接測阻法通過測量與電阻有關(guān)的電量，然后根據(jù)相關(guān)公式計算，求出被測電阻的阻值。例如得到廣泛應(yīng)用的、 最簡單的間接測阻法是電流、 電壓表法測量電阻(即伏安法)。 它是用電流表測出通過被測電阻中的電流、 用電壓表測出被測電阻兩端的電壓，然后根據(jù)歐姆定律即可計算出被測電阻的阻值。2 按被測電阻的阻值的大小分類(1) 小電阻的測量是指測量 1 以下的電阻。 測量小電阻時， 一般是選用毫歐表。要求測量精度比較高時，則可選用雙臂電橋法測量。(2) 中等電阻的測量是指測量阻值

22、在 1 0.1 M 之間的電阻。對中等電阻測量的最為方便的方法是用歐姆表進行測量， 它可以直接讀數(shù)， 但這種方法的測量誤差較大。中等電阻的測量也可以選用伏、安表測阻法，它能測出工作狀態(tài)下的電阻值。其測量誤差比較大。若需精密測量可選用單臂電橋法。(3)大電阻的測量是指測量阻值在0.1 M 以上的電阻。在測量大電阻時可選用兆 歐表法，可以直接讀數(shù)，但測量誤差也較大。二、伏安法測電阻圖2-21(a)是電流表外接的伏安法，這種測量方法的特點是電流表讀數(shù)I包含被測電阻R中的電流I與電壓表中的電流Iv,所以電壓表讀數(shù) U與電流表讀數(shù)I的比值應(yīng)是被 測電阻R與電壓表內(nèi)阻Rv并聯(lián)后的等效電阻，即(R/Rv)

23、= U/I,所以被測電阻值為如果不知道電壓表內(nèi)阻Rv的準(zhǔn)確值，令R U,則該種測量方法適用于R Ra的情I 況，即適用于測量阻值較大的電阻。三、惠斯通電橋惠斯通電橋法可以比較準(zhǔn)確的測量電阻，其原理如圖2-22所示。Ri、R2、R3、為可調(diào)電阻，并且是阻值已知的標(biāo)準(zhǔn) 精密電阻。R4為被測電阻，當(dāng)檢流計的指針指示到零位 置時，稱為電橋平衡。此時，B、D兩點為等電位，被測電阻為R2R42R3Ri惠斯通電橋有多種形式，常見的是一種滑線式電橋。第八節(jié)電路中各點電位的計算一、電位參考點(即零電位點)在電路中選定某一點 A為電位參考點，就是規(guī)定該點的電位為零，即Ua=0。電位參考點的選擇方法是：(1)在工程

24、中常選大地作為電位參考點；(2)在電子線路中，常選一條特定的公共線或機殼作為電位參考點。在電路中通常用符號標(biāo)出電位參考點。二、電位的定義電路中某一點 M的電位Um就是該點到電位參考點 A的電壓，也即M、A兩點間的 電位差，即Um = U ma計算電路中某點電位的方法是：(1)確認電位參考點的位置；(2)確定電路中的電流方向和各元件兩端電壓的正負極性；(3)從被求點開始通過一定的路徑繞到電位參考點，則該點的電位等于此路徑上所 有電壓降的代數(shù)和：電阻元件電壓降寫成RI形式，當(dāng)電流I的參考方向與路徑繞行方向一致時，選取“ ”號；反之，則選取“”號。電源電動勢寫成E形式，當(dāng)電動勢的方向與路徑繞行方向一

25、致時，選取“”號；反之，則選取“”號?！纠?-10如圖2-23所示電路，已知：Ei = 45 V , E2 =12 V,電源內(nèi)阻忽略不計；Ri = 5 , R2 = 4 , R3 = 2 。求解：利用電路中 方向為順時針方向：IA點為電位參考點(零電位點)，電流E1E2RR2R33AB 點電位：Ub = Uba = R1I = 15VC 點電位：Uc = Uca = E1 R1I = 45 15 = 30 VD 點電位：Ud = Uda = E2 R2I = 12 12 = 24 V圖2-23 例題2-10必須注意的是，電路中兩點間的電位差(即電壓)是絕對的，不隨電位參考點的不同B、C、D三點的電位 Ub、Uc、Ud。發(fā)生變化，即 電壓值與電位參考點無關(guān)；而電路中某一點的 電位則是相對電位參考點而 言的，電位參考點不同，該點電位值也將不同。例如，在上例題中，假如以 E點為電位參考點，則B 點的電位變?yōu)?Ub = Ube = R1IR2I =27 V;C點的電位變?yōu)?UC = UCE = R3I E2 = 18 V；D點的電位變?yōu)?Ud = Ude =