電工基礎(chǔ)課程教學(xué)課件《第一章電路基本概念和定律》

1.1電路和電路模型1.2電流電壓及其參考方向1.3電功率和電能1.4電阻元件和歐姆定律

1.5電壓源和電流源

1.6基爾霍夫定律第1章電路的基本概念和基本定律1.1電路和電路模型第1章電路的基本概念和基本定律1.1電路和電路模型1.1電路和電路模型目的與要求1了解電路和電路模型的概念2理解電源、負(fù)載的定義目的與要求1了解電路和電路模型的概念重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：電源、負(fù)載難點(diǎn)：電路模型重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：電源、負(fù)載1.1.1電路(一）

1.電路是電流的流通路徑,它是由一些電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接而成的。復(fù)雜的電路呈網(wǎng)狀,又稱網(wǎng)絡(luò)。電路和網(wǎng)絡(luò)這兩個術(shù)語是通用的。2.電路的一種作用是實現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換。另一種作用是實現(xiàn)信號的處理。1.1.1電路(一）1.電路是電流的流通路徑,1.1.1電路（二）電源：電路中提供電能或信號的器件

負(fù)載：電路中吸收電能或輸出信號的器件圖1.1電路的組成1.1.1電路（二）電源：電路中提供電能或信號的器件圖1.1.1.2理想電路元件1.在一定條件下對實際器件加以理想化,只考慮其中起主要作用的某些電磁現(xiàn)象。

2.理想電路元件是一種理想化的模型,簡稱為電路元件。電阻元件是一種只表示消耗電能的元件;電感元件是表示其周圍空間存在著磁場而可以儲存磁場能量的元件;電容元件是表示其周圍空間存在著電場而可以儲存電場能量的元件等。3.對具有兩個引出端的元件,稱為二端元件;對具有兩個以上引出端的元件,稱為多端元件。1.1.2理想電路元件1.在一定條件下對實際器件加以理想1.1.3電路模型

實際電路可以用一個或若干個理想電路元件經(jīng)理想導(dǎo)體連接起來模擬,這便構(gòu)成了電路模型。1.1.3電路模型實際電路可以用一個或教學(xué)方法

鼓勵學(xué)生自己找出日常生活中的電源負(fù)載，幫助學(xué)生理解電源、負(fù)載的定義。教學(xué)方法鼓勵學(xué)生自己找出日常生活中的電源負(fù)載思考題1.什么叫電路模型？建立電路模型時應(yīng)注意什么問題？

2.電工基礎(chǔ)課研究的主要對象是什么？思考題1.什么叫電路模型？建立電路模型時應(yīng)注意什么問題？1.2電流、電壓及其參考方向1.2電流、電壓及其參考方向目的與要求1.理解電流、電壓的參考方向2.會判斷電流、電壓的實際方向

目的與要求1.理解電流、電壓的參考方向重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)電流、電壓的參考方向

難點(diǎn)

1.參考方向與實際方向間的關(guān)系

2.兩點(diǎn)間電位與電壓的關(guān)系重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)電流、電壓的參考方向1.2.1電流及其參考方向（一）1.電流：帶電粒子（電子、離子等）的定向運(yùn)動,稱為電流。用符號i表示,即

2.

電流的實際方向：正電荷運(yùn)動方向。1.2.1電流及其參考方向（一）1.電流：帶電粒子（電子1.2.1電流及其參考方向（二）3.直流：當(dāng)電流的量值和方向都不隨時間變化時,稱為直流電流,簡稱直流。直流電流常用英文大寫字母I表示。交流：量值和方向隨著時間按周期性變化的電流,稱為交流電流,簡稱交流。常用英文小寫字母i表示。1.2.1電流及其參考方向（二）3.直流：當(dāng)電流的量值和1.2.1電流及其參考方向（三）4.單位：安［培］,符號為A。常用的單位有千安（kA）,毫安（mA）,微安（μA）等。1.2.1電流及其參考方向（三）4.單位：安［培］,符1.2.1電流及其參考方向（四）5.在分析與計算電路時,?？扇我庖?guī)定某一方向作為電流的參考方向或正方向。圖1.2電流的參考方向1.2.1電流及其參考方向（四）5.在分析與計算電路時,1.2.2電壓及其參考方向（一）1.電路中A、B兩點(diǎn)間的電壓是單位正電荷在電場力的作用下由A點(diǎn)移動到B點(diǎn)所減少的電能,即 式中,Δq為由A點(diǎn)移動到B點(diǎn)的電荷量,ΔWAB為移動過程中電荷所減少的電能。1.2.2電壓及其參考方向（一）1.電路中A、B1.2.2電壓及其參考方向（二）電壓的實際方向：是使正電荷電能減少的方向。電壓的SI單位：是伏［特］,符號為V。常用的單位：千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV）等。1.2.2電壓及其參考方向（二）電壓的實際方向：是使正電1.2.2電壓及其參考方向（三）3.量值和方向都不隨時間變化的直流電壓,用大寫字母U表示。交流電壓,用小寫字母u表示。圖1.3電壓的參考方向1.2.2電壓及其參考方向（三）3.量值和方向都不隨時間1.2.2電壓及其參考方向（四）4.若電壓的參考方向與實際方向一致，電壓為正。若電壓的參考方向與實際方向相反，電壓為負(fù)。5.分析電路時，首先應(yīng)該規(guī)定電流電壓的參考方向。1.2.2電壓及其參考方向（四）4.若電壓的參考方向與實1.2.2電壓及其參考方向（五）6.元件的電壓參考方向與電流參考方向是一致的,稱為關(guān)聯(lián)參考方向。圖1.4電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向1.2.2電壓及其參考方向（五）6.元件的電壓參考方向與1.2.3電位（一）1.在電路中任選一點(diǎn),叫做參考點(diǎn),則某點(diǎn)的電位就是由該點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓。

1.2.3電位（一）1.在電路中任選一點(diǎn),叫做參1.2.3電位（二）2.如果已知a、b兩點(diǎn)的電位各為,,則此兩點(diǎn)間的電壓即兩點(diǎn)間的電壓等于這兩點(diǎn)的電位的差3.參考點(diǎn)不同，各點(diǎn)的電位不同，但兩點(diǎn)間的電壓與參考點(diǎn)的選擇無關(guān)。1.2.3電位（二）2.如果已知a、b兩點(diǎn)的電位各為教學(xué)方法通過自學(xué)的方法引入?yún)⒖挤较虻亩x教學(xué)方法通過自學(xué)的方法引入?yún)⒖挤较虻亩x思考題為什么要在電路圖上規(guī)定電流的參考方向？請說明參考方向與實際方向的關(guān)系？2.電壓參考方向都有哪些表示方法？思考題為什么要在電路圖上規(guī)定電流的參考方向？請說明參考方向與1.3電功率和電能1.3電功率和電能目的與要求會計算電功率和電能

2.會判斷電源、負(fù)載目的與要求會計算電功率和電能重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)電功率和電能的計算

難點(diǎn)關(guān)聯(lián)參考方向和非關(guān)聯(lián)參考方向下電功率重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)電功率和電能的計算

1.功率定義：傳遞轉(zhuǎn)換電能的速率叫電功率，簡稱功率，用p或P表示。1.功率定義：傳遞轉(zhuǎn)換電能的速率叫電功率，簡稱功率，2.功率的正負(fù)

如果電流、電壓選用關(guān)聯(lián)參考方向,則所得的p應(yīng)看成支路接受的功率,計算所得功率為負(fù)值時,表示支路實際發(fā)出功率。如果電流、電壓選擇非關(guān)聯(lián)參考方向,p應(yīng)看成支路發(fā)出的功率,即計算所得功率為正值時,表示支路實際發(fā)出功率;計算所得功率為負(fù)值時,表示支路接受功率。2.功率的正負(fù)如果電流、電壓選用關(guān)聯(lián)參考方向3.直流功率在直流情況下

功率的單位為瓦［特］,簡稱瓦,符號為W,常用的有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。3.直流功率在直流情況下功率的單位為瓦［特4.電能的計算（一）從t0到t時間內(nèi),電路吸收（消耗）的電能為直流時，有4.電能的計算（一）從t0到t時間內(nèi),電路吸收（消耗）的電4.電能的計算（二）

所有元件接受的功率的總和為零。這個結(jié)論叫做“電路的功率平衡”。4.電能的計算（二）所有元件接受的功率的總和為例1.1（一）圖1.5所示為直流電路,U1=4V,U2=-8V,U3=6V,I=4A,求各元件接受或發(fā)出的功率P1、P2和P3,并求整個電路的功率P。圖1.5例1.1圖例1.1（一）圖1.5所示為直流電路,U1=4V,U2=例1.1（二）解：P1的電壓參考方向與電流參考方向相關(guān)聯(lián),故 P1=U1I=4×4=16W(接受16W)P2和P3的電壓參考方向與電流參考方向非關(guān)聯(lián),故

P2=U2I=(-8)×4=-32W(接受32W) P3=U3I=6×4=24W(發(fā)出24W)整個電路的功率P,設(shè)接受功率為正,發(fā)出功率為負(fù),故P=16+32-24=24W例1.1（二）解：P1的電壓參考方向與電流參考方向相關(guān)聯(lián)Ⅳ、教學(xué)方法講授法Ⅳ、教學(xué)方法講授法Ⅴ、思考題

1.當(dāng)元件電流，電壓選擇關(guān)聯(lián)參考方向時，什么情況下元件接受功率？什么情況下元件發(fā)出功率？

2.有兩個電源，一個發(fā)出的電能為1000kW.h,另一個發(fā)出的電能為500kW.h。是否可認(rèn)為前一個電源的功率大，后一個電源的功率小？Ⅴ、思考題1.當(dāng)元件電流，電壓選擇關(guān)聯(lián)參考方向時，什1.4電阻元件和歐姆定律1.4電阻元件和歐姆定律目的與要求

1.掌握電阻元件上的歐姆定律2.理解電路短路、開路時的特點(diǎn)目的與要求1.掌握電阻元件上的歐姆定律重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)歐姆定律、電導(dǎo)

難點(diǎn)1.短路、開路

2.應(yīng)用歐姆定律時正負(fù)號的確定

重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)歐姆定律、電導(dǎo)

1.電阻元件（一）

電阻元件是一個二端元件,它的電流和電壓的方向總是一致的,它的電流和電壓的大小成代數(shù)關(guān)系。電流和電壓的大小成正比的電阻元件叫線性電阻元件。元件的電流與電壓的關(guān)系曲線叫做元件的伏安特性曲線。線性電阻元件的伏安特性為通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線,這個關(guān)系稱為歐姆定律。1.電阻元件（一）電阻元件是一個二1.電阻元件（二）圖1.6線性電阻的伏安特性曲線1.電阻元件（二）圖1.6線性電阻的伏安特性曲線2.歐姆定律

在電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向下,線性電阻元件的伏安特性如圖1.6所示,歐姆定律的表達(dá)式為

式中,R是元件的電阻,它是一個反映電路中電能消耗的電路參數(shù),是一個正實常數(shù)。式中電壓用V表示,電流用A表示時,電阻的單位是歐［姆］,符號為Ω。電阻的十進(jìn)倍數(shù)單位有千歐（kΩ）、兆歐（MΩ）等。(1.7)2.歐姆定律在電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向下,線３.非線性電阻元件電流和電壓的大小不成正比的電阻元件叫非線性電阻元件。本書只討論線性電阻電路。３.非線性電阻元件電流和電壓的大小不成正比的電阻元件叫4.電導(dǎo)令G=1/R,則式（1.7）變?yōu)槭街?G稱為電阻元件的電導(dǎo),單位是西［門子］,符號為S。如果線性電阻元件的電流和電壓的參考方向不關(guān)聯(lián),則歐姆定律的表達(dá)式為或(1.8)4.電導(dǎo)令G=1/R,則式（1.7）變?yōu)槭街?G稱為電阻5.功率

在電流和電壓關(guān)聯(lián)參考方向下,任何瞬時線性電阻元件接受的電功率為線性電阻元件是耗能元件。5.功率在電流和電壓關(guān)聯(lián)參考方向下,任何瞬6.焦耳定律若電流不隨時間變化,以上兩式稱為焦耳定律。如果電阻元件把接受的電能轉(zhuǎn)換成熱能,則從t0到t時間內(nèi)。電阻元件的熱［量］Q,也就是這段時間內(nèi)接受的電能W為6.焦耳定律若電流不隨時間變化,以上兩式稱為焦耳定律。如果電7.兩種特殊情況

線性電阻元件有兩種特殊情況值得注意:一種情況是電阻值R為無限大,電壓為任何有限值時,其電流總是零,這時把它稱為“開路”;另一種情況是電阻為零,電流為任何有限值時,其電壓總是零,這時把它稱為“短路”。7.兩種特殊情況線性電阻元件有兩種特殊情況值例1.2有220V,100W燈泡一個,其燈絲電阻是多少？每天用5h,一個月（按30天計算）消耗的電能是多少度？解燈泡燈絲電阻為一個月消耗的電能為例1.2有220V,100W燈泡一個,其燈絲電阻是多少教學(xué)方法“歐姆定律”在物理課中曾經(jīng)接觸過，這里可采用先自學(xué)的形式，提出問題：電工基礎(chǔ)課中的“歐姆定律”與物理中的“歐姆定律”有何不同？

教學(xué)方法“歐姆定律”在物理課中曾經(jīng)接觸過，這思考題

1.線性電阻元件的伏安關(guān)系是怎樣的?

2.線性電阻元件接受功率的計算公式有哪些？思考題1.線性電阻元件的伏安關(guān)系是怎樣的?

1.5電壓源和電流源1.5電壓源和電流源目的與要求理解理想電壓源、理想電流源的特點(diǎn)目的與要求理解理想電壓源、理想電流源的特點(diǎn)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)理想電壓源、理想電流源的特點(diǎn)難點(diǎn)獨(dú)立源、受控源重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)理想電壓源、理想電流源的特點(diǎn)1.電壓源是一個理想二端元件。它具有兩個特點(diǎn):(1)電壓源對外提供的電壓u(t)是某種確定的時間函數(shù),不會因所接的外電路不同而改變,即u(t)=us(t)。(2)通過電壓源的電流i（t）隨外接電路不同而不同。常見的電壓源有直流電壓源和正弦交流電壓源。一、電壓源（一）1.電壓源是一個理想二端元件。它具有兩個特點(diǎn):一、電壓源一、電壓源（二）圖1.7電壓源電壓波形一、電壓源（二）圖1.7電壓源電壓波形一、電壓源（三）圖1.8直流電壓源的伏安特性圖1.8是直流電壓源的伏安特性。一、電壓源（三）圖1.8直流電壓源的伏安特性圖1.8一、電壓源（四）2.電壓為零的電壓源相當(dāng)于短路。

3.由圖1.7(a)知,電壓源發(fā)出的功率為

p＞0時,電壓源實際上是發(fā)出功率；

p＜0時,電壓源實際上是接受功率。一、電壓源（四）2.電壓為零的電壓源相當(dāng)于短路。1.電流源也是一個理想二端元件,它有以下兩個特點(diǎn):電流源向外電路提供的電流i(t)是某種確定的時間函數(shù),不會因外電路不同而改變,即i(t)=is,is是電流源的電流。(2)電流源的端電壓u(t)隨外接的電路不同而不同。2.如果電流源的電流is=Is(Is是常數(shù)),則為直流電流源。二、電流源（一）1.電流源也是一個理想二端元件,它有以下兩個特點(diǎn):二、電流源二、電流源（二）圖1.9電流源及直流電流源的伏安特性二、電流源（二）圖1.9電流源及直流電流源的伏安特性二、電流源（三）

3.電流為零的電流源相當(dāng)與開路。

4.電流源發(fā)出的功率為

p＞0,電流源實際是發(fā)出功率;p＜0,電流源實際是接受功率。5.電壓源和電流源,稱為獨(dú)立源。在電子電路的模型中還常常遇到另一種電源,它們的源電壓和源電流不是獨(dú)立的,是受電路中另一處的電壓或電流控制,稱為受控源或非獨(dú)立源二、電流源（三）3.電流為零的電流源相當(dāng)與開路。p＞0,例1.3（一）計算圖1.10所示電路中電流源的端電壓U1,5Ω電阻兩端的電壓U2和電流源、電阻、電壓源的功率P1,P2,P3。圖1.10例1.3圖例1.3（一）計算圖1.10所示電路中電流源的端電壓U1例1.3（二）電流源的電流、電壓選擇為非關(guān)聯(lián)參考方向,所以P1=U1Is=13×2=26W(發(fā)出)電阻的電流、電壓選擇為關(guān)聯(lián)參考方向,所以

P2=10×2=20W(接受)電壓源的電流、電壓選擇為關(guān)聯(lián)參考方向,所以

P3=2×3=6W(接受)解：例1.3（二）電流源的電流、電壓選擇為非關(guān)聯(lián)參考方向,所以教學(xué)方法以實際電池為例來闡述電壓源的特點(diǎn)教學(xué)方法以實際電池為例來闡述電壓源的特點(diǎn)

1.直流電壓源的電流是怎樣變化的？

2.直流電流源的端電壓怎樣確定？舉例說明。思考題1.直流電壓源的電流是怎樣變化的？思考題1.6基爾霍夫定律1.6基爾霍夫定律目的與要求

1.理解支路、節(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔的定義2.掌握基爾霍夫電流定律、基爾霍夫電壓定律目的與要求1.理解支路、節(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔的定義重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)基爾霍夫電流定律、基爾霍夫電壓定律難點(diǎn)用基爾霍夫定律分析電路重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)基爾霍夫電流定律、基爾霍夫電壓定律基爾霍夫定律是集中參數(shù)電路的基本定律,它包括電流定律和電壓定律基爾霍夫定律是集中參數(shù)電路的基本定律,它包括電流定律和電壓（1）支路:

電路中流過同一電流的一個分支稱為一條支路。（2）節(jié)點(diǎn):三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。

(3)

回路:由若干支路組成的閉合路徑,其中每個節(jié)點(diǎn)只經(jīng)過一次,這條閉合路徑稱為回路。

(4)網(wǎng)孔:網(wǎng)孔是回路的一種。將電路畫在平面上,在回路內(nèi)部不另含有支路的回路稱為網(wǎng)孔。一、相關(guān)名詞（1）支路:電路中流過同一電流的一個分支稱為一條支路。一、二、基爾霍夫電流定律（KCL）（一）1.在集中參數(shù)電路中,任何時刻,流出（或流入）一個節(jié)點(diǎn)的所有支路電流的代數(shù)和恒等于零,這就是基爾霍夫電流定律,簡寫為KCL。二、基爾霍夫電流定律（KCL）（一）1.在集中參數(shù)電路中二、基爾霍夫電流定律（KCL）（二）（1.14）寫出一般式子,為 ∑i=0把式（1.14）改寫成下式,即i1=i3+i4對圖1.11中的節(jié)點(diǎn)a,應(yīng)用KCL則有二、基爾霍夫電流定律（KCL）（二）（1.14）寫出一般二、基爾霍夫電流定律（KCL）（三）圖1.11電路實例二、基爾霍夫電流定律（KCL）（三）圖1.11電路實二、基爾霍夫電流定律（KCL）（四）2.在集中參數(shù)電路中,任何時刻,流入一個節(jié)點(diǎn)電流之和等于流出該節(jié)點(diǎn)電流之和。

3.KCL原是適用于節(jié)點(diǎn)的,也可以把它推廣運(yùn)用于電路的任一假設(shè)的封閉面。例如圖1.11所示封閉面S所包圍的電路。二、基爾霍夫電流定律（KCL）（四）2.在集中參數(shù)電路中三、基爾霍夫電壓定律（KVL）（一）

（1.16）1.定義：在集中參數(shù)電路中,任何時刻,沿著任一個回路繞行一周,所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零,這就是基爾霍夫電壓定律,簡寫為KVL。用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為三、基爾霍夫電壓定律（KVL）（一） （1.16）1.定三、基爾霍夫電壓定律（KVL）（二）2.在寫出式（1.16）時,先要任意規(guī)定回路繞行的方向,凡支路電壓的參考方向與回路繞行方向一致者,此電壓前面取“+”號,支路電壓的參考方向與回路繞行方向相反者,則電壓前面取“-”號。在圖1.11中,對回路abcga應(yīng)用KVL,有三、基爾霍夫電壓定律（KVL）（二）2.在寫出式（三、基爾霍夫電壓定律（KVL）（三）（1.17）3.如果一個閉合節(jié)點(diǎn)序列不構(gòu)成回路,例如圖1.11中的節(jié)點(diǎn)序列acga,在節(jié)點(diǎn)ac之間沒有支路,但節(jié)點(diǎn)ac之間有開路電壓uac,KVL同樣適用于這樣的閉合節(jié)點(diǎn)序列,即有三、基爾霍夫電壓定律（KVL）（三）（1.17）3.如三、基爾霍夫電壓定律（KVL）（四）4.將式（1.17）改寫為

電路中任意兩點(diǎn)間的電壓是與計算路徑無關(guān)的,是單值的。所以,基爾霍夫電壓定律實質(zhì)是兩點(diǎn)間電壓與計算路徑無關(guān)這一性質(zhì)的具體表現(xiàn)。不論元件是線性的還是非線性的,電流、電壓是直流的還是交流的,只要是集中參數(shù)電路,KCL和KVL總是成立的。三、基爾霍夫電壓定律（KVL）（四）4.將式（1.例1.4（一）試計算圖1.12所示電