學習情境一 手電筒電路的分析與測試課件

學習情境一手電筒電路的分析與測試知識目標．了解電路和電路模型的基本概念；．理解電路基本物理量的概念；理解電阻元件的基本概念，掌握歐姆定律；．理解理想電壓源和理想電流源的基本特性，掌握實際電壓源模型和電流源模型；．理解基爾霍夫定律和基爾霍夫電壓定律并掌握其應用。技能目標．能闡述基本電子元器件的特性與作用；．具有識讀簡單電路圖，計算電路基本物理量的能力。素質(zhì)目標．養(yǎng)成勤于思考的學習習慣；．培養(yǎng)學生的職業(yè)意識任務一認識手電筒電路任務二認識電阻、電源任務三剖析手電筒電路規(guī)律

情境任務能力目標知識目標能畫出手電筒電路的模型能分析電流的實際方向能進行電功率的計算理解電路與電路模型的概念，電路的組成及作用；掌握電流、電壓、電功率、電能的概念；掌握電壓、電流的實際方向和參考方向的規(guī)定。任務一認識手電筒電路小電珠為什么會亮？光亮（能量）從哪里來的？怎樣實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換？問題的提出實體電路負載電源開關連接導線初析手電筒

(1)電路的概念由實際元器件構成的電流的通路稱為電路。知識一電路與電路模型1.實際電路的組成與功能

電路通常由電源、負載和導線及控制設備等中間環(huán)節(jié)三部分組成。（2）電路的組成火線..零線電源連接導線和其余設備為中間環(huán)節(jié)負載

(3)電路的功能電路可以實現(xiàn)電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換。電力系統(tǒng)中電子技術中電路可以實現(xiàn)電信號的傳遞、變換、存儲和處理。

(4)電路的分類

直流電路、交流電路（1）常見理想電路元件－－實際器件加以理想化R+

US–電阻元件電能轉(zhuǎn)換為其它能，只具耗能的電特性電容元件，電能轉(zhuǎn)為電場能，只具有儲存電能的電特性理想電壓源輸出電壓恒定，輸出電流由它和負載共同決定理想電流源

輸出電流恒定，兩端電壓由它和負載共同決定。L電感元件，電能轉(zhuǎn)換為磁場能，只具有儲存磁能的電特性IS

理想電路元件其電特性單一、精確，可定量分析和計算。分為無源元件和有源元件。C2.電路模型（2）電路模型實體電路負載電源開關連接導線SRL+

U–IUS+_R0電路模型電源負載中間環(huán)節(jié)

用抽象的理想電路元件及其組合，近似地代替實際的器件，從而構成了與實際電路相對應的電路模型，簡稱電路。（3）利用電路模型研究問題的特點電路模型是用來探討存在于具有不同特性的、各種真實電路中共同規(guī)律的工具。電路分析基本理論中運用電路模型，其主要任務就是在尋求實際電路共有的一般規(guī)律、探討各種實際電路共同遵守的基本規(guī)律帶來方便。檢驗學習結果電路由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？何謂理想電路元件？其中“理想”二字在實際電路的含義？如何學好本課程？如何在電路中區(qū)分電源和負載？試述電路的功能？何謂“電路模型”？

學好本課程，應注意抓好四個主要環(huán)節(jié)：提前預習、認真聽課、及時復習、獨立作業(yè)。還要處理好三個基本關系：聽課與筆記、作業(yè)與復習、自學與互學。電池數(shù)量不同會造成什么差異？電珠亮度為什么不同？問題的提出手電筒實際電路負載電源開關連接導線再析手電筒電流電壓電能電功率知識二電路的基本物理量知識二電路的基本物理量1.電流從物理學得知，電荷的定向移動形成電流。電流既有大小又有方向。大小用電流強度來度量，單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量稱為電流強度，用i表示，即i

dqdt=

(1)電流的大小穩(wěn)恒直流情況下I

Q

t=國際單位制(SI)中，電流的單位是安培，簡稱安(A)，實用中還有毫安(mA)和微安(μA)等。1A=103mA=106μA=109nA

?單位換算直流電流—大小和方向都不隨時間變化的電流。常簡寫作dc或DC，其強度用符號I表示。變動電流—大小和方向都隨時間變化的電流。強度用i表示。其中，一個周期內(nèi)電流的平均值為零的變動電流稱為交流電流，常簡寫作ac或AC，其強度也用符號i表示。（2）電流的種類

(3)電流的方向?qū)嶋H方向：習慣上規(guī)定以正電荷移動的方向為電流的正方向。

電路圖上標示的電流方向為參考方向，參考方向是為列寫方程式提供依據(jù)的，實際方向根據(jù)計算結果來定。

結論：如果求出的電流值為正，說明實際方向與參考方向一致，否則說明實際方向與參考方向相反。電流值的正與負，在設定參考方向的前提下才有意義！電流參考方向的兩種表示：

用箭頭表示：箭頭的指向為電流的參考方向。

用雙下標表示：如

iAB

,

電流的參考方向由A指向B。iABiABAB

在直流電路中，測量電流時，應根據(jù)電流的實際方向?qū)㈦娏鞅泶氪郎y支路中，如圖所示，電流表兩旁標注的“+”“—”號為電流表的極性。（4）直流電流的測量2.電壓Iab+

U–RL_SUs+R0路端電壓U電壓的大小反映了電場力作功的本領；電壓是產(chǎn)生電流的根本原因；其方向規(guī)定由“高”電位端指向“低”電位端。電壓的單位是伏［特］,符號為V常用的有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV）等。（1）電壓的種類：直流電壓,用大寫字母U表示；

交流電壓,用小寫字母u表示。（2）電壓的方向：電位真正降低的方向為電壓的實際方向。(1)用箭頭表示(2)用正負極性表示(3)用雙下標表示UU+ABUAB電壓參考方向的三種表示方式：當電壓的參考方向與實際方向相同時，電壓為正；反之，為負。（3）直流電壓的測量

在直流電路中，測量電壓時，應根據(jù)電壓的實際極性將直流電壓表并接在待測支路兩端。

如圖所示，若Uab=10V，Ubc=－3V，測量這兩個電壓時應按圖示極性接入電壓表。電壓表兩旁標注的“+”、“－”號分別表示電壓表的正極性端和負極性端。

電流的參考方向和電壓的參考極性原則上可以各自獨立設定。但為了方便，通常采用關聯(lián)參考方向，即電流從電壓“+”極流入，從“-”極流出（稱兩者參考方向一致），如圖(a)所示。圖(b)中兩者參考方向不一致時，稱為非關聯(lián)參考方向。

用過很長一段時間后，電珠還很亮嗎？它的能量哪里去了？問題的提出手電筒實際電路負載電源開關連接導線三析手電筒3.電能?電流能使電動機轉(zhuǎn)動、電爐發(fā)熱、電燈發(fā)光，說明電流具有做功的本領。電流做的功稱為電功，也稱電能。單位：U【V】；I【A】；t【s】時，電功W為焦耳【J】若U【KV】；I【A】；t【h】時，電功W為度【KW·h】1度電的概念1000W的電爐加熱1小時100W的燈泡照明10小時40W的燈泡照明25小時

?

日常生活中，用電度表測量電功。當用電器工作時，電度表轉(zhuǎn)動并且顯示電流作功的多少。顯然電功的大小不僅與電壓電流的大小有關，還取決于用電時間的長短。W=UIt?

單位時間內(nèi)電路吸收的電能稱為電路吸收的電功率，電功率的大小表征了設備能量轉(zhuǎn)換的本領。單位瓦特（瓦）W。4.電功率

圖(a)所示方框為電路中的一部分a、b段，圖中采用了關聯(lián)參考方向，在直流電路中，P

0時，表明該段電路吸收功率；當P0時，即產(chǎn)生功率。若為非關聯(lián)參考方向，如圖(b)所示，則結論怎樣？

①在u、i

為關聯(lián)參考方向下，若u、i

為非關聯(lián)參考方向，注意：②P

“+”或“-”表示了能量的流向。

③P吸收=P產(chǎn)生，叫功率平衡，即P

“+”表示P＞0吸收（消耗）能量P

“-”表示P＜0產(chǎn)生（提供）能量?用電器的銘牌數(shù)據(jù)值稱為額定值，額定值指用電器長期、安全工作條件下的最高限值，一般在出廠時標定。?額定電功率反映了設備能量轉(zhuǎn)換的本領。例如額定值為“220V、1000W”的電動機，是指該電動機運行在220V電壓時、1秒鐘內(nèi)可將1000焦耳的電能轉(zhuǎn)換成機械能和熱能；“220V、40W”的電燈，表明該燈在220V電壓下工作時，1秒鐘內(nèi)可將40焦耳的電能轉(zhuǎn)換成光能和熱能。

圖示電路，若已知元件功率為－20W，電壓U為5V，求電流I。+UI元件I=PU=－205=－4A

解

圖示電路，已知元件中通過的電流為－100A，電壓U為10V，電功率P。并說明元件性質(zhì)。+UI元件

解P=UI=10×(-100)=1000W元件吸收正功率，說明元件是負載。例例圖為某電路中的一部分。已知I=2A，U1=-2V。

(1)求元件1的功率P1，并說明是吸收功率還是向外提供功率。(2)若元件2向外供出的功率為10W，元件3吸收的功率為12W，求U2和U3。

例解(1)由于元件1的電壓、電流為非關聯(lián)參考方向，故P1=-U1I=-(-2)×2=4W(吸收)

(2)由于元件2和元件3的電壓、電流均為關聯(lián)參考方向，且元件2向外供出功率，而元件3吸收功率，故P2=-10W=U2I

P3=12W=U3I則想想、練練電路分析中引入?yún)⒖挤较虻哪康氖鞘裁矗?/p>

電功率大的用電器，電功也一定大，這種說法正確嗎？為什么？電路的組成與功能，電路模型；電流、電壓的實際方向和參考方向（重點）；電流、電壓的測量；功率表達式；吸收功率還是發(fā)出功率的判斷（重點、難點）小結任務一認識手電筒電路任務二認識電阻、電源任務三剖析手電筒電路規(guī)律

情境任務能力目標知識目標能識別色環(huán)電阻的阻值；

能寫出電阻元件電壓與電流的關系式；能應用電壓源和電流源的特性分析簡單電路。知道溫度對電阻的影響；明白線性電阻元件電壓與電流的關系并能應用；能說出電壓源、電流源的伏安關系。任務二認識電阻和電源電珠的亮度是否與自身性質(zhì)有關？電燈泡與電珠發(fā)光原理一樣嗎？問題的提出手電筒實際電路負載電源開關連接導線四析手電筒知識三電阻元件壓敏電阻碳膜電阻貼片電阻熱敏電阻水泥電阻滑線電阻電位器1.電阻元件及伏安特性電阻元件對電流呈現(xiàn)阻力的元件。其特性可用u～i平面上的一條曲線來描述：線性、非線性iu（1）定義伏安特性0（2）線性時不變電阻元件R任何時刻端電壓與電流成正比的電阻元件。嚴格講，電阻器、白熾燈、電烙鐵等實際元件的電阻或多或少都是非線性的。線性電阻u～iR稱為電阻，單位：

(Ohm)2.歐姆定律

單位G

稱為電導，單位：S(Siemens)u、i

取關聯(lián)參考方向伏安特性為一條過原點的直線ui0Rui+－說明線性電阻是無記憶、雙向性的元件；如電阻上的電壓與電流參考方向非關聯(lián)，公式中應冠以負號。歐姆定律只適用于線性電阻(

R

為常數(shù)）；則歐姆定律寫為u–Rii–Gu公式和參考方向必須配套使用！注意Rui-+根據(jù)電阻色環(huán)識別電阻阻值

ui3.電阻的開路與短路短路開路uiRiu+–u+–i004.電阻元件的功率與能量電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。p

-ui-(–Ri)i

i2R

u2/Rp

ui

i2R

u2/R功率Rui+-表明Rui-+從t0到t

電阻消耗的能量能量限流、耗能電阻元件性質(zhì)想想、練練有人說歐姆定律寫成U=-RI,說明此時的電阻是負的。這種說法對嗎?這些電路中的電壓、電流和電阻分別為多少？干電池有什么特點？發(fā)電機和干電池有什么異同點？問題的提出手電筒實際電路負載電源開關連接導線五析手電筒1.電壓源理想電壓源的定義理想電壓源的特點能獨立向外電路提供恒定電壓的二端元件。恒壓不恒流。US恒定，I由電源和外電路共同決定。USUI0理想電壓源的伏安特性理想電壓源的圖符號平行于電流軸的一條直線US知識四電壓源和電流源理想電壓源的開路與短路開路I=0US+_RL+_U=USI=∞US+_RL短路+_U=0理想電壓源不允許短路！理想電壓源中的電流由外電路決定設:

Us=10VIUs+_abUab2

R1當R1

R2

同時接入時：I=10AR22

當R1接入時：I=5A則：想想練練理想電壓源的串聯(lián)與并聯(lián)串聯(lián)US=

USk

電壓值相同的電壓源才能并聯(lián)，且每個電源的電流不確定。US2+_－+US1注意參考方向US=

US1－U

S25V+_+_5VI5V+_I+_USoo并聯(lián)試求圖示電路的等效電路圖示電路中的I=_____。2.電流源理想電流源的定義理想電流源的特點能獨立向外電路提供恒定電流的二端元件。恒流不恒壓。IS恒定，U由電源和外電路共同決定。ISIU0理想電流源的伏安特性理想電流源的圖符號平行于電壓軸的一條直線IS理想電流源的開路與短路開路I=IS+_U=∞短路+_U=0理想電流源輸出的電流值恒定，開路時由于理想電流源內(nèi)阻無窮大，因此其端電壓將趨近于無窮大！ISRLISRLI=IS因此，理想電流源不允許開路！理想電流源兩端電壓由外電路決定IUIsR設:IS=1A

R=10

時，R=1

時，則:想想練練U=1

V。U=10

V。理想電流源的串聯(lián)與并聯(lián)

IS1

IS2

IS3

IS并聯(lián)IS=

ISk注意參考方向IS=

IS1+IS2－IS3

電流相同的理想電流源才能串聯(lián)，且每個恒流源的端電壓均由它本身及外電路共同決定。串聯(lián)想想練練ISUS

ISUS

IS1

IS2US1US2？US？

IS？

ISIs=Is2-Is1在電路等效的過程中，與理想電壓源相并聯(lián)的電流源不起作用！與理想電流源相串聯(lián)的電壓源不起作用！3.實際電源的兩種電路模型伏安特性（1）實際電壓源模型IUUsUIRS+-UsRS越小特性越平ISRs′abUabIIsUabI外特性

Rs′Rs′越大特性越陡（2）實際電流源模型電路的兩種特殊狀態(tài)

開路狀態(tài)短路狀態(tài)檢驗學習結果1.理想電壓源和理想電流源各有什么特點？它們與實際電源的主要區(qū)別在哪里？2.當電流源內(nèi)阻很小時，對電路有什么影響？

解用實際電壓源模型表征該電壓源,可得電路如圖所示。例設電流及電壓的參考方向如圖中所示，根據(jù)歐姆定律可得U=RI即

根據(jù)

U=US-RSI

可得

某電壓源的開路電壓為30V，當外接電阻R后，其端電壓為25V，此時流經(jīng)的電流為5A，求R及電壓源內(nèi)阻RS。電路如圖所示，試求(1)電阻兩端的電壓。

(2)1A電流源兩端的電壓及功率。例

解(1)由于1A電流源為理想電流源，因此流過5Ω電阻的電流就是1A而與2V電壓源無關，即

Ｕ１=5×1=5V

(2)1A電流源兩端的電壓包括5Ω電阻上的電壓和2V電壓源，因此

U=U1+2=5+2=7V

1A電流源上的電流與電壓為非關聯(lián)方向，故P=-1×7=-7W(供出)電阻元件的特性；電阻元件的伏安關系（重點）；電阻元件的功率；電壓源的特性（重點掌握）；電流源的特性小結任務一認識手電筒電路任務二認識電阻、電源任務三剖析手電筒電路規(guī)律

情境任務能力目標知識目標能正確列節(jié)點電流和回路電壓方程；

能用KCL、KVL分析電路；能區(qū)分電位與電壓的關系會畫電子電路的習慣畫法

。熟練掌握基爾霍夫電流和電壓定律；熟練掌握電位的概念及分析方法。任務三剖析手電筒電路的規(guī)律問題的提出1.手電筒電路如圖，求各元件的電壓、電流。

解：UR=3V（兩點間的電壓只有一個）I=UR/R=3/10=0.3A

（電阻元件電壓、電流關系）

電壓源的電流與電阻的電流相等(電流的連續(xù)性原理）

分析電路有三個基本依據(jù)：電流間的關系；電壓間的關系；電壓、電流間的關系?？偨Y幾個常用的電路名詞

?

支路：一個或幾個二端元件首尾相接中間無分岔，使各元件上通過的電流相等。（m）

?節(jié)點：三條或三條以上支路的匯集點。（n）

?

回路：電路中的任意閉合路徑。（l）

?

網(wǎng)孔：不包含其它支路的單一閉合路徑。m=3abl=3n=2112332網(wǎng)孔=2+_R1US1+_US2R2R3知識五基爾霍夫定律1.基爾霍夫電流定律（KCL）任一時刻，流入電路中任一節(jié)點上電流的代數(shù)和恒等于零。數(shù)學表達式為：I1I2I3I4a–I1+I2–I3–I4=0

通常規(guī)定以指向節(jié)點的電流取正，流出節(jié)點的電流取負。在此規(guī)定下，根據(jù)KCL可對節(jié)點a列出KCL方程：∑i=0

（任意波形的電流）∑I

=0

（恒定不變的電流）KCL定律依據(jù)“電流的連續(xù)性原理”，其內(nèi)容：KCL的有關舉例與討論

?

舉例1i1i4i2i3?整理為i1+i3=i2+i4可列出KCL：i1–i2+i3–i4=0根據(jù)∑i（t）=0可得KCL的另一種形式：∑i入=∑i出電流定律還可以擴展到電路的任意封閉面。I1+I2=I3I=0I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_RKCL的推廣應用

KCL應用舉例

jA

=jB?ABi2i1i1

=i2jA=jB+_1Ω+_1Ω1Ω3V1Ω1Ω1Ω2Vi1

=i2?右封閉曲面可視為廣義節(jié)點？

?

舉例2在圖示電路中，已知R1=2Ω，R2=5Ω，US=10V。求各支路電流。解:

首先設定各支路電流的參考方向如圖中所示，由于Uab=US=10V，根據(jù)歐姆定律，有

對節(jié)點a列KCL方程，有

-I1+I2+I3=0I3=I1-I2=5-(-2)=7A例電路中，電壓源放出的功率為_____W。

？2.基爾霍夫電壓定律（KVL）

任一瞬間，沿任一回路參考繞行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。數(shù)學表達式為：ΣU=0回路電壓定律依據(jù)“電位的單值性原理”，其內(nèi)容：I1+US1R1I4US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4先標繞行方向根據(jù)：

U=0得：-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0？例如：回路a-d-c-a這個圖如何列寫KVL方程I3U4U3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-先選定回路的繞行方向，當電壓的參考方向與繞行方向一致時取“＋”，否則取“－”。KVL定律的推廣應用

或?qū)懽鲗傧牖芈妨蠯VL：USIUR+_+_US

IR

U

=0U

=US

IRKVL定律的推廣應用

ABCUA+_UAB+_UB+_UA

UB

UAB=0UAB=

UA

UB

對假想回路列KVL：或?qū)懽鱇VL定律應用舉例

#1#2#3I1I2I3R3US1+_US2_+R1R2根據(jù)ΣU=0對回路#1列KVL方程電阻壓降電源壓升即電阻壓降等于電壓源升#1方程式也可用常用形式對回路#2列KVL常用形式KVL定律應用舉例

#1#2#3I1I2I3R3US1+_US2_+R1R2此方程式不獨立省略！對回路#3列KVL方程圖示電路KVL獨立方程為

KVL方程式的常用形式，是把變量和已知量區(qū)分放在方程式兩邊，顯然給解題帶來一定方便。基爾霍夫定律應用舉例？

?

舉例：求圖中電壓U和電流I。UIKCL：-3-1+2-I=0→I=-2AVAR:U1=3I=3×(-2)=-6VKVL：U+U1+3-2=0→U=5V3A3V2V3

U11A2A

解電路如圖所示，有關數(shù)據(jù)已標出，求UR4、I2、I3、R2、R4及US的值。

解設左邊網(wǎng)孔繞行方向為順時針方向，依KVL,有

-US+2I1+10=0

代入數(shù)值后,有

US=2×4+10=18V

對于節(jié)點a,依KCL,有

I2=I1-I3=4-2=2A

則例對右邊網(wǎng)孔設定順時針方向為繞行方向，依KVL,有則電路中的I=_____，U=_____。

？檢驗學習結果根據(jù)自己的理解說明什么是支路？回路？節(jié)點和網(wǎng)孔？某電壓或某電流得負值說明什么？基爾霍夫兩定律的推廣應用如何理解和掌握？列寫KCL、KVL方程式前，不在圖上標出電壓、電流和繞行參考方向行嗎？復習提問求：I1、I2、I3

能否很快說出結果？1

++--3V4V1

1

+-5VI1I2I3對于圖示電路,I0應為多少?為什么?？電位概念電路中，某點的電位是將單位正電荷由該點沿電路所約束的路徑移至參考點電場力所做的功，用大寫字母V表示。

1.電位及其參考點知識六電路中各點電位的分析參考點電路