《電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能》課件 單元三 簡單直流電路

單元三簡單直流電路目錄頁CONTENTPAGE部分電路歐姆定律1電能與電功率2電阻串聯(lián)電路3電阻并聯(lián)電路4電阻混聯(lián)電路5閉合電路歐姆定律6單元三簡單直流電路學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解伏安法測電阻的原理，會用伏安法測量電阻；2.掌握歐姆定律，能熟練利用歐姆定律進(jìn)行電壓、電流計(jì)算；3.了解線性電阻和非線性電阻的區(qū)別，能列舉其典型應(yīng)用實(shí)例；4.理解電能和電功率的概念以及聯(lián)系和區(qū)別，會計(jì)算電能和電功率。5.理解電阻串聯(lián)、并聯(lián)電路的作用及典型應(yīng)用；6.會計(jì)算串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)電路的電壓、電流、功率和等效電阻；7.會連接電阻串聯(lián)、并聯(lián)電路，并能進(jìn)行測試分析；8.理解電動(dòng)勢的概念及其參考方向的意義；9.掌握閉合電路電流和電動(dòng)勢的關(guān)系及閉合電路歐姆定律；10.能說出電源輸出功率隨負(fù)載電阻變化的規(guī)律；11.會表述阻抗匹配的意義及應(yīng)用，能使用電工儀表估測電源的電動(dòng)勢。1.學(xué)習(xí)科學(xué)家勇于探究的科學(xué)態(tài)度和堅(jiān)持不懈的精神。2.很多工程問題可以通過等效變換解決，要善于嘗試不同視角看問題。育人目標(biāo)單元三概述單元三簡單直流電路知識體系單元三概述3.1部分電路歐姆定律3.1.1部分電路歐姆定律實(shí)踐導(dǎo)入在上一單元中，介紹過萬用表直接測量電阻，如果在電阻兩端加上一定的電壓，電路中就會有電流通過，電阻兩端的電流與所加電壓有什么關(guān)系呢？觀察電阻伏安特性探究的實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，記錄電壓表和電流表讀數(shù)變化的規(guī)律。圖3-1-1電阻伏安特性探究電路

3.1部分電路歐姆定律3.1.1部分電路歐姆定律實(shí)踐結(jié)論當(dāng)電阻兩端電壓表的讀數(shù)變化時(shí)，電流表的讀數(shù)也隨之變化。電阻兩端的電壓與流過電阻電流的比值近似相等，接近電阻的實(shí)際值R。序號12345電壓(V)

電流(A)

表3-1電阻伏安特性的探究記錄表3.1部分電路歐姆定律3.1.1部分電路歐姆定律

通過實(shí)驗(yàn)探究，可以發(fā)現(xiàn)：在同一電路中，通過某一導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比，這就是部分電路歐姆定律。

根據(jù)上面的表述，如果用I表示通過導(dǎo)體的電流，U表示導(dǎo)體兩端的電壓，R表示導(dǎo)體的電阻，則部分電路歐姆定律用表達(dá)式表示為：

或

式中，電流I的單位為安（A）、電壓U的單位為伏（V）、電阻R的單位為歐（Ω）。3.1部分電路歐姆定律3.1.1部分電路歐姆定律經(jīng)典例題【例題3-1】有一個(gè)電阻，兩端加上5V電壓時(shí)，電流為1A；當(dāng)兩端加上10V電壓時(shí)，電流是多少？【問題解析】本題考查的知識點(diǎn)為歐姆定律。由歐姆定律可知，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比，要求出電流，需要知道電壓和電阻的值，根據(jù)題干條件，電壓的值是已知的，因此，可以先根據(jù)第一次測量時(shí)電壓和電流的值算出電阻的大小，然后再根據(jù)第二次電壓大小和電阻值求出電流。3.1部分電路歐姆定律3.1.1部分電路歐姆定律經(jīng)典例題【例題3-1】有一個(gè)電阻，兩端加上5V電壓時(shí)，電流為1A；當(dāng)兩端加上10V電壓時(shí)，電流是多少？

3.1部分電路歐姆定律3.1.2線性電阻和非線性電阻一、伏安特性曲線

研究電路時(shí)，首先要了解各種電路元件（如電阻）的特性。電阻的電流與電壓的關(guān)系曲線叫做伏安特性曲線。

電阻元件的伏安特性曲線為一條過原點(diǎn)的直線。

圖3-1-2電阻的伏安特性曲線3.1部分電路歐姆定律3.1.2線性電阻和非線性電阻二、線性電阻與非線性電阻伏安特性曲線為直線的電阻叫線性電阻。只由線性電阻組成的電路叫線性電路。需要注意，歐姆定律的成立是有條件的，只對線性電路適用。如果伏安特性曲線不是直線，就是非線性電阻，如熱敏電阻、光敏電阻、二極管和三極管等。通常所說的電阻，如不作特殊說明，均指線性電阻。3.2電能與電功率實(shí)踐導(dǎo)入生活中家用電器通電時(shí)會將電能轉(zhuǎn)換成其他各種能量，這要消耗多少電能？每個(gè)月的電費(fèi)是怎么計(jì)數(shù)繳費(fèi)的呢？（a）燈泡

（b）電熱水壺銘牌

（c)電表圖3-2-13.2電能與電功率1.燈泡上的標(biāo)識是

，其中數(shù)字是

V和

W。2.電水壺后面的銘牌

，其中額定電壓為

，額定功率為

。3.電表是記錄

的儀表，單位是

，數(shù)字代表

。實(shí)踐步驟3.2電能與電功率

在日常生活中，推動(dòng)物體、舉起重物時(shí)力會對物體做功，而電流流過燈泡，燈泡會發(fā)光；電流流過電水壺，電水壺會發(fā)熱。這些電器所產(chǎn)生的各種能量（光能、熱能等）是通過電流做功來形成的。所以在電場力作用下，電荷定向移動(dòng)形成電流所做的功就稱為電功，也稱為電能。

式中電功用W表示，單位是焦耳（J）；電壓U的單位是伏特（V）；電流I的單位是安培（A）；時(shí)間t的單位是秒（s）。一、電能3.2電能與電功率

在實(shí)際應(yīng)用中，電能常用千瓦時(shí)（俗稱度）為單位，符號是kWh。焦耳與度的換算關(guān)系：1kWh=3.6

106J。1kWh可以這樣理解：

一只電功率為1000W的燈泡連續(xù)使用1h（小時(shí)），消耗的電功為1kWh，即消耗了1度電。

常用的電表就是測量電功的儀表，上面的數(shù)據(jù)就以“度”為單位，代表了用電量的大小。3.2電能與電功率

不同瓦數(shù)的燈泡接在同樣的電壓上，結(jié)果產(chǎn)生的亮度不一樣，說明電功是不同的。

為了衡量用電器做功能力，引入電功率的概念，電流在單位時(shí)間內(nèi)所做的功叫做電功率，用P表示，電功率是描述電流做功快慢的物理量。

如果在時(shí)間t內(nèi)，電流通過導(dǎo)體所做的功為W，那么電功率為

式中電功率P的單位是瓦特（W）；電能W的單位是焦耳（J）；電流做功所用的時(shí)間t，單位是秒（s）。二、電功率3.2電能與電功率

電功率的公式還可以寫成

可見，一段電路上的功率與這段電路上的電壓和電流成正比。為了保證電氣設(shè)備和電路元件能夠長期安全地工作，一般規(guī)定了額定電壓、額定電流、額定功率等銘牌參數(shù)。在實(shí)際電路中，要注意實(shí)際功率和額定功率的區(qū)別。額定功率是電器在額定工作狀態(tài)下的功率，而實(shí)際功率是電器在電路中實(shí)際損耗的功率，只有在額定工作狀態(tài)下實(shí)際功率才等于額定功率。

電路通電時(shí)，電源會將一定的電功傳送給負(fù)載，負(fù)載將電能轉(zhuǎn)換成工作所需要的其他形式的能量，即電路中存在發(fā)出功率的器件(供能元件)和吸收功率的器件(耗能元件)。

習(xí)慣上，通常把耗能元件吸收的功率寫成正數(shù)，把供能元件發(fā)出的功率寫成負(fù)數(shù)，而儲能元件(如理想電容、電感元件)既不吸收功率也不發(fā)出功率，其功率為零。3.2電能與電功率經(jīng)典例題【例題3-2】一只燈泡的銘牌上標(biāo)有“220V50W”，接在220V的電路上，求通過燈泡的電流。如果平均每天使用4小時(shí)，一年（365天）用電多少度？合為多少焦？如果改用“220V、10W”的節(jié)能燈，每天還是使用4小時(shí)，一年能節(jié)約用電多少度？3.2電能與電功率【問題解析】

220V50W分別是燈泡的額定電壓與額定功率，可以得到額定電流，根據(jù)使用時(shí)間又可以求出電功大小。3.2電能與電功率

【例題3-2】一只燈泡的銘牌上標(biāo)有“220V50W”，接在220V的電路上，求通過燈泡的電流。如果平均每天使用4小時(shí)，一年（365天）用電多少度？合為多少焦？如果改用“220V、10W”的節(jié)能燈，每天還是使用4小時(shí)，一年能節(jié)約用電多少度？三、焦耳定律3.2電能與電功率

實(shí)踐探究3.3電阻串聯(lián)電路實(shí)踐導(dǎo)入如圖3-3-1所示電路，電路中的電壓、電流和電阻存在著怎樣的關(guān)系呢？1.

按照電路圖接好電路，此時(shí)不要接入電源。用萬用表電阻擋分別測量記錄數(shù)據(jù)：RAB

=

；RBC

=

；RAC=

。2.將上圖所示電路接入電源，合上開關(guān)S，用萬用表電壓擋分別測量A、B兩點(diǎn)間的電壓值記錄數(shù)據(jù)：UAB

=

；UBC=

；UAC=

。3.斷開開關(guān)S，將萬用表分別串聯(lián)接入電路中A、B、C三點(diǎn)處，然后合上開關(guān)，測量電路中各部分的電流。記錄數(shù)據(jù)：IA=

；IB=

；IC=

。圖3-3-1

電阻串聯(lián)電路3.3電阻串聯(lián)電路實(shí)踐結(jié)論實(shí)踐探究將以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得到如下結(jié)論：1.

UAC=UAB+UBC。2.IA=IB=IC。3.3電阻串聯(lián)電路在電路中，把若干個(gè)電阻按順序首尾相接，連成一個(gè)無分支電路的連接方式叫做電阻的串聯(lián)。串聯(lián)電路的基本特點(diǎn)是：

1.電路兩端的總電壓等于各部分電路兩端電壓之和；2.電路中的電流處處相等。圖3-3-3

電阻串聯(lián)電路3.3電阻串聯(lián)電路如圖3-3-2所示電阻串聯(lián)電路，電路兩端總電壓用U表示，總電流用I表示，電阻R1兩端電壓、電流分別為U1、I1,電阻R2兩端電壓和電流分別為U2、I2。一、串聯(lián)電路的總電阻圖3-3-2

電阻串聯(lián)電路

3.3電阻串聯(lián)電路一、串聯(lián)電路的總電阻

3.3電阻串聯(lián)電路二、串聯(lián)電路中的電壓分配

三、串聯(lián)電路中的功率分配

3.3電阻串聯(lián)電路

【應(yīng)用實(shí)例】

3.3電阻串聯(lián)電路測量較大的電壓時(shí)，要串聯(lián)一個(gè)電阻R，把表頭改裝成電壓表，如圖所示。串聯(lián)電阻R的作用是分擔(dān)一部分電壓，起這種作用的電阻常常被叫作分壓電阻。圖3-3-3

把表頭改裝成電壓表

3.3電阻串聯(lián)電路經(jīng)典例題

實(shí)踐探究3.4電阻并聯(lián)電路實(shí)踐導(dǎo)入1.如圖3-4-1接好電路，此時(shí)不要接入電源。用萬用表電阻擋分別測量記錄數(shù)據(jù)：R1

=

；R2=

；RAB

=

。2.如圖3-4-2，合上開關(guān)S，用萬用表電壓擋分別測量電壓值記錄數(shù)據(jù)：UR1=

；UR2=

；UAB=

。3.斷開開關(guān)S，將萬用表分別串聯(lián)接入電路中A、B、C三點(diǎn)處，然后合上開關(guān)，測量電路中各部分的電流。記錄數(shù)據(jù)：I=

；I1=

；I2=

。圖3-4-1兩個(gè)電阻并聯(lián)圖3-4-2電阻并聯(lián)電路

3.4電阻并聯(lián)電路實(shí)踐結(jié)論實(shí)踐探究將以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得到如下結(jié)論：1.

I=I1+I2。2.UAB=UR1=UR2。3.4電阻并聯(lián)電路把幾個(gè)電阻并列地進(jìn)行連接的方式叫做電阻的并聯(lián)。并聯(lián)電路的基本特點(diǎn)是：

電路中各支路兩端的電壓相等；電路中的總電流等于各支路的電流之和。

如圖3-4-2所示電阻并聯(lián)電路，電路兩端總電壓用U表示，總電流用I表示，電路總電阻用R表示，電阻R1兩端電流為I1,電阻R2兩端電流為I2。圖3-4-2電阻并聯(lián)電路

3.4電阻并聯(lián)電路一、并聯(lián)電路的總電阻

3.4電阻并聯(lián)電路二、并聯(lián)電路中的電流分配

三、并聯(lián)電路中的功率分配3.4電阻并聯(lián)電路

【應(yīng)用實(shí)例】常用的電流表是由小量程的電流表（表頭)并聯(lián)電阻改裝而成的。

3.4電阻并聯(lián)電路測量較大的電流時(shí)，則要并聯(lián)一個(gè)小電阻R，把小量程的表頭改裝成大量程的電流表（圖3-4-3)。并聯(lián)電阻R的作用是分去一部分電流，起這種作用的電阻常常被叫作分流電阻。圖3-4-3把表頭改裝成大量程電流表

【例題3-4】一個(gè)表頭的內(nèi)阻Rg為30Ω，滿偏電流Ig為1mA。要把它改裝為量程0.6A的電流表，需要并聯(lián)多大的電阻？3.4電阻并聯(lián)電路經(jīng)典例題【問題解析】電流表由表頭和電阻R并聯(lián)組成，如圖3-4-3所示。電流表量程為0.6A，是指通過電流表的電流為0.6A時(shí)，表頭的指針指在最大刻度，即通過表頭的電流等于Ig。

3.5電阻混聯(lián)電路電路中的電阻元件既有串聯(lián)又有并聯(lián)的連接方式叫做電阻的混聯(lián)。圖3-5-1是電阻的混聯(lián)電路。一般情況下，電阻混聯(lián)電路可以通過電阻串、并聯(lián)等效概念逐步化簡，最后化為一個(gè)簡單的等效電路。圖3-5-1電阻混聯(lián)電路

如圖3-5-1所示電阻混聯(lián)電路，不管是哪種形式，分析這些電路時(shí)，都應(yīng)對電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，然后進(jìn)行計(jì)算。一、根據(jù)電流流向畫出等效電路

3.5電阻混聯(lián)電路

如圖3-5-2（a）所示電路，假設(shè)電流從A點(diǎn)出發(fā)，流經(jīng)R1，分成兩條支路，經(jīng)過R2、R3之后匯聚在一起，回到B點(diǎn)。圖3-5-2混聯(lián)電路及其等效電路

由等效電路圖3-5-2（b）不難看出，R2和R3并聯(lián)后，再與R1串聯(lián)。只要知道各個(gè)電阻的值，就可以根據(jù)串聯(lián)和并聯(lián)的特點(diǎn)，求出等效電阻。二、根據(jù)等電位法畫出等效電路。3.5電阻混聯(lián)電路1.在原電路圖中，給每個(gè)連接點(diǎn)標(biāo)注一個(gè)字母；2.同一導(dǎo)線相連的各連接點(diǎn)用同一字母；3.從電源正極出發(fā)，由等電位點(diǎn)確定電阻的連接關(guān)系，畫出等效電路圖。先對圖3-5-3（a）所示的電路進(jìn)行整理。R2、R3、R4、R5都是接在A、B點(diǎn)之間，因此UR2=UR3=UR4=UR5，即4個(gè)電阻兩端的電壓都相等，畫出等效電路如圖3-5-3（b）所示，R2、R3、R4、R5并聯(lián)后，再與R1串聯(lián)。如果知道各個(gè)電阻的阻值，就可以算出它們的等效電阻。圖3-5-3混聯(lián)電路及其等效電路【例題3-5】如圖3-5-3所示電路，E=2V，R1=1Ω，R2=R3=R4=R5=4Ω，并求出A、B兩點(diǎn)間的等效電阻RAB以及電路中的總電流。3.5電阻混聯(lián)電路經(jīng)典例題【問題解析】根據(jù)等電位法畫出的等效電路可以看出，四個(gè)電阻為并聯(lián)關(guān)系。

【例題3-6】如圖3-5-4所示電路，畫出其等效電路圖，并求出A、B兩點(diǎn)間的等效電阻RAB。3.5電阻混聯(lián)電路經(jīng)典例題圖3-5-4電路圖【問題解析】由電路圖看不出三個(gè)電阻的關(guān)系，根據(jù)混聯(lián)電路分析步驟，A、B兩點(diǎn)各有一個(gè)等電位點(diǎn)，在電路圖中所示位置標(biāo)上字母A、B，等效電路如圖3-5-5所示。3.5電阻混聯(lián)電路經(jīng)典例題

圖3-5-5

等效電路3.6閉合電路歐姆定律實(shí)踐導(dǎo)入

圖3-6-1中小燈泡的規(guī)格都相同，兩個(gè)電路中的電池也相同。合上開關(guān)后，多個(gè)并聯(lián)的小燈泡的亮度比單獨(dú)一個(gè)小燈泡暗。

如何解釋這一現(xiàn)象呢?圖3-6-13.6閉合電路歐姆定律實(shí)踐導(dǎo)入1.取兩只同型號的電池（一只新、一只舊），用直流電壓表直接測量電池正負(fù)極間的電壓，并記下它們的數(shù)值。2.將這兩只電池分別接上同一負(fù)載（如燈泡），再用直流電壓表測量此時(shí)電池的端電壓。【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】1.

用電壓表直接測量新、舊兩只電池兩極間的電壓，所得的數(shù)值基本相等。2.將上述兩只電池接上相同負(fù)載后，測得兩極間的電壓數(shù)值不相等。3.6.1電源的電動(dòng)勢一、電動(dòng)勢在電源內(nèi)部,存在著由正極指向負(fù)