第1章-认识直流电路课件.ppt
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- 认识 直流 电路 课件
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1、直流电路直流电路v了解电路的组成及各部分的作用,了解电路图中常用元件符号。v理解电流电压电阻电源电动势电功电功率等电学量的概念. 写出相关的公式v理解直流电路中电流电压电阻之间的关系:欧姆定律,掌握运用欧姆定律。v理解电路三种状态,了解电气设备的额定值.v说出焦耳定律的内容,写出焦耳定律的表达式。能应用电功、焦耳定律分析和解决实际问题。知识目标知识目标直流电路直流电路v学会正确使用电流表、电压表、万用表等仪表测量有关电学量.v学会白炽灯、日光灯等实际电路的连接。技能目标技能目标1.1电路概念的建立电路概念的建立v认识电路的组成,知道电路各部分认识电路的组成,知道电路各部分的作用和工作状态。的作
2、用和工作状态。v认识常见电源、熔断器、漏电保护认识常见电源、熔断器、漏电保护器。器。学习目标学习目标1.1电路概念的建立电路概念的建立1.1.1 观察电路的组成观察电路的组成 在我们周围存在着各种简单或复杂的在我们周围存在着各种简单或复杂的电路电路,它们的结构组成必定符合相同的规律和它们的结构组成必定符合相同的规律和要求要求.让我们通过观察来认识电路的组成规律让我们通过观察来认识电路的组成规律. 如图如图1.1所示所示,将干电池、灯泡、开关、电将干电池、灯泡、开关、电线等连接成电路,当我们将开关接通时,灯线等连接成电路,当我们将开关接通时,灯泡发光。泡发光。图图1.1 电路的组成电路的组成 v
3、灯泡发光是由于电流通过灯丝时产生热效益所致,可见在上述电路中已形成了完整的电流的通路。电路的组成包括:(1)电源-供电的器件;(2)用电器-利用电来工作的器件; (3)开关-控制电路接通或断开的器件;(4)导线-起连接和电流传输作用的材料。 国际电工委员会和我国国家标准委员会对各类电路元器件都规定了统一的符号(称为国际电路常用符号)如表1.1所示1.1.1常用电气元件符号常用电气元件符号v表表1.11.1 常用电路元件符号直流电交流电交直流电开关电阻接机壳电池电位器接地线圈电容连接导线铁芯线圈电流表不连接导线抽头线圈电压表熔断器直流发电机 二极管电灯交流发电机直流电动机交流电动机MGGM1.1
4、.2 观察电路的状态观察电路的状态 灯泡能以是否发光显示所处电路的工作状灯泡能以是否发光显示所处电路的工作状态,电炉能以是否发热显示其电路状态,还有一些态,电炉能以是否发热显示其电路状态,还有一些电路没有明显的标志显示其状态,但是我们可以通电路没有明显的标志显示其状态,但是我们可以通过对电路有关电学量的测量分析判断电路的状态,过对电路有关电学量的测量分析判断电路的状态,我们还经常可以在很多用电器上看到诸如我们还经常可以在很多用电器上看到诸如“警告警告”、“WARNING”等标志,禁止电路处于某些状态,等标志,禁止电路处于某些状态,这又是什么原因呢?这又是什么原因呢?如图如图1.1所示所示, 当
5、开关接通时,灯泡当开关接通时,灯泡发光发光,表明电路处于,表明电路处于导通导通状态;状态; 当开关断开或电线断裂、接头松脱时,灯泡当开关断开或电线断裂、接头松脱时,灯泡不发光不发光,表明,表明电路处于电路处于断开断开状态。状态。 通常电路存在通路(闭路)、开路(断路)两种状态,但在发生故障或连接错误时,还存在短路状态,电路3种状态的比较如表1.1所示。状态状态 特点特点通路电路接通有电流通过开路电路一处或多处断开无电流通过短路导线未经用电器(负载)而直接将电源正负极(两极)相接电流很大,易引起电路烧毁甚至火灾等严重事故 短路会产生什么后果?实际生产和生活中是如何防止短路的?v1.电流流通的_叫
6、做电路,它由_ 、_ 、_和_这4部分组成.v2.电路存在_、_ 和_3种可能的状态,其中_状态应严格避免,因为它会引起_等严重后果.v3.现在,为保证安全,许多家庭的配电箱上还安装了漏电保护器,观察家电漏电保护器,了解其主要性能和使用方法.v4. 6节相同的干电池,每节的电动势均为1.5V,内电阻均为0.1,若将其顺序串联,则总的电动势为_V,总的内阻为_.1.2电路中物理量及相互关系电路中物理量及相互关系v说出电流、电压、电位、电功率、电阻的概念,说出电流、电压、电位、电功率、电阻的概念,写出它们的公式写出它们的公式v说出欧姆定律的内容,写出欧姆定律的表达式。说出欧姆定律的内容,写出欧姆定
7、律的表达式。v会应用欧姆定律分析和解决实际问题。认识电会应用欧姆定律分析和解决实际问题。认识电路的组成,知道电路各部分的作用和工作状态。路的组成,知道电路各部分的作用和工作状态。v认识常见电源、熔断器、漏电保护器。认识常见电源、熔断器、漏电保护器。学习目标学习目标1.2.1电流电流 在物质内部有正、负两种不同的电荷,电荷的定向移动形成电流。电流用I表示,从微观上分析,电流的大小与单位时间内通过导体横截面的电荷量有关,即式中,I为电流(A);为电荷量(C);t为时间(t)在宏观上,通常用电流表和万用表测量电流。在国际单位制中,电流的单位是安培(A),此外常用的还有毫安(mA)、微安(A)等。它们
8、的关系为:1安培( A)=1000毫安( mA)=1000微安(A)tQI 习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的电流的方向方向。通常根据电流方向是否随时间改变而将电流分成直流电流直流电流和交流电流交流电流(如图1.4所示)。图1.4 直流电流与交流电流波形t(时间)t(时间)I(电流)I(电流)直流电交流电某电路横截面上某电路横截面上1min(分)内通过(分)内通过的电荷为的电荷为10C(库仑),那么这段(库仑),那么这段电路的电流等于多少电路的电流等于多少 A(安培)?(安培)?v正如水位差带来的水压导致水流一样,电压是形成电流的必要条件之一,电路中提供电压的器件是电源。v电压的符号为U,
9、在国际单位制中,电压的单位是伏特(V),此外还有千伏(KV)、兆伏(MV)、毫伏(mV)、微伏(V)等。v它们的关系为:v1兆伏(MV)=103千伏( KV)=106伏特(V)v1 伏特(V)=103毫伏(mV)=106微伏(V)1.2.2电压、电位电压、电位v在电路中a、b两点间的电压等于a、b两点间的电位之差。即 Uab=Va-Vbv它是导体两端在电场中的相对位置(电位)之差。根据电路中电流是直流电流还是交流电流,电路两端电压分别为直流电压和交流电压。v正如水路中各点在空间都有一个水位高度一样,电路中各点都有一个电位.水路中各点的水位高度计算都有一个起点,称为参考点参考点,例如,以海平面为
10、起点的海拔高度其参考点就是海平面,同样,电路中的电位也要有一个参考点,称为零零电位点电位点.v如同水位高度相对于不同参考点有不同数值一样,电位相对于不同的零电位点,其数值也不相同,可见电位和水位都具有相对性相对性v电位的符号是V,单位是伏特.零电位的选择具有任意性,通常为了实际测量方便起见,习惯上以大地电位作为零电位点,设备外壳通常接地或者设备中元件均与一个公共点相连,所以一般把设备外壳或电路中某一个公共点作为零电位点.零电位点有称接地点,其符号见表一。1.2.3电阻电阻 电阻定律电阻定律 自然界的物质按其导电能力的不同,通自然界的物质按其导电能力的不同,通常分为常分为导体、绝缘体、和半导体导
11、体、绝缘体、和半导体。导体是导。导体是导电能力较强的一类物质,如金属、电解液等;电能力较强的一类物质,如金属、电解液等;绝缘体是导电能力较弱的一类物质,如橡胶、绝缘体是导电能力较弱的一类物质,如橡胶、塑料、玻璃等;而半导体是导电能力介于导塑料、玻璃等;而半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间且导电能力易于受到外界的体和绝缘体之间且导电能力易于受到外界的物理化学因素影响的一类物质。除此之外,物理化学因素影响的一类物质。除此之外,近几十年来人们还发现了导电能力极强的所近几十年来人们还发现了导电能力极强的所谓谓超导体超导体。v当电流在导体中流过时,定向运动的自由电子与导体内的原子核发生碰撞而受到阻碍,
12、将电能转化为热能或其它不可逆形式的能量。这种导体对电流的阻碍能力称为电阻,用R表示。电阻的单位是欧姆(),简称欧,实用单位还有千欧(K),兆欧(M).它们的关系为:v1K=1000; 1 M=1000000v导体的电阻是客观存在的。实验表明,金属导体的电阻与导体的长度成正比,与导体的横截面积成反比,还与材料的导电性能有关,即v式中,R为导体的电阻();L为导体的长度(m);S为导体的横截面积(m2);为导体的电阻率(.m)。SLR电阻率是反映材料导电性能的参数,不同的金属材料有不同的电阻率。部分金属导体的电阻率见表1-3。 表1.3 部分金属导体在200C时的电阻率材料电阻率/()材料电阻率/
13、()银1.610-8康铜5.010-7铜1.710-8锰铜4.410-7铝2.810-8镍铬铁合金1.110-6钨5.810-8铝铬铁合金1.310-6铁1.010-7从表1.3可以知道,铜、铝的电阻率很小,常用来制造导线;银的电阻率很小,但价格昂归,仅使用在对导体有较高要求的特殊场合;镍铬铁合金的电阻率很大,但耐高温,可用来制造电炉的电热丝。v例1-1 小李家装修需要一盘铜导线,v分析:查表1.3可知铜的电阻率在200C时为1.710-8v实验还表明,导体的电阻和温度有关。通常金属导体的电阻随温度升高而增加。如白灯中的钨丝,在常温时只有几十欧姆,当有电流流过时,在钨丝上产生大量的热,使温度上
14、升,其电阻也上升到几千欧姆。有些导体材料在温度下降到某一低温时,其电阻会突然消失,这种材料称为超导体。在超导状态时,导体的电阻值为零,没有电能的损失,电流一旦被激发,就不需要外加电源,能一直持续下去,是一种理想的导电材料。W-6868.0102.5100107.1SLR 导体两端加上电压后,导体中才有持续的导体两端加上电压后,导体中才有持续的电流,那么,电压和电流有什么关系呢?电流,那么,电压和电流有什么关系呢? 经过长期的科学研究,经过长期的科学研究,1826年,德国科学年,德国科学家欧姆提出了部分电路欧姆定律:家欧姆提出了部分电路欧姆定律:电路中的电流电路中的电流I与电阻两端的电与电阻两端
15、的电压压U成正比,与电阻成正比,与电阻R成反比。成反比。1.2.4欧姆定律欧姆定律(一)部分电路欧姆定律(一)部分电路欧姆定律v图1. 5 部分电路IRUOIU图1. 6 电阻的伏安特性曲线v图1.5所示电路中,电压、电流的参考方向如图所示,部分电路欧姆定律可以用公式表示为:RUI 式中:式中:I电路中的电流强度,单位是安培(电路中的电流强度,单位是安培(A););U电阻两端的电压,单位是伏特(电阻两端的电压,单位是伏特(V););R电阻,单位是欧姆(电阻,单位是欧姆()。)。v 电流和电压间的正比关系,可以用伏安特性曲线来表示。伏安特性曲线是以电压U为横坐标,以电流I为纵坐标画出的UI关系曲
16、线。电阻元件的伏安特性曲线如图1.1.7所示,伏安特性曲线是直线时,称为线性电阻;如果不是直线,则称为非线性电阻。线性电阻组成的电路叫线性电路。欧姆定律只适用于线性电路。欧姆定律经过数学变换,还可以得出:IURRIU例例1.2v已知某灯泡两端的电压为220V,灯泡的电阻为1210 ,求通过灯泡的电流。解:解:由部分电路欧姆定律可得:由部分电路欧姆定律可得:ARUI182.01210220例例1.3 某导体两端电压为3V,通过导体的电流为0.5A,导体的电阻为多大?当电压改变为6V时,电阻为多大?此时通过导体的电流又为多少?IRU 电阻的大小与电压无关,电阻的大小与电压无关, 仅仅意味仅仅意味着
17、利用加在电阻两端的电压和通过电阻的电着利用加在电阻两端的电压和通过电阻的电流可以来量度电阻的大小,而绝不意味着电流可以来量度电阻的大小,而绝不意味着电阻的大小是由电压和电流决定的阻的大小是由电压和电流决定的v解:由部分电路欧姆定律可得:解:由部分电路欧姆定律可得:v当电压改变为当电压改变为6V时,电阻不变,时,电阻不变,R6 v此时,电流此时,电流v W65 . 03IRUARUI166例例1.4v一只小鸟站在一条能导电的铝质裸输电线上,如图1.7所示。导线的横截面积为240mm2 ,导线上通过的电流为400A,小鸟两爪间的距离为5cm,求小鸟两爪间的电压。小鸟两爪间的电压小鸟两爪间的电压UR
18、I,I=400A,L=5cm=510-2 m, S=240mm2 =240 10 -6 m2 ,查表可知铝的电阻率查表可知铝的电阻率=2.8310-8 .mSLRv解:v有电阻定律可得:v由部分电路欧姆定律可得:v因为小鸟两爪间的电压只有2.36mV,通过小鸟的电流很小,所以小鸟站在输电线上是安全的。W-6628109 . 5102401051083. 2SLRmVVRIU36. 21036. 2400109 . 536- 小鸟站在一根高压线上是安全的,小鸟站在一根高压线上是安全的,而人接触而人接触 单根高压线为什么有可能触电?单根高压线为什么有可能触电? 实际电路是由电源和负载组成的闭合电路
19、,我们实际电路是由电源和负载组成的闭合电路,我们把它叫做全电路,如图把它叫做全电路,如图1.8所示。所示。图1.8全电路SIUErR(二)全电路欧姆定律(二)全电路欧姆定律v式中:vI闭合电路的电流,单位是安培(A);vE电源电动势,单位是伏特(V);vr电源内阻,单位是欧姆();vR负载电阻,单位是欧姆( )。进一步作数学变换得:进一步作数学变换得:E=IR+Ir E为电源电动势,r为电源内阻,R为负载电阻。电路闭合时,电路中有电流I流过。全电路欧姆定律告诉我们:闭合电路中闭合电路中的电流跟电源电动势成正比,与电路的总电阻(内电路电阻与外的电流跟电源电动势成正比,与电路的总电阻(内电路电阻与
20、外电路电阻之和)成反比。电路电阻之和)成反比。用公式表示为:rREI端电压随外电路电阻变化的规律:端电压随外电路电阻变化的规律:特例:开路时特例:开路时 ,I=0,U=E-。UEUrIUrREIR)(R-。UEUrIUrREIR特例:短路时特例:短路时 (R=0),), ,U=0rEIv而RI=U是外电路上的电压,我们把它叫做路端电压或端电压。因此,全电路中的路端电压 v U=E-rI例例1.5I 图1.9所示电路中,已知电源电动势E=220V,电源内阻r=10 ,负载电阻R=100 。 求: (1) 电路电流;(2)电源端电压;(3)负载上的电压;(4)电源内阻上的电压。REr图1.9 例1
21、.5所用电路图本题可利用全电路欧姆定律和部分电路欧姆定律相关公式求解。v解:v(1)由全电路欧姆定律可得:v(2)电源端电压U=E-rI=220-102200Vv(3)负载上的电压U=RI=1002=200V负载上的电压等于电源端电压。v(4)电源内阻上的电压U。rI=102=20VArREI210010220综合案例v图1.10所示电路中,已知E6V,r=0.5 ,R=200 .求开关S分别处于1、2、3位置时电压表和电流表的读数。v思路分析思路分析v解本题的关键是要弄清楚开关S分别处于1、2、3位置时,电路的工作状态。图1.10 综合案例所用图v优化解答vS处于1时,电路呈短路状态vS处于
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