中国石油大学物理2-2第五章课件.pdf

uab
b
12
关联参考方向与非关联参考方向 对一个元件，电流参考方向和电压参考方向 可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常 常将其取为一致，称关联参考方向；如不一致， 称非关联参考方向。 i
a
i u
+

b
a
−
u
+
b
(a)关联参考方向
(b)非关联参考方向
如果采用关联参考方向，在标注时标出一种即可。 如果采用非关联参考方向，则必须全部标注。
一、电源 电压源和电流源 1.电压源
Us
0
Uab
I
特点：（1）电压固定，与外电路无关 。 （2）流过电压源的电流由外电路决定。
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
例3
求图示电流I。
I a Us
+
−
b
Uab R1
2
R2
2
解：
设: Us=10V 当R1接入时: I=5A
当R1 、R2 同时接入时: I=10A
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
参考方向是人为规定的电流、电压的正方向，在分析问 题时首先规定参考方向，然后根据规定的参考方向列方 程。一定要首先标明物理量的参考方向，否则结果的正、 负没有任何意义！ 参考方向可以任意规定而不影响计算结果。
参考方向一经规定，在整个分析、计算过程中就必须以此为准， 不能改动。
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
Uab是否表示a端的电位高 于b端的电位？
a
Uab 元件
b
Uab只表示a、b两端电位的参考 方向为由a指向b。实际两点电 位哪点高，要看是Uab>0，还是 Uab<0。若Uab>0，则a端电位高 于b端电位。反之， b 端电位高 于a端电位。
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
三、电路中的功率
定义： 单位时间内元件吸收（消耗）或发出（释 放）的电能。 dw 数学表达式： p dt 单位：瓦特 W 方向：在电压、电流取关联参考方向下，p=ui 表 示的是该元件吸收（消耗）功率的大小。即为：
i i + u + u
w
w
p>0
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p<0
第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
在图(a)电路中，Uab= –5V，问a、b两点哪 例1 点电位高？在图（b）电路中，U1= –6V， U2= 4V，问Uab＝？ 解： 在图（a）电路中 b点电位高 在图（b）电路中 Uab= U1 – U2 = −10V
b a a
+
uab −
（a）
+ u1 − − u2 +
b （b）
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
有一额定值为0.5W 5000Ω的电阻，其额定 电流为多大？额定电压为多大？
IN
PN R
0.5 = 0.01A 5000
U
N
I N R 0 .0 1 5 0 0 0 = 5 0 V
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
§1.2 电源与信号源
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
电流的参考方向——假定的电流正方向
参考 方向 真实 方向
i
a b
i >0
i
如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向 一致，否则说明参考方向与实际方向相反。
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
电压的参考方向（极性）——假定的电压正方向
a
+ u + u>0
U IR
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
电源开路：电源不带负载，也称空载。 开路时外电路的电阻对电源 来说等于无穷大，因此电路中电 流为零。这时电源的端电压（称 为开路电压或空载电压Uo）等于 电源电压。 I﹦0A，Uo﹦US 电源产生的功率PUS﹦US I﹦0W 电源输出的功率P输出﹦UoI﹦0W
信号的分类：
按照电流方向：直流信号和交流信号 按照其随时间变化的形式：模拟信号和数字信号 按照波形：正弦波信号和非正弦波信号
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
电路的工作状态 电路在工作时，对电源来说，通常处于下列3种 方式之一：有载、空载和短路。 有载工作状态：电源带上负载时的工作状态。
US I RS R
电源与负载的判断 若取U、I为关联参考方向 吸收功率
P UI
若取U、I为非关联参考方向 吸收功率 P UI
P0 P0
吸收功率 负载状态 ； 发出功率 电源状态
例2 判断下列各元件的工作状态。
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
解：（a）U、I为关联参考方向， 吸收的功率 P UI 2W 0 吸收的功率 P UI 2W 0 吸收的功率 P UI 2W 0 电源状态。 负载状态。 （b）U、I为关联参考方向，
结论：电压源中的电流由外电路决定
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
实际电压源 I + − Rs
U Us RL
0 理想电压源 实际电压源
Us
U
I
电源内阻，表 示内部损耗 U = Us – IRs
Rs越小 特性曲线越平坦
当Rs = 0 时，实际电压源模型就变成理想电压源模型。
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
2）实现信号的传递和处理。
4
第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
4、电路模型及理想电路元件
电路模型：用若干理想元件的某种组合来描述 实际电路。 理想元件：描述实际器件的基本物理规律的数 学模型，简称元件。
+ – 实际电路
5
S
R
电路模型
第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
理想元件
二、电流、电压及其参考方向
线性电阻的伏安特性曲线
U U R= R= I I 学会根据伏安特性曲线计算电阻值的方法。
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
电阻元件的两种特殊情况 （1）开路 当一个电阻元件的端电压u 不论为何值时，流过它的电 流恒为零，则称“开路”， 即R→∞。 （2）短路 当一个电阻元件中的电流i不 论为何值时，它的端电压u恒 为零，则称“短路”，即R=0。
通常，US较大而RS很小，则PUS很大，易烧坏电源， 是一种严重的事故，应尽量避免。
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
P输出﹦UIS﹦0W，
§1.3 电阻、电感和电容元件
一、电阻元件
电阻元件是由消耗电能的物理过程抽象出来的 理想电路元件。
电路符号:
i R + u
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−
第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
解： (a) U、I为关联参考方向
U 6 R 2 I 3
(b) U、I为非关联参考方向
U 6 R 2 I 3
(c) U、I为非关联参考方向
U 6 R 2 I 3
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(d) U、I为关联参考方向
U 6 R 2 I 3
第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
线性电阻的伏安关系（欧姆定律）：
关联参考方向时： R:电阻，表征 u =Ri 元件阻碍电流 流过的能力。 非关联参考方向时： 单位：欧姆 Ω
u ＝−Ri 在电压和电流取关联参考方向时，电阻元件的功率 2 u 2 p ui Ri R
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
例5
求出图示各电阻值。
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
电源短路：当电源两端由于某种原因而连在一起 时，电源则被短路。 电源短路时，外电路的电阻可 视为零，电流不再流过负载，这时 的电流称为短路电流Is。
US IS RS
电源产生的功率 电源输出的功率
PUS
US US IS RS
2
U 0 短路时，电源产生的功率全部消耗在内阻上，
（c）U、I为非关联参考方向，
负载状态。 （d）U、I为非关联参考方向， 电源状态。
第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
吸收的功率 P UI 2W 0
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四、额定值
定义：制造厂为了使产品能在给定的工作条件下 正常运行而规定的正常容许值。
表示：IN 、UN 、PN
额定值常标在电器设备和器件的铭牌上或打印在 外壳上，故又叫铭牌值。 电器设备在额定情况下工作，叫额定工作状态。 为什么要规定额定值呢？
0 t u 0
du uC dt dt

u
0
1 Cudu Cu 2 2
电容元件储存的电场能量只和考察时刻它的端电 压数值有关，电容元件是一种储能元件。
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
三、电感元件
电感是由磁场储能的物理过程抽象出来的理想电 路元件。 L为电感参数 单位：亨利
3
(H， mH, H)
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第一章 电路的基本概念、定律和电路元件
二、电容元件
电容是由电场储能的物理过程抽象出来的理想 电路元件。 C为电容参数，表征电容储存电荷的能力。 单位：法拉（F， F, pF ）。1 F 1 0 6 F = 1 0 1 2 p F 电路符号： 设电容元件两端，即两极板之间所加 电压为u，极板上所带电荷为q，则电 + i 容：
例如，将蓄电池和灯泡经过开关用导线连接起来， 就可构成一个汽车照明电路。
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