朱明zhubob汽车电路教学模块1-基本直流电路2

模块一 基本直流电路 课题二 欧姆定律一、任务引入如图1-21所示，用一只电流表和一只电压表分别接在有可调电阻的电路中，当调节电路中的电阻时，电阻变小则电流表读数变大，电压表读数变小；而电阻变大则电流表读数变小，电压表变大。

为什么会出现这样的现象呢？图1-21 电压不变，电流随着电阻的变化而变化要弄清楚这些现象，就需要运用欧姆定律分析计算电路中的电压、电流和电阻及三者之间的关系；掌握端电压、负载输出功率的计算方法。

二、相关知识1．电路欧姆定律 1）部分电路欧姆定律图1-22的电路为不含电源的部分电路，即一段电阻电路，可用图1-23所示的电路图来表示。

当电阻两端加上电压时，电阻中就有电流流过。

那么，电阻中电流的大小与电压的高低及电阻的大小有什么关系呢？实验证明：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，与电阻成反比。

这一结论称为部分电路欧姆定律。

用公式表示为：RUI （1-3） 式中 I — 导体中的电流，A U — 导体两端的电压，V图1-22部分电路 图1-23 全电路部分电路欧姆定律揭示了电路中电流、电压、电阻三者之间的联系，是电路分析的基本定律之一。

根据这个定律，电压、电流和电阻三个量中知道任意两个，就可以求出第三个。

2）全电路欧姆定律如果将图1-22电路中的灯泡接在电动势为E 的电源上，其电流、电动势、电阻之间又是什么关系呢？全电路欧姆定律将给我们回答。

含有电源的闭合电路称为全电路，如图1-23所示。

图中的虚线框代表一个电源的内部电路，称为内电路。

电源内部一般都是有电阻的，这个电阻称为内电阻，用字母r 或R 0表示。

内阻也可以不单独画出，而在电源符号旁边注明内阻的数值。

电源外部的电路称为外电路。

在全电路中，电流强度与电源的电动势成正比，与电路的内、外电阻之和成反比。

这一定律称为全电路欧姆定律。

用公式表示为：rR EI += （1-4） 式中 E — 电源的电动势，V R — 外电路（负载）电阻，Ω R — 内电路的电阻，ΩI — 电路中的电流。

A由式（1-4）又可得：内外U U Ir IR E +=+= （1-5） 式中U 内是电源内阻的电压降，U 外是电源向外电路的输出电压，也称电源的端电压。

因此，全电路欧姆定律又可表述为：电源电动势在数值上等于闭合电路中内外电路电压降之和。

在通常的情况下，电源电动势E 与内电阻r 都可认为是不变的，而且内电阻r 与外电路电阻R 相比较很小。

因此，电路中电流的大小主要受R 变化的影响。

根据电路的欧姆定律，可分析电路在不同的状态下，电源端电压与输出电流之间的关系。

图1-24电路的三种状态图1-25 电源的外特性例1-3 已知某白炽灯的额定电压是220V ，正常发光时电阻为1210Ω，试求流过灯丝的电流。

解：根据部分电路欧姆定律得： 0.18A 1210220===R U I例1-4 有一电源电动势E = 3V ，内阻r = 0.4Ω，外接负载电阻R = 9.6Ω，求电源端电压和内压降。

解： 0.3A 0.49.63=+=+=r R E I 内压降 0.12V 0.40.3r =⨯==Ir U端电压 2.88V 9.60.3=⨯==IR U 或 2.88V 0.123r =-=-=U E U例1-5 已知电池的开路电压 1.5V K =U ，接上9Ω的负载电阻时，其端电压为1.35V ，求电池的内电阻r 。

解：开路时 1.5V K ==U E内压降 0.15V 1.351.5r =-=-=U E U 电路的电流 0.15A 91.35===R U I 内阻 1Ω0.150.15r ===I U r 2．电功和电功率 1）电功在图1-22中，电流通过电灯时，电灯会发光；当电流通过电炉时，电炉将会发热。

这说明，电流通过不同的负载时，负载可以将电源提供的电能转换成其它不同形式的能量，这些能量的转换和传递，说明电流做了功，电流所做的功叫电功，用符号W 表示。

电功的大小与通过电器的电流、加在电器两端的电压及通电时间有关，其计算公式为： IUt W = （1-6） 将公式RUI =代入式1-6又可得： RtU Rt I W 22== （1-7）式中 U — 加在负载上的电压，V I — 流过负载的电流，A R — 电阻，Ω T — 时间，S W — 电功，J在实际中，电功还有一个单位是度（k W·h）。

1度=1k W·h=3.6×106J 2）电功率电功表示电流做功的多少，但不能表示做功的快慢。

电流在单位时间内所做的功称为电功率，用字母P 表示，其公式为：tWP = （1-8） 式中 W — 电功，J t — 时间，sP — 电功率，W在实际工作中，电功率常用的单位还有千瓦（kW ）、毫瓦（mW ）等，其换算关系为： 1kW=103W 1W=103mW根据式1-7、1-8可得电功率与电流、电压、电阻的关系为：RU R I IU P 22=== （1-9）由式（1-9）可知：（1）当负载电阻一定时，由RU R I P 22==可知，电功率与电流的平方或电压的平方成正比。

（2）当流过负载的电流一定时，由R I P 2=可知，电功率与电阻值成正比。

（3）当加在负载两端的电压一定时，由RU P 2=可知，电功率与电阻值成反比。

3）电气设备的额定值当电阻元件通过电流时，会产生热量，这种现象称为“电流的热效应”。

由于电流的热效应，导体及其周围的温度将升高。

这不但使能量白白浪费掉，还可能造成因温度过高而烧坏设备。

为了保证电器元件和设备能够长期工作，通常规定了一个最高工作温度。

显然，工作温度取决于热量，而热量又由电流、电压或功率决定的。

所以，通常把电器元件和设备安全工作时所允许的最大电流、电压和功率分别叫做额定电流、额定电压和额定功率。

一般元器件和设备的额定值都标在其明显位置，如灯泡上标有的“220V 、40W ”和电阻上标有“100Ω、2W ”等，都是它们的额定值。

电动机的额定值通常标在其外壳的铭牌上，故其额定值也称铭牌数据。

当电器元件和电气设备的实际电压和电流等于额定电压和电流时，实际功率才等于额定功率，元件和设备才能安全可靠、经济合理地运行。

正如图1-14中“220V 、60W ”的灯泡只有接到220V 的电压上时，才能发挥其60W 的正常功率。

电器元件和设备在额定功率下的工作状态叫额定工作状态，也称满载；低于额定功率的工作状态叫轻载；高于额定功率的工作状态叫过载或超载。

电器在过载状态运行很容易被烧坏，一般不允许过载。

预防过载的保护器件有熔断器、热继电器等。

例1-6 一个100Ω的电阻流过50mA 的电流时，求电阻上的电压降和电阻消耗的功率，当通过电流的时间为1min 时，电阻消耗的电能为多少？解：（1）欧姆定律得电阻电压降： 5V 1000.05=⨯==IR U （2）电阻消耗的功率： 0.25W 0.55=⨯==UI P （3）电阻消耗的电能： 15J 60.250=⨯==Pt W例1-7 一个220V100W 的灯泡正常发光时通过灯丝的电流是多少？灯丝的电阻是多大？解：由UI P =得：0.4545A 220100===U P I由RU P 2=得：484Ω10022022===P U R例1-8阻值为100Ω、额定功率为1W 的电阻两端所允许加的最大电压为多少？允许流过的电流又是多少？解：由RU P 2=得：10V 1001=⨯==PR U由R I P 2=得：0.1A 1001===R P I思考与练习一、填空题1．部分电路欧姆定律中流过电阻的电流与电阻两端的电压成 ，与电阻 成 。

（正比、反比）2．电源内部一般都是有电阻的，这个电阻称为 。

（内电阻）3．在全电路中，电流强度与电源的电动势成 ，与电路的内、外电阻之和成 。

（正比、反比）4．电流所做的功叫 ，电功不能表示做功的快慢。

而电流做功的快慢用 即电流在单位时间内所做的功。

（电功、电功率）5．高于额定功率的工作状态叫 。

电器在过载状态运行很容易被烧坏，预防过载的保护器件有 、 等。

（过载或超载、熔断器、热继电器）二、选择题1．下面表示为部分电路欧姆定律公式的是 。

a. U =IRb. P =UIc. IUt W =d. 内外U U Ir IR E +=+= 2.下面能表示电流做功的快慢的是 。

a.电功b.电流c. 电功率d.电压3．当负载电阻一定时，电功率与电流的平方或电压的平方成 。

a.正比 b.反比c.不变 d.不能确定4．灯泡上标有的“220V 、60W ” 它的额功率为 。

a. 60Wb. 40Wc. 50Wd. 20W5. “220V 、40W ”的灯泡只有接到220V 的电压上时，才能发挥其40W 的正常功率。

a. 380V b. 300V c. 260V d. 220V 1.a 2.b 3.b4.a 5 .d 三、计算题1．额定值为220V 、100W 的灯泡和220V 、25W 的灯泡，哪只灯泡的灯丝电阻较大？哪只灯泡的灯丝较粗？解： 由RU P 2=得：R 1=484Ω R 2=1936Ω 220V 、25W 的灯泡比220V 、100W 的灯泡灯丝电阻较大。

220V 、100W 的灯泡灯丝较粗。

2．要使55Ω的电阻流过4A 的电流，需在该电阻两端加多大的电压？ 解：U =IR U =220V3．已知某电池的电动势E = 1.65V ，在电池两端接上一个R = 5Ω的电阻，实测得电阻中的电流I =300mA 。

试计算电阻两端的电压U 和电池内阻r 各是多少？解： 内外U U Ir IR E +=+= 1．65=0.3×(5+ r)r=0.15ΩU =IR U=0.3×5=1.5V4．在图1-2-1中，当单刀双掷开关S 扳到位置1时，外电路的电阻R 1=20Ω，测得电流I 1 =0.3A ；当S 扳到位置2时，外电路电阻R 2 =13Ω，测得电流I 2 =0.5A ，求电源的电动势和内电阻。

图1-2-1解：内外U U Ir IR E +=+= E =0.3×20+0.3r E =0.5×13+0.5rr = 2.5Ω E =6.75V5．某车间原使用50只额定电压为220V 、功率为60W 的白炽灯照明，现改为40只额定电压为220V 、功率为40W 的日光灯。

若每天使用8h ，问1年（按300天工作日计算）可为国家节约多少度电？解：IUt W = W 50=60×50×8×300=7200000 W·hW 40= 40×40×8×300= 3840000 W·hW=W 50－ W 40=7200-3840=3360 k W·h又因为1度=1k W·h=3.6×106J 所以可以省3360度电四、问答题1．有人试图把电流表接到电源两端测量电源的电流，这种想法对吗？若电流表的内阻是0.5Ω，量程是1A ，将电流表接到10V 的电源上，问电流表上流过多大的电流？将会发生什么后果？答：当然可以，只是要选好量程、串联在电路中，U =IR 则 I =20A 因为流过表的电流大于表的量程数所以会烧坏电流表。