第一章 直流电路

第一章直流电路第一节电路的基本结构【教学目标】1．了解电路的基本组成2．会识读基本的电气符号和简单的电路图【教学重点】1．电路的基本组成2．电气符号和简单的电路图【教学难点】会识读基本的电气符号和简单的电路图【一、复习】只有构成通路，电路中才有电流。

开关是构成电路通路的重要条件。

【二、引入新课】通过实例（如手电筒或家庭照明电路）分析，引入电路的组成。

【三、讲授新课】1．电路：一个基本的电流回路。

电路如图1.1所示。

图1.1 手电筒的结构与电路图2．电路组成：电源、负载、导线和开关。

（1）电源：是将非电能形态的能量转换成电能的供电设备，例如，发电机、电池等。

（2）负载：是将电能转换成非电能形态能量的用电设备，例如，电动机、照明灯等。

（3）连接导线：传送信号、传输电能。

（4）辅助设备：保证电路安全、可靠地工作（例如控制电路通、断的开关及保障安全用电的熔断器），而且使电路自动完成某些特定工作成为可能。

3..电路的三种状态（1）通路通路是指正常工作状态下的闭合电路。

此时，开关闭合，电路中有电流流过，负载能正常工作。

（2）开路开路，又叫断路，是指电源与负载之间未接成闭合电路，即电路中有一处或多处是断开的。

此时，电路中没有电流通过。

开关处于断开状态时，电路是正常开路；但开关处于闭合状态时，电路仍然开路则表明电路已出故障，则需要检测维修了。

（3）短路短路是指电源不经负载直接被导线相连。

此时，电源提供的电流比正常通路时的电流大许多倍，严重时会烧毁电源和电气设备。

因此在电路中不允许无故短路，特别不允许电源短路。

电路短路的保护装置是熔断器或自动跳路开关。

4. 电路图任何电路都可用电路图来表示。

为了方便起见，用国家标准统一规定的图形符号来代替实物，以此表示电路的各个组成部分。

【四、小结】1．电路定理图不考虑电气元件的实际安装位置和实际连线情况，只是把各元件按接线顺序用符号展开在平面图上，用直线将各元件连接起来。

2.电流流过的路径叫电路；电路由电源、负载（即：用电器）和中间环节3部分组成。

3.电路有三种状态：通路、断路和短路。

【五、习题】一、是非题：1，2，3第二节电路的常用基本物理量【教学目标】1．理解电路中电流、电压、电位的概念。

2．理解电路中电动势、电能、电功率的概念。

【教学重点】1．电子的流动方向和电流的方向。

2．电流、电压的参考方向。

【教学难点】电流、电压的参考方向；电位的概念。

【教学过程】【一、复习】1．电子带负电，是负电荷。

失去电子的原子核带正电，是正电荷。

2．电荷间有力的作用。

同种电荷相斥，异种电荷相吸。

3．电路中电流从高电位流向低电位。

【二、引入新课】描述电路的规律需要物理量，本节所介绍的物理量有些是物理中已经学过的，有的是新概念。

【三、讲授新课】1.2.1 电流1．电流：电路中带电粒子在电源作用下有规则地移动（习惯上规定正电荷移动的方向为电流的实际方向）。

2．电流参考方向：是预先假定的一个方向，参考方向也称为正方向，在电路中用箭头标出。

（1）图1.2（a），I = 3 A计算结果为正，表示电流实际方向与参考方向一致。

（2）图1.2（b），I = -3 A计算结果为负，表示电流实际方向与参考方向相反。

注意：电流的正、负只有在选择了参考方向之后才有意义。

图1.2 电流的方向特例：交流电的实际方向是随时间而变的。

如果某一时刻电流为正值，即表示该时刻电流的实际方向与参考方向一致；如果是负值，则表示该时刻电流的实际方向与参考方向相反。

3．电流的大小为QI =t电流的单位是安(培)(A)。

常用的电流单位还有毫安(mA)、微安(μA)等。

1A = 103 mA = 106 μA4．电流对负载有各种不同的作用和效应，如表1.1所示。

表1.1 电流的作用和效应1.2.2 电位与电压1．电位：就像空间的每一点都有一定的高度一样，电路中每一点都有一定的电位。

电位用字母V表示，不同点的电位用字母V加下标表示。

例如，V A表示A点的电位值。

计算电位要先指定一个电位的起点，称为零电位点（或参考点），该点的电位值规定为0。

原则上零电位点是可以任意指定的，而在实际应用中，对于强电的电力电气线路，以大地为参考点，用符号“”表示；在弱电的电子电路中，一般以装置的外壳或底板为参考点，用符号“┴”表示。

2．电压：正是由于空间高度的差异，才会引起液体从高处向低处流动，电路中电流的产生也必须有一定的电位差，在电源外部通路中，电流从高电位点流向低电位点。

电路中A、B两点的电位之差称为这两点的电压，即电压的方向：规定由高电位点（标“＋”）指向低电位点（标“－”）。

图1.3 电压及电动势的方向电压（电位）的单位：国际单位制为伏（用V 表示），常用的还有毫伏（mV ）、微伏（μV ）。

例1.1 如图1.4所示，求分别以C 点和A 点为参考点时，A 、B 、C 三点的电位以及U AB图1.4 例1.1附图结论：参考点选择不同，电位也不同，但两点之间的电压不变，即电位与参考点有关，而电压与参考点无关。

1.2.3 电动势1．电动势的定义：在电源内部，非静电力将正电荷从电源负极移到正极所做的功W 与其电量Q 之比称为电动势，用E 表示，即QWE电动势的单位为伏[特]（V ）。

2．电动势的方向规定由电源负极指向电源正极，如图1.5所示。

图1.5 电动势的方向1.2.4 电能1．电能：若导体两端电压为U ，通过导体横截面积的电荷量为Q ，电场力所做的功就是电路所消耗的电能：W = QU = U I t2．电能的单位为焦[耳]（J ）。

在实际应用中常以千瓦时（kW ⋅ h ）(曾称度)作为电能的单位。

1 kW ⋅h 时在数值上等于功率为1 kW 的用电器工作1 h 所消耗的电能。

1度 = 1 kW ⋅ h = 1000 W ⨯ 3 600 s = 3.6 ⨯ 610W ⋅ s = 3.6 ⨯ 106 J3．电能的测量是利用电能表（俗称电度表），如图1.6所示。

图1.6 电度表及接线1.2.5 电功率1．电功率：用电设备单位时间（t ）里所消耗的电能（W ）叫做电功率：tWP == U I 若是纯电阻电路：P = UI = I 2R =RU 2[例1.2] 一台25in 彩电的额定功率是120W ，共计工作5h ，若每千瓦时的电费是0.55元，则电费是多少？[例1.3] 一台电炉的额定电压为220 V，额定电流为5 A，该电炉电功率为多大？[解] P = U I = 220 ⨯ 5 W = 1 100 W=1.1 kW【四、小结】1．电流是一种物理现象，又是一个表示带电粒子定向运动强弱的物理量（电流会使导线发热，指的是物理现象；电路中有3A的电流，是指其电流的强弱）。

2．电流的参考方向是任意假定的，在电路图中用箭头标示。

如果有了电流的参考方向又有了电流的正值或负值，才可以判定出导体中电流的真实方向。

3、电压的实际方向，习惯上规定高电位点指向低电位点。

4．电动势不仅有大小，也有方向。

它的实际方向习惯上规定由低电位点指向高电位点（经内电路）。

电动势单位与电压单位一致是“伏［特］”。

5．为了描述某点电位高低，在选定一零电位点（参考点）以后，就可以用电位概念来表征某点电位的高低了。

6．电位的值与参考点的选择有关，而电压与电位参考点的选择无关。

7．电路所消耗的电能是指在电场力的作用下，该电路两端电压使电路中电荷移动所做的功。

8．电功率数学表达式为P = U IP = UI = R I 2 = U 2 / R【五、习题】一、是非题：4；二、选择题：1、2、3；计算题：1、2。

第三节电阻元件与欧姆定律【教学目标】描述欧姆定律。

【教学重点】欧姆定律。

【教学难点】电流和电压参考方向选择不一致情况下的欧姆定律表达式的描述。

【教学过程】【一、复习】1．电流的参考方向与实际方向。

2．电路的组成。

【二、引入新课】由一般电路图可以看出，影响电路电流大小的物理量主要是电阻及电动势。

它们与电流之间的关系受什么约束呢？这正是本节所研究的问题。

【三、讲授新课】1.3.1 电阻1．电阻的概念：导体对电流的阻碍作用用电阻这一参数表示。

2．在温度不变的条件下，电阻R与导体的长度l成正比，与导体的横截面积A成反比，即3．ρ为比例系数，称为电阻率，单位是欧米（Ω·m）电阻率ρ与导体的材料和温度有关。

导体的电阻率<10－6Ω·m，绝缘体的电阻率>107Ω·m，半导体的电阻率在10－6Ω·m和107Ω·m之间。

1.3.2 常用电阻元件1．线性性电阻（1）电阻参数标注：①直接标注在电阻上；②色环标注。

色环表示的意义如表1.2所示。

表1.2 色标符号规定（2）二位有效数字色环标记：如图1.7所示，该电阻的阻值为2700Ω，允许偏差±5%；（3）三位有效数字色环标记：如图1.8所示，该电阻的阻值为33200Ω，允许偏差±1%。

图1.7 两位有效数字色标示例图1.8 三位有效数字色标示例1.3.3 欧姆定律1、欧姆定律内容：电阻元件中的电流和电阻元件两端的电压成正比，与其阻值成反比。

[例1.5]试求220V/40W的白炽灯在正常发光时的电阻和电流是多少？2、电阻元件的电流、电压关系电阻的电流、电压关系特性：将电阻两端电压与流过电阻电流的关系用图形表示。

在电阻为恒定值时，电流、电压关系特性如图1.9所示。

图1.9 电阻的电流、电压特性注意：电阻越小，这条直线越陡。

1.3.4 线性电阻和非线性电阻1．线性电阻：电压、电流特性如图1.10（a）所示，电阻是常数。

2．非线性电阻：电压、电流特性如图1.10（b）所示，电阻不是常数。

(a) (b)图1.10 电阻的电流、电压特性3．非线性电阻（1）热敏电阻外形如图1.11所示。

图1.11热敏电阻（2）热敏电阻：① 负温度系数热敏电阻，简称NTC（Negative Temperature Coefficient）电阻；应用于温度测量和温度调节，还可以作为补偿电阻，对具有正温度系数特性的元件（例如晶体管）进行补偿；抑制小型电动机、电容器和白炽灯在通电瞬间所出现的大电流（冲击电流）。

② 正温度系数热敏电阻，简称PTC（Positive Temperature Coefficient）电阻。

PTC电阻可用于小范围的温度测量、过热保护和延时开关。

（3）压敏电阻：如图1.12所示。

图1.12压敏电阻【四、小结】1．线性电阻元件电流、电压特性直线的斜率能反映电阻值的大小。

2．工程应用中常用电阻元件为：3、会使用欧姆定律解题【五、习题】三、计算题：2第四节电阻的连接【教学目标】解释电阻负载的串联、并联和计算。

【教学重点】1．等效的概念。

2．分压公式及分流公式。