第1章直流电路

第1章 直流电路

【课题】

1.1 电路的基本结构

【教学目标】

描述简单电路的基本结构及电气定理图。 【教学重点】

电路的组成。 【教学难点】

电路组成中辅助设备的说明。 【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 电路的基本结构

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。 【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．电路的组成：

⎪⎪

⎩

⎪⎪⎨⎧导线连接电源

负载电路组成控制设备

【五、习题】一、是非题：1，2，3；二、选择题：1。

【课题】

1.2 电路的主要物理量

【教学目标】

描述电路的主要物理量。

【教学重点】

电流、电压的方向与参考方向；电位的概念；电功率的计算。

【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

Q

I =

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 μA

4．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

1.2.2 电压与电动势

1．电压：可以通过电荷的分离产生，如图1.3所示。要把不同极性的电荷分离开，就必须对电荷做功。在电荷分离过程中，这两种不同极性的电荷之间便产生了电压。

电压为零低电压高电压

图1.3 电压是分离电荷的结果

2．非静电力在电源内部搬运（分离）电荷，且分离电荷后产生的电压越高，对电荷所做的功也越大。例如：

（1）图1.4是通过感应来产生电压。将条形磁铁插入线圈再从线圈中拔出，电压表的指针摆动，这是利用磁来产生电压，称为电磁感应。

图1.4 通过电磁感应产生电压

（2）图1.5是通过热来产生电压。将一段铜丝和一段康铜丝绞合或焊接起来，将另外的导线端接在一个电压表上，并在两段导线的连接处加热，这两段导线的另外两端会产生电压。

图1.5 通过热来产生电压

（3）图1.6 所示为通过光来产生电压。将一光敏器件接在电压表上，用光源来照射该光敏器件，光敏器件的两端就会产生电压。

图1.6 通过光来产生电压

（4）图1.7所示为通过晶体的形变产生电压（压电效应）。将压电晶体与高内阻的电压表相连接，并在其表面施加压力，当压力增大和减小时，电压表显示出电压。

图1.7 通过压力产生电压

（5）通过对绝缘材料摩擦也可以产生电压，摩擦起电的现象就是通过摩擦将电荷分离转移，从而形成电压。这种方式产生的电称为静电。

综上所述，电压产生的过程是非静电力搬运（分离）电荷做功过程，非静电力做的功越大，电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大。

3．电源电动势（电动势）：它表征非静电力在电源内部搬运电荷所做的功与被移送电荷量的比值。

4．电动势的大小为

Q

W E S =

电动势的单位为伏[特]（V ）。

5．电动势的方向规定由电源负极指向电源正极，如图1.8所示。

图1.8 电动势的方向

图1.8所示电路中，非静电力将电荷分离搬运到电源两端，当外电路闭合时，电荷会经外电路移动而形成外电路电流I 。

6．电压表征静电力在电源外部搬运电荷所做的功（W ）与被移送电荷量（Q ）的比值。即

Q

W U =

电压的单位和电动势的单位一样也是伏[特]（V ）。

7．电压的方向规定由电源正极（高电位端）指向电源负极（低电位端）。 1.2.3 电位

1．什么是电位？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。

2．电位有什么作用？由于空间高度的差异，才会引起液体从高向低流动。电路中电流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。

3．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。

4．零电位点：衡量电位高低的一个计算电位的起点，该点的电位值规定为0V 。习惯上常规定大地的电位为零，称为参考点。

5．电路中零电位点规定之后，电路中任何一点与零电位之间的电压，就是该点的电位。反之各点电位已知后，就能求出任意两点（A 、B ）间的电压。

例如，V A = 5V ，V B = 3V ，那么A 、B 之间的电压为

U AB = V A - V B =（5 - 3）V = 2 V

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 t

2．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 ⨯ 6

10W ⋅ s = 3.6 ⨯ 106 J

3．电能的测量是利用电能表（俗称电度表），如图1.9所示。

图1.9 电度表及接线

[例1.1] 一台25 in. 彩电额定功率是120 W ，每千瓦时电的电费为0.45元，共计工作5小时，电费为多少？

[解] 电费 = 千瓦数 ⨯ 用电小时数 ⨯ 每千瓦时费用

= 0.12 ⨯ 5 ⨯ 0.45元 = 0.27元

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：

t

W

P =

= U I 若是纯电阻电路：

P = UI = I 2

R =R

U 2

2．电功率是利用功率表进行测量的，其测量线路如图1.10所示。