第二章 简单直流电路资料.docx

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第二章简单直流电路资料

课  题2－1闭合电路的欧姆定律

课型新课

授课时数2

教学目标1．理解电动势、端电压的概念。

2．熟练掌握闭合电路的欧姆定律。

3．掌握电源输出功率与外电阻的关系。

教学重点1．闭合电路的欧姆定律。

2．电源输出功率与外电阻的关系。

教学难点闭合电路的欧姆定律。

第一节 闭合电路的欧姆定律

一、电动势

1．电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。

用符号E表示。

2．单位：

伏特（V）

注意点：

（1）电动势由电源本身决定，与外电路无关。

（2）电动势的规定方向：

自负极通过电源内部到正极的方向。

二、闭合电路的欧姆定律

1．复习部分电路的欧姆定律

I=

2．闭合电路欧姆定律的推导

（1）电路

（2）推导

设t时间内有电荷量q通过闭合电路的横截面。

电源内部，非静电力把q从负极移到正极所做的功W=Eq=EIt，电流通过R和R0时电能转化为热能

Q=I2Rt+I2R0t

因为

W=Q

所以

EIt=I2Rt+I2R0t

E=IR+IR0或I=

（3）闭合电路欧姆定律

闭合电路内的电流，与电源电动势成正比，与整个电路的电阻成反比。

其中，外电路上的电压降（端电压）

U=IR=E-IR0

内电路上的电压降

U=IR0

电动势等于内、外电路压降之和

E=IR+IR0=U+U

例1：

如上图，若电动势E=24V，内阻R0=4，负载电阻R=20，试求：

（1）电路中的电流；

（2）电源的端电压；（3）负载上的电压降；（4）电源内阻上的电压降。

（1）I=E/（R0+R）=24/24=1A

（2）U=E－IR0=24－1×4＝20V

（3）U负=U＝20V

（4）U=IR0=1×4＝4V

例2：

电源电动势为1.5V，内电阻为0.12，外电路电阻为1.38，求电路中的电流和端电压。

I=E/（R0+R）=1.5/（0.12+1.38）=1A

U=E－IR0=1.5－1×0.12＝1.38V

例3：

电动势为3.6V的电源，与8的电阻接成闭合电路，电源两极间的电压为3.2V，求电源的内电阻。

I＝U/R＝3.2/8＝0.4A

R0＝（E－U）/I＝（3.6-3.2）/0.4＝1

三、端电压

1．电动势与外电路电阻的变化无关，但电源端电压随负载变化，随着外电阻的增加端电压增加，随着外电阻的减少端电压减小。

证明：

I=

当R增加时，（R+R0）增加，电流I减小，U=E-IR0增加；同理可证，当R减小时，U也减小。

2．两种特例：

（1）当外电路断开时，R趋向于无穷大。

I=0

U=E-IR0=E

即

U=E

应用：

可用电压表粗略地测定电源的电动势

（2）当外电路短路时，R趋近于零，I=

趋向于无穷大，U趋近于零。

短路时电流很大，会烧坏电源，引起火灾，决不允许将导线或电流表直接接到电源上，防止短路。

应用：

测量电动势和电源内阻。

例4：

例1

例5：

有一简单闭合电路，当外电阻加倍时，通过的电流减为原来的2/3，求内阻与外阻的比值。

四、电源向负载输出的功率

1．P电源=IE；P负载=IU；P内阻=I2R0；U=E-IR0

同乘以I，得

UI=IE-I2R0

IE=IU+I2R0

P电源=P负载+P内阻

在何时电源的输出功率最大？

设负载为纯电阻当R=R0时，

Pmax=

这时称负载与电源匹配。

2．电源输出功率P与负载电阻R的变化关系曲线

3．注意：

当R=RO时，电源输出功率最大，但此时电源的效率仅为50%。

练习P-36习题

1．是非题

（1）、

（2）。

2．选择题

（1）、

（2）。

小结1．电源电动势的大小和方向。

2．闭合电路的欧姆定律的内容和表达式。

3．端电压的概念；外电阻增大和减小时，端电压的变化。

4．电源输出功率最大的条件，这时的输出效率。

布置作业P-37习题

3．填充题

（1）、

（2）。

4．问答与计算题

（1）、

（2）。

课  题2－2电池组

课型新课

授课时数1

教学目标掌握串、并联电池组的特点。

教学重点串、并联电池组电动势、内阻的计算。

教学难点混联电池组的计算。

课前复习：

1．闭合电路欧姆定律的内容和表达式。

2．端电压随外电阻的变化规律。

3．电源输出最大功率的条件。

第二节　电池组

一个电池所能提供的电压不会超过它的电动势，输出的电流有一个最大限度，超出这个极限，电源就要损坏。

对于要求较高电压或较大电流的场合，就要用到多个电池的串联和并联及混联。

一、电池的串联

1．当负载需要较高电压时，可使用串联电池组供电。

设串联电池组n个电动势为E，内阻为R0的电池组成，则：

E串=nE

r串=nR0

2．特点：

（1）电动势等于单个电池电动势之和。

（2）内阻等于单个电池内电阻之和。

3．注：

用电器的额定电流必须小于单个电池允许通过的最大电流。

二、电池的并联

1．当负载需要较大电流时，可使用并联电池组供电。

设并联电池组n个电动势为E，内阻为R0的电池组成，则

E并=E；R0并=

2．特点：

（1）电动势等于单个电池的电动势。

（2）内阻等于单个电池内阻的

。

3．注：

用电器的额定电压必须低于单个电池的电动势。

三、电池的混联

1．当单个电池的电动势和允许通过的最大电流都小于用电器额定电压和额定电流时，可采用混联电池组供电。

例1：

有3个电池串联，若每个电池的电动势E=1.5V，内阻R0=0.2，求串联电池组的电动势和内阻。

E总＝1.5×3＝4.5V

R0总＝0.2×3＝0.6

例2：

有5个相同的电池，每个电池的E=1.5V，R0=0.02，将它们串联后,外接电阻为2.4，求电路的电流及每个电池两端的电压。

E总＝1.5×5＝7.5V

R0总＝0.02×5＝0.1

小结1．串并联电池组的电动势和内电阻。

2．在什么情况下使用串联电池组？

在什么情况下使用并联电池组？

布置作业P-37习题

3．填充题（3）、（4）。

4．问答与计算题（3）、（4）。

课  题2－3电阻的串联

课型新课

授课时数1

教学目标1．熟练掌握电阻串联的性质和作用。

2．理解串联分压和功率分配的原理。

3．掌握电压表扩大量程的方法和计算。

教学重点1．电阻串联的性质和作用。

2．电压表扩大量程的方法和计算。

教学难点多量程电压表分压电阻的计算。

课前复习

1．串、并联电池组的电动势和内电阻的计算。

2．串、并联电池组的应用场合。

第三节 电阻的串联

一、定义

（1）电阻的串联——把两个或两个以上的电阻依次连接起来，使电流只有一条通路。

（2）特点

①电路中电流处处相等。

②电路总电压等于各部分电路两端的电压之和。

二、重要性质

1．总电阻

U=IR；U1=IR1；U2=IR2；⋅⋅⋅；Un=IRn

U=U1+U2+U3+⋅⋅⋅+Un

IR=IR1+IR2+IR3+⋅⋅⋅+Rn

R=R1+R2+R3+⋅⋅⋅+Rn

结论：

串联电路的总电阻等于各个电阻之和。

2．电压分配

I=

；I=

；I=

；⋅⋅⋅；I=

=

=

=⋅⋅⋅=

=I

结论：

串联电路中各电阻两端的电压与它的阻值成正比。

若两个电阻串联，则

U1=IR1；U2=IR2；I=

U1=

U；U2=

U

3．功率分配

P=IU=I2R

P1=I2R1；P2=I2R2；P3=I2R3；⋅⋅⋅；Pn=I2Rn

=

=

=⋅⋅⋅=

结论：

串联电路中各电阻消耗的功率与它的阻值成正比。

例1：

有４个电阻串联，其中R1=20，R2=15，R3=10，R4=10，接在110V的电压上。

求

（1）电路的总电阻及电流；

（2）R1电阻上的电压。

例2：

例1见课本

例3：

R1、R2为两个串联电阻，已知R1=4R2，若R1上消耗的功率为1W，求R2上消耗的功率。

三、电压

（1）常用的电压表是用微安表或毫安表改装成的。

（2）毫安表或微安表的重要参数：

Ig——满偏电流

Rg——表头内阻

（3）电流越大，毫安表或微安表指针的偏角就越大。

由于U=IR，则毫安表或微安表两端的电压越大，指针偏角也越大。

（4）如果在刻度盘上直接标出电压值，就可用来测电压，但这时能测的电压值很小。

为了能测较大的电压，可串联一电阻，分担部分电压，就完成了电压表的改装。

（5）测量时要与被测电路并联。

（6）关键：

会计算串联的电阻R的大小。

设电流表的满偏电流为Ig，内阻为Rg，要改装成量程为U的电压表，求串入的R

R=

=

例4：

P-26例2。

练习1．有一表头，它的满刻度电流Ig=50µA，内阻为Rg=3k，若改装成量程为15V的电压表，应串联多大的电阻？

2．习题P－37

1．是非题（3）、（4），2．选择题（3）。

小结1．串联的定义及特点。

2．串联的重要性质。

3．电压表量程的扩大。

布置作业习题P－37

3．填充题（5），4．问答与计算题（5）。

课  题2－4电阻的并联

课型新课

授课时数2

教学目标1．熟练掌握电阻并联的性质和作用。

2．理解并联分压和功率分配的原理。

3．掌握电流表扩大量程的方法和计算。

教学重点1．电阻并联的性质和作用。

2．电流表扩大量程的方法和计算。

教学难点电阻并联的重要性质。

学情分析学生在物理中已学过电阻的并联。

课前复习：

1．串联电路中电流、电压的基本特点。

2．串联电路的总电阻、电流分配和功率分配。

3．串联电阻的分压作用。

第四节 电阻的并联

一、定义

1．电阻的并联：

把若干个电阻一端连在一起，另一端连接在一起。

2．特点：

①电路中各支路两端的电压相等；

②电路中总电流等于各支路的电流之和。

二、重要性质

1．总电阻

设电压为U，根据欧姆定律，则

I=

；I1=

；I2=

；⋅⋅⋅；In=

因为

I=I1+I2+I3+⋅⋅⋅+In

所以

=

+

+

+⋅⋅⋅+

结论：

并联电路总电阻的倒数等于各个电阻的倒数之和。

2．电流分配

U=I1R1；U=I2R2；U=I3R3；⋅⋅⋅；U=InRn

I1R1=I2R2=I3R3=⋅⋅⋅=IRn=U

结论：

并联电路中通过各个电阻的电流与它的阻值成反比。

当只有两只电阻并联时I1=

I；I2=

I

3．功率分配

PK=UIK=

P1R1=P2R2=P3R3=⋅⋅⋅=PnRn

结论：

并联电路中各个电阻消耗的功率与它的阻值成反比。

例1：

R1=24，R2=8，U=12V，求总电阻及各电阻上的电流。

例2：

5个25的电阻并联，总电阻为多少？

例3：

两只电阻并联，其中R1为100，通过R1的电流I1为0.4A，通过整个并联电路的电流I为1A，求R2和通过R2的电流I2。

例4：

在240V的线路上并接15、30、40电热器各一个，求

（1）各电热器上的电流；

（2）总电流及总电阻；

（3）总功率及各电热器消耗的电功率。

例5：

见书本P－25例1

三、电流表

利用并联电路的分流原理，在微安表或毫安表上并联一分流电阻，按比例分流一部分电流，则可以利用微安表和毫安表测量大的电流（扩大量程）。

R=

=

其中：

Ig为电流表的满偏电流；Rg为电流表内阻；I为电流表的量程；R为分流电阻。

例5：

P26例2。

练习习题P－37

2．选择题（5）～（7）；3．填充题（6）。

小结并联电路的特点和重要性质；分压电阻的计算。

布置作业习题4．P－37

问答与计算题（7）。

课  题2－5电阻的混联

课型新课

授课时数1

教学目标掌握简单混联电路的分析和计算。

教学重点混联电路的计算。

教学难点画等效电路图。

课前复习：

电阻串、并联的基本特点和重要性质。

第五节 电阻的混联

一、混联

既有电阻的串联又有电阻的并联，叫电阻的混联。

二、混联的计算步骤

1．把电路进行等效变换；

2．先计算各电阻串联和并联的等效电阻值，再计算电路的总的等效电阻；

3．由电路的总的等效电阻值和电路的端电压计算电路的总电流；

4．利用电阻串联的分压和电阻并联的分流关系，计算各部分电压及电流。

三、进行电路等效变换的两种方法

方法一：

利用电流的流向及电流的分合，画出等效电路图。

例1：

已知：

R1=R2=8，R3=R4=6，R5=R6=4，R7=R8=24，R9=16，U=224V，求：

通过R9的电流和R9两端的电压。

例2：

例2P－37

练习

小结1．混联的计算步骤。

2．电路等效变换的两种方法。

布置作业习题4．P－37

问答与计算题（8）。

课  题2－6万用表的基本原理

课型新课

授课时数2

教学目标1．了解万用表的构造、基本原理。

2．掌握万用表的使用。

教学重点万用表的基本原理及其操作。

教学难点万用表的实际操作。

第六节 万用表的基本原理

一、表头

简述表头原理。

表头的参数：

Ig——满偏电流；Rg——表头内阻。

二、直流电压的测量

1．I=

I正比于U－可以用来测量电压。

2．分压电阻的计算

当U=UL（UL为电压表的量程）则

I=Ig

Ig=

R=

3．多量程的电压表

例：

例题。

（《电工基础》第2版周绍敏主编）

三、交流电压的测量

1．补充：

二极管的单向导电性通断条件（二极管图）

2．工作原理

四、直流电流的测量

1．利用并联分流原理

Ig=

I

2．工作原理

五、电阻的测量

1．A－满偏电流为Ig、内阻为Rg的电流表；

R－调零电阻

2．调零

红、黑表笔短接，调R，使

Ig=

则指针满偏，红、黑笔间电阻为0。

3．测量

接入电阻Rx，

I=

随Rx变化，I也变化，每个Rx对应一个I。

4．注意

（1）刻度不均匀；

（2）测量随电池内阻r的变化有影响，不精确。

六、使用万用表的注意事项

1．了解性能及各符号字母的含义，会读数，了解各部件作用及用法。

2．观察表头指针是否处于零位。

3．测量前选择正确的位置：

量程选择：

应使表头指针偏倒满刻度三分之二左右。

无法估算测量值时可从最大量程当逐渐减少到合适量程。

4．读数

（1）对有弧形反射镜的表盘，应使像、物重合。

（2）估读一位小数。

（3）了解每一刻度的值。

5．被测位正、负要分清。

6．测电流要串联。

7．测电压时要并联在被测电路两端。

8．测电阻时不可带电测量。

9．测量过程中不允许拨动转换开关选择量程。

10．使用结束后，要置于最高交流电压挡或off挡。

小结万用表表头的两个重要参数；使用万用表测量时的注意事项。

布置作业习题P－37

4．问答与计算题（9）。

课  题2－7电阻的测量

课型新课

授课时数2

教学目标1．掌握电阻的测量方法。

2．掌握产生测量误差的原因。

教学重点电阻的测量方法及产生测量误差原因的分析。

教学难点产生测量误差原因的分析。

学情分析学生已学过部分电路欧姆定律。

课前复习：

使用万用表进行测量时要注意的问题。

第七节 电阻的测量

一、伏安法

1．利用U=IR（欧姆定律）来测量电阻

2．步骤：

（1）用电压表测出电阻两端的电压。

（2）用电流表测出通过电阻的电流。

（3）用R=

公式计算电阻值。

3．方法有两种

电流表内接法

电流表外接法

（1）电流表外接法

R测

适用条件：

待测电阻值比电压表内阻小得多（R<

（2）电流表内接法

R测>R实

适用条件：

待测电阻阻值比电流表内阻大得多（R>>Ra）。

二、惠斯通电桥

1．原理

（1）P32图2-26R1、R2、R3、R4是电桥的4个臂，其中R4为待测电阻，其余3个为可调已知电阻，G是灵敏电流计，比较B、D两点的电位。

（2）调节已知电阻的阻值，使Ig=0

I1=I2；I3=I4

当R1和R3上电压降相等，R2和R4上的电压降也相等，既I1R1=I3R3，I2R2=I4R4时，两式相除，得

=

R4=

2．测量结果的准确程度由下面的因素决定：

（1）已知电阻的准确程度。

（2）电流计的灵敏度。

3．学校常用的滑线式电桥

计算方式

Rx=

R

练习

小结1．伏安法测量电阻的两种方法：

电流表内接法和电流表外接法。

2．这两种方法测量值和实际值的关系。

3．这两种方法适用的条件。

4．惠斯通电桥测量电阻的原理和方法。

布置作业习题P－37

3．填充题（7）、（8）；问答与计算题（10）。

课  题2－8电路中各点电位的计算

课型新课

授课时数2

教学目标1．掌握电路中各点电位的计算。

2．掌握电路中任意两点间电压的计算方法。

教学重点电路中各点电位的计算。

教学难点

课前复习

1．伏安法测量电阻的原理。

2．伏安法测量电阻产生误差的原因。

3．电桥平衡的条件。

第八节 电路中各点电位的计算

一、电位的概念

1．零电位点

计算电位的起点。

习惯上规定大地的电位为零或电路中的某一公共点为零电位。

2．电位

电路中任一点与零电位点之间的电压就是该点的电位。

二、电位的计算方法

1．确定零电位点。

2．标出电路中的电流方向，确定电路中各元件两端电压的正、负极。

3．从待求点通过一定的路径绕到零电位点，则该点的电位等于此路径上全部电压降的代数和。

如果在绕行过程中从元件的正极到负极，此电压便为正的，反之，从元件的负极到正极，此电压则为负。

三、举例

例1：

例题：

在图2-26所示电路中，VD=0，电路中E1，E2，R1，R2，R3及I1、I2和I3均为已知量，试求：

A、B、C三点的电位。

解：

由于VD=0，UAD=E1，UAD=VA-VD

所以

A点电位

B点电位

C点电位

以上求A、B、C三点的电位是分别通过三条最简单的路径得到的。

解法二：

取定电位时，路径的选择可以是随意的。

下面以B点为例进行分析。

当沿路径BAD时，

当沿路径BCD时，

注意：

三个路径虽然表达式不同，但其结果是相等的。

有兴趣的同学可以在课下进行验证。

通过以上分析，可以归纳出电路中各点电位的计算方法和步骤：

（1）确定电路中的零电位点（参考点）。

通常规定大地电位为零。

一般选择机壳或许多元件汇集的公共点为参考点。

（2）计算电路中某点A的电位，就是计算A点与参考点D之间的电压UAD，在A点和D点之间，选择一条捷径（元件最少的简捷路径），A点电位即为此路径上全部电压之和。

（3）列出选定路径上全部电压代数和的方程，确定该点电位。

提示：

（1）当选定的电压参考方向与电阻中的电流方向一致时，电阻上的电压为正，反之为负；

（2）当选定的电压参考方向是从电源正极到负极，电源电压取正值，反之取负值。

例2：

已知：

E1=45V，E2=12V，内阻忽略，R1=5，R2=4，R3=2，求：

B、C、D三点的电位。

结论：

（1）电位与所选择的绕行路径无关。

（2）选取不同的零电位点，各电位将发生变化，但电路中任意两点间的电压将保持不变。

练习习题P－37

1．是非题（9）、（10）；2．选择题（8）。

小结计算电路中某点电位的方法。

布置作业P－37

3．填充题（9）、（10）；4．问答与计算题（11）、（12）。