《电工基础》 第二章简单直流电路 1.理解电动势、端电压、电位的概念。 2.掌握闭合电路的欧姆定律 3.掌握电阻串联分压关系与并联分流关系 4!.了解万用表的基本构造和基本原理,掌握万用表的使用方法 教学重点5.掌握电阻的测量方法 6.学会分析计算电路中各点电位 1.运用电阻串联分压关系与并联分流关系解决电阻电路问 题、掌握扩大电压表与电流表量程的原理。 2.熟练分析计算电路中各点电位。 教学進点 序号 内 容 学 1第一节电动势闭合电路的欧姆定律 第二节电池组 3|第三节电阻的串联 4第四节电阻的并联 2 5第五节电阻的混联 6第六节万用表的基本原理 7实验21练习使用万用表 学时H配匚8实验22电流表改装电压表 9第七节电阻的测量 10实验23用惠斯通电桥测电阻 11第八节电路中各点电位的计算 「12实验24电压和电位的测定 2222 13|本章小结与习题 「14|本章总学时
《电工基础》 8 第二章 简单直流电路 序号 内 容 学 时 1 第一节 电动势 闭合电路的欧姆定律 2 2 第二节 电池组 3 第三节 电阻的串联 4 第四节 电阻的并联 2 5 第五节 电阻的混联 6 第六节 万用表的基本原理 2 7 实验 2.1 练习使用万用表 8 实验 2.2 电流表改装电压表 2 9 第七节 电阻的测量 2 10 实验 2.3 用惠斯通电桥测电阻 2 11 第八节 电路中各点电位的计算 2 12 实验 2.4 电压和电位的测定 2 13 本章小结与习题 14 本章总学时 16 1. 理解电动势、端电压、电位的概念。 2. 掌握闭合电路的欧姆定律。 3. 掌握电阻串联分压关系与并联分流关系。 4. 了解万用表的基本构造和基本原理，掌握万用表的使用方法。 5. 掌握电阻的测量方法。 6. 学会分析计算电路中各点电位。 1. 运用电阻串联分压关系与并联分流关系解决电阻电路问 题、掌握扩大电压表与电流表量程的原理。 2. 熟练分析计算电路中各点电位
《电工基础》 第一节电动势闭合电路的欧姆定律 、电动势 衡量电源的电源力大小及其方向的物理量叫做电源的电动势。 电动势通常用符号E或e(0表示,E表示大小与方向都恒定的电动势即直流电源的 电动势),e(n)表示大小和方向随时间变化的电动势,也可简记为e。电动势的国际单位制 为伏特,记做V 电动势的大小等于电源力把单位正电荷从电源的负极,经过电源内部移到电源正极 所作的功。如设W为电源中非静电力电源力把正电荷量q从负极经过电源内部移送到 电源正极所作的功,则电动势大小为 电动势的方向规定为从电源的负极经过电源内部指向电源的正极,即与电源两端电 压的方向相反。 二、闭合电路的欧姆定律 图中r表示电源的内部电阻,R表示电源外部联 接的电阻(负载)。闭合电路欧姆定律的数学表达式为 e=R+r 或-E R 外电路两端电压U=R=E-。P E,显然 负载电阻R值越大,其两端电压U也越大;当R>>r 时(相当于开路),则U=E;当R<<r时(相当于短路), 图2-1简单的闭合电路 则U=0,此时一般情况下的电流(=E∥)很大,电源 容易烧毁 【例21】如图2-2所示,当单刀双掷开关S合到位置 1时,外电路的电阻R1=14g,测得电流表读数h1=02A: 当开关S合到位置2时,外电路的电阻R2=9Ω,测得电流 表读数2=0.3A:试求电源的电动势E及其内阻r 解:根据闭合电路的欧姆定律,列出联立方程组 E=R11+m1(当S合到位置1时 E=R2l2+12(当S合到位置2时) 解得:r=1g,E=3V。本例题给出了一种测量直 流电源电动势E和内阻r的方法。 负载获得最大功率的条件 图22例题2-1
《电工基础》 9 第一节 电动势 闭合电路的欧姆定律 一、电动势 衡量电源的电源力大小及其方向的物理量叫做电源的电动势。 电动势通常用符号 E 或 e(t)表示，E 表示大小与方向都恒定的电动势(即直流电源的 电动势)，e(t)表示大小和方向随时间变化的电动势，也可简记为 e。电动势的国际单位制 为伏特，记做 V。 电动势的大小等于电源力把单位正电荷从电源的负极，经过电源内部移到电源正极 所作的功。如设 W 为电源中非静电力(电源力)把正电荷量 q 从负极经过电源内部移送到 电源正极所作的功，则电动势大小为 q W E = 电动势的方向规定为从电源的负极经过电源内部指向电源的正极，即与电源两端电 压的方向相反。 二、闭合电路的欧姆定律 图中 r 表示电源的内部电阻，R 表示电源外部联 接的电阻(负载)。闭合电路欧姆定律的数学表达式为 R r E E RI rI I + = + 或 = 外电路两端电压 U = RI = E − rI = E R r R + ，显然， 负载电阻 R 值越大，其两端电压 U 也越大；当 R >> r 时(相当于开路)，则 U = E；当 R << r 时(相当于短路)， 则 U = 0，此时一般情况下的电流(I = E/r)很大，电源 容易烧毁。 解：根据闭合电路的欧姆定律，列出联立方程组 = + = + ( S 2 ) ( S 1 ) 2 2 2 1 1 1 当 合到位置 时 当 合到位置 时 E R I rI E R I rI 解得：r = 1 ，E = 3 V。本例题给出了一种测量直 流电源电动势 E 和内阻 r 的方法。 三、负载获得最大功率的条件 图 2-1 简单的闭合电路 【例 2-1】 如图 2-2 所示，当单刀双掷开关 S 合到位置 1 时，外电路的电阻 R1 = 14 ，测得电流表读数 I1 = 0.2 A； 当开关 S 合到位置 2 时，外电路的电阻 R2 = 9 ，测得电流 表读数 I2 = 0.3 A；试求电源的电动势 E 及其内阻 r。 图 2-2 例题 2-1
《电工基础》 容易证明:在电源电动势E及其内阻r保持不变时,负载R获得最大功率的条件是 R=r,此时负载的最大功率值为 4R 电源输出的最大功率是 P 图2-3电源输出功率与外电路(负载)电阻的关系曲线 【例22】如图2-4所示,直流电源的电动势E=10V 内阻r=0.59,电阻R1=2,问:可变电阻Rp调至多大时 题 可获得最大功率Pmx? 解:将(R1+)视为电源的内阻,则RP=R+r=25g时 Rp获得最大功率 10W 4R1 图24例题2-2 第二节电池组 一、电池的串联 如图25所示串联电池组,每个电池的电动势均为 E、内阻均为r 图2-5串联电池组 如果有n个相同的电池相串联,那么整个串联电 池组的电动势与等效内阻分别为 E中=nE 串联电池组的电动势是单个电池电动势的n倍 额定电流相同 图2-6并联电池组 二、电池的并联 如图26所示并联电池组,每个电池的电动势均 为E、内阻均为r 如果有n个相同的电池相并联,那么整个并联电池组的电动势与等效内阻分别为 E 并 E F並=rn 并联电池组的额定电流是单个电池额定电流的n倍,电动势相同 第三节电阻的串联
《电工基础》 10 容易证明：在电源电动势 E 及其内阻 r 保持不变时，负载 R 获得最大功率的条件是 R = r，此时负载的最大功率值为 R E P 4 2 max = 电源输出的最大功率是 max 2 2 2 2 2 P R E r E PEM = = = 解：将(R1 + r)视为电源的内阻，则 RP = R1 + r = 2.5 时， RP获得最大功率 10 W 4 P 2 max = = R E P 第二节 电 池 组 一、电池的串联 如图 2-5 所示串联电池组，每个电池的电动势均为 E、内阻均为 r。 如果有 n 个相同的电池相串联，那么整个串联电 池组的电动势与等效内阻分别为 E 串 = nE ， r 串 = nr 串联电池组的电动势是单个电池电动势的 n 倍， 额定电流相同。 二、电池的并联 如图 2-6 所示并联电池组，每个电池的电动势均 为 E、内阻均为 r。 如果有 n 个相同的电池相并联，那么整个并联电池组的电动势与等效内阻分别为 E 并 = E ， r 并 = r/n。 并联电池组的额定电流是单个电池额定电流的 n 倍，电动势相同。 第三节 电阻的串联 图 2-4 例题 2-2 图 2-3 电源输出功率与外电路(负载)电阻的关系曲线 图 2-6 并联电池组 图 2-5 串联电池组 【例 2-2】如图 2-4 所示，直流电源的电动势 E = 10 V、 内阻 r = 0.5 ，电阻 R1 = 2 ，问：可变电阻 RP调至多大时 可获得最大功率 Pmax？
《电工基础》 、电阻串联电路的特点 。。 图2-7电阻的串联 设总电压为U、电流为Ⅰ、总功率为P 1.等效电阻 R=R1+R2+…+Rn 2.分压关系 UU RI R2 3.功率分配 P2 P R R2 特例:两只电阻R1、R2串联时,等效电阻R=R1+R2,则有分压公式 U,= R-U, U= R2-U R1+R2 R1+R2 二、应用举例 【例23】有一盏额定电压为U1=40V、额定电流为=5A 的电灯,应该怎样把它接入电压U=220V照明电路中。 题 解:将电灯(设电阻为R1)与一只分压电阻R2串联后,接入 U=220V电源上,如图28所示。 解法一:分压电阻R2上的电压为 ②2° U2=U-U1=220-40=180V,且U2=R2l,则 图28例题2-3 R2 =369 解法二:利用两只电阻串联的分压公式U1R+,且BBU=892,可得 即将电灯与一只369分压电阻串联后,接入U=220V电源上即可。 【例2-4】有一只电流表,内阻R2=1kQ,满偏电流 为g2=100μA,要把它改成量程为Un=3V的电压表,应 该串联一只多大的分压电阻R? 解:如图2-9所示 该电流表的电压量程为Ug=Rglg=0.1V,与分压电 图29例题
《电工基础》 11 一、电阻串联电路的特点 图 2-7 电阻的串联 设总电压为 U、电流为 I、总功率为 P。 1. 等效电阻: R =R1 + R2 + … + Rn 2. 分压关系： I R U R U R U R U n n = = = = = 2 2 1 1 3. 功率分配： 2 2 2 1 1 I R P R P R P R P n n = = = = = 特例：两只电阻 R1、R2 串联时，等效电阻 R = R1 + R2 , 则有分压公式 U R R R U U R R R U 1 2 2 2 1 2 1 1 + = + = ， 二、应用举例 解：将电灯(设电阻为 R1)与一只分压电阻 R2 串联后，接入 U = 220 V 电源上，如图 2-8 所示。 解法一：分压电阻 R2 上的电压为 U2 =U－U1 = 220 − 40 = 180 V，且 U2 = R2I，则 = = = 36 5 2 180 2 I U R 解法二：利用两只电阻串联的分压公式 = = + = 8 1 1 1 2 1 1 I U U R R R R U ，且 ，可得 = − = 36 1 1 2 1 U U U R R 即将电灯与一只 36 分压电阻串联后，接入 U = 220V 电源上即可。 解：如图 2-9 所示。 该电流表的电压量程为 Ug= RgIg= 0.1 V，与分压电 图 2-9 例题 2-4 图 2-8 例题 2-3 【例 2-3】有一盏额定电压为 U1 = 40 V、额定电流为 I = 5 A 的电灯，应该怎样把它接入电压 U = 220 V 照明电路中。 【例 2-4】有一只电流表，内阻 Rg = 1 k，满偏电流 为 Ig= 100 A，要把它改成量程为 Un = 3 V 的电压表，应 该串联一只多大的分压电阻 R？
《电工基础》 阻R串联后的总电压Uh=3V,即将电压量程扩大到n=Um/Ug=30倍 利用两只电阻串联的分压公式,可得U,=A R 上例表明,将一只量程为Ug、内阻为R2的表头扩大到量程为Un,所需要的分压电 阻为R=(n-1)Rg,其中n=(Um/U)称为电压扩大倍数。 第四节电阻的并联 、电阻并联电路的特点 设总电流为、电压为U、总功率为P。 1.等效电导:G=G1+G2+…+Gn RRR R 2.分流关系:R11=R2l2=…=Rnln=R/=U 3.功率分配:RP1=R2P2 RP=RP=U 特例:两只电阻R1、R2并联时,等效电阻 R=R2,则有分流公式 R1+R2 U R, 1,1. RI R1+R2 图2-10电阻的并联 二、应用举例 【例25】如图211所示,电源供电电压U=20V,每 根输电导线的电阻均为R1=19,电路中一共并联10盏额定 电压20V、功率40W的电灯。假设电灯在工作(发光)时电 阻值为常数。试求:(1)当只有10盏电灯工作时,每盏电灯 的电压UL和功率P:(2)当100盏电灯全部工作时,每盏 灯的电压UL和功率P1 解:每盏电灯的电阻为R=UP=121092,n盏电灯并联后的等效电阻为Rn=R 根据分压公式,可得每盏电灯的电压 2RI+R 功率 P R (1)当只有10盏电灯工作时,即n=10, 图2-11例题2-5 则Rn=R=1219,因此 RnU≈216V,B R,+R
《电工基础》 12 阻 R 串联后的总电压 Un = 3 V，即将电压量程扩大到 n = Un/Ug = 30 倍。 利用两只电阻串联的分压公式，可得 Un R R R U + = g g g ，则 = − = = − − = 1 ( 1) g 29 k g g g g R n R U U R U U U R g n n 上例表明，将一只量程为 Ug、内阻为 Rg的表头扩大到量程为 Un，所需要的分压电 阻为 R = (n − 1) Rg，其中 n = (Un/Ug)称为电压扩大倍数。 第四节 电阻的并联 一、电阻并联电路的特点 设总电流为 I、电压为 U、总功率为 P。 1. 等效电导: G = G1 + G2 + … + Gn 即 R R R Rn 1 1 1 1 1 2 = + ++ 2. 分流关系： R1I1 = R2I2 = … = RnIn = RI = U 3. 功率分配： R1P1 = R2P2 = … = RnPn = RP = U2 特例：两只电阻 R1、R2 并联时，等效电阻 1 2 1 2 R R R R R + = ，则有分流公式 I R R R I I R R R I 1 2 1 2 1 2 2 1 + = + = ， 二、应用举例 解：每盏电灯的电阻为 R = U2 /P = 1210 ，n 盏电灯并联后的等效电阻为 Rn = R/n 根据分压公式，可得每盏电灯的电压 U R R R U n n + = 1 L 2 ， 功率 R U P 2 L L = (1) 当只有 10 盏电灯工作时，即 n = 10， 则 Rn = R/n = 121 ，因此 216 V 39 W 2 2 L L 1 L = + = R U U P R R R U n n ， 图 2-10 电阻的并联 【例 2-5】如图 2-11 所示，电源供电电压 U = 220 V，每 根输电导线的电阻均为 R1 = 1 ，电路中一共并联 100 盏额定 电压 220 V、功率 40 W 的电灯。假设电灯在工作(发光)时电 阻值为常数。试求：(1) 当只有 10 盏电灯工作时，每盏电灯 的电压 UL 和功率 PL；(2) 当 100 盏电灯全部工作时，每盏电 灯的电压 UL 和功率 PL。 图 2-11 例题 2-5