电工基础课件2

第二章简单直流电路第二章简单直流电路教学重点：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。教学难点：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。学时分配：序号内容学时1第一节电动势闭合电路的欧姆定律22第二节电池组3第三节电阻的串联24第四节电阻的并联5第五节电阻的混联6第六节万用表的基本原理27实验2.1练习使用万用表序号内容学时8实验2.2电流表改装电压表29第七节电阻的测量210实验2.3用惠斯通电桥测电阻211第八节电路中各点电位的计算212实验2.4电压和电位的测定213本章小结与习题14本章总学时16第二章简单直流电路第一节电动势闭合电路的欧姆定律第二节电池组第三节电阻的串联第四节电阻的并联第五节电阻的混联第六节万用表的基本原理第七节电阻的测量第八节电路中各点电位的计算本章小结第一节电动势闭合电路的欧姆定律一、电动势二、闭合电路的欧姆定律三、负载获得最大功率的条件一、电动势动画M2-1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)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。电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。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。qWE电动势是一个标量。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。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，则电动势大小为二、闭合电路的欧姆定律图中R0表示电源的内部电阻，R表示电源外部连接的电阻(负载)。闭合电路欧姆定律的数学表达式为ERI+R0I或0RREI+图2-1简单的闭合电路R0外电路两端电压，显然，负载电阻R值越大，其两端电压U也越大；当RR0时(相当于开路)，则U=E；当RR0时(相当于短路)，则U=0，此时一般情况下的电流(I=E/R0)很大，电源容易烧毁。ERRRIRERIU00+【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=0.2A；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=0.3A；试求电源的电动势E及其内阻R0。图2-2例题2-1R0解:根据闭合电路的欧姆定律，列出联立方程组E=R1I1+R0I1(当S合到位置1时)E=R2I2+R0I2(当S合到位置2时)解得：R01，E3V。本例题给出了一种测量直流电源电动势E和内阻R0的方法。三、负载获得最大功率的条件电源输出的最大功率是REp42maxmax202EM222PREREP容易证明：在电源电动势E及其内阻保持不变时，负载R获得最大功率的条件是R=R0，此时负载的最大功率值为图2-3电源输出功率与外电路(负载)电阻的关系曲线【例2-2】如图2-4所示，直流电源的电动势E10V、内阻R0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？W104P2maxREP图2-4例题2-2R0解:将(R1+R0)视为电源的内阻，则RPR1+R02.5时，RP获得最大功率第二节电池组一、电池的串联二、电池的并联图2-5串联电池组一、电池的串联如果有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nR0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R0。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R0。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R0/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。图2-6并联电池组第三节电阻的串联一、电阻串联电路的特点二、应用举例一、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+···+RnIRURURURUnn22112.分压关系：特例：两只电阻R1、R2串联时，等效电阻R=R1+R2,则有分压公式URRRUURRRU21222111++，22211IRPRPRPRPnn3.功率分配:二、应用举例解：将电灯(设电阻为R1)与一只分压电R2串联后，接入U220V电源上，如图2-8所示。【例2-3】有一盏额定电压为U140V、额定电流为I5A的电灯，应该怎样把它接入电压U220V照明电路中。图2-8例题2-336Ω518022IUR解法一：分压电阻R2上的电压U2=U－U1=(22040)V=180V，且U2=R2I，则解法二：利用两只电阻串联的分压公式+8112111IURURRRU，且可得361112UUURR即将电灯与一只36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Rg1k，满偏电流为Ig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=RgIg=0.1V，与分压电阻R串联后的总电压Un=3V，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nURRRU+gggk29)1(1gggggRnRUURUUURgnn则上例表明，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。图2-9例题2-4Aμ第四节电阻的并联一、电阻并联电路的特点二、应用举例nRRRR111121+++设总电流为I，总电压为U，总功率为P。1.等效电导:G=G1+G2+···+Gn即一、电阻并联电路的特点图2-10电阻的并联2.分流关系：R1I1=R2I2=···=RnIn=RI=U3.功率分配：R1P1=R2P2=···=RnPn=RP=U2I特例：两只电阻R1、R2并联时，等效电阻2121RRRRR+。，IRRRIIRRRI21122121++则有分流公式【例2-5】如图2-11所示，电源供电电压U=220V，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220V、功率40W的电灯。假设电灯正常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。二、应用举例图2-11例题2-5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，功率URRRUnn+1L2RUP2LL(1)当只有10盏电灯工作时，即n=10，则Rn=R/n=121，因此W39V21622LL1L+RUPURRRUnn，(2)当100盏电灯全部工作时，即n=100，则Rn=R/n=12.1，W29V18922LL1L+RUPURRRUnn，【例2-6】有一只微安表，满偏电流为Ig=100A、内阻Rg=1k，要改装成量程为In=100μA的电流表，试求所需分流电阻R。图2-12例题2-6解：如图2-12所示，设n=In/Ig(称为电流量程扩大倍数)，根据分流公式可得In，则RRRI+gg1nRRg本题中n=In/Ig=1000，111000k11nRRg上例表明，将一只量程为Ig、内阻为Rg的表头扩大到量程为In，所需要的分流电阻为R=Rg/(n1)，其中n=(In/Ig)称为电流扩大倍数。第五节电阻的混联一、电阻混联电路分析步骤二、解题举例一、电阻混联电路分析步骤在电阻电路中，既有电阻的串联关系又有电阻的并联关系，称为电阻混联。对混联电路的分析和计算大体上可分为以下几个步骤：1．首先整理清楚电路中电阻串、并联关系，必要时重新画出串、并联关系明确的电路图；2．利用串、并联等效电阻公式计算出电路中总的等效电阻；3．利用已知条件进行计算，确定电路的端电压与总电流；4．根据电阻分压关系和分流关系，逐步推算出各支路的电流或各部分的电压。二、解题举例【例2-7】如图2-13所示，已知R1R28，R3R46，R5R64，R7R824，R916；电压U224V。试求：(1)电路总的等效电阻RAB与总电流I；(2)电阻R9两端的电压U9与通过它的电流I9。图2-13例2-7V32A2V48V962412999965EF9CD4EF3EFEF++++IRURRRUIURRRRU，(2)利用分压关系求各部分电压：UCD=RCDI=96V，解:(1)R5、R6、R9三者串联后，再与R8并联，E、F两端等效电阻为REF(R5+R6+R9)∥R812REF、R3、R4三电阻串联后，再与R7并联，C、D两端等效电阻为RCD(R3+REF+R4)∥R712总的等效电阻RABR1+RCD+R228总电流IU/RAB（224/28）A8A【例2-8】如图2-14所示，已知R10，电源电动势E=6V，内阻r0.5，试求电路中的总电流I。图2-14例题2-8的等效电路解:首先整理清楚电路中电阻串、并联关系，并画出等效电路，如图2-15所示。四只电阻并联的等效电阻为ReR/42.5根据全电路欧姆定律，电路中的总电流为A2+rREIe图2-15例题2-8的等效电路第六节万用电表的基本原理一、万用表的基本功能二、万用表的基本原理三、万用表的使用万用电表又叫做复用电表，通常称为万用表。它是一种可以测量多种电量的多量程便携式仪表，由于它具有测量的种类多、量程范围宽、价格低以及使用和携带方便等优点，因此广泛应用于电气维修和测试中。一般的万用表可以测量直流电压、直流电流、电阻、交流电压等，有的万用表还可以测量音频电平、交流电流、电容、电感以及晶体管的β值等。一、万用表的基本功能万用表的基本原理是建立在欧姆定律和电阻串联分压、并联分流等规律基础之上的。万用表的表头是进行各种测量的公用部分。表头内部有一个可动的线圈（叫做动圈），它的电阻Rg称为表头的内阻。动圈处于永久磁铁的磁场中，当动圈通有电流之后会受到磁场力的作用而发生偏转。固定在动圈上的指针随着动圈一起偏转的角度，与动圈中的电流成正比。当指针指示到表盘刻度的满标度时，动圈中所通过的电流称为满偏电流Ig。Rg与Ig是表头的两个主要参数。二、万用表的基本原理1．直流电压的测量将表头串联一只分压电阻R，即构成一个简单的直流电压表，如图2-16所示。图2-16简单的直流电压表gxRRUI+测量时将电压表并联在被测电压Ux的两端，通过表头的电流与被测电压Ux成正比在万用表中，用转换开关分别将不同数值的分压电阻与表头串联，即可得到几个不同的电压量程。【例2-9】如图2-17所示某万用表的直流电压表部分电路，五个电压量程分别是U12.5V，U210V，U350V，U4250V，U5500V，已知表头参数Rg3k，Ig50μA。试求电路中各分压电阻R1、R2、R3、R4、R5。图2-1例题2-9解:利用电压表扩大量程公式R(n1)Rg，其中n(Un/Ug)，UgRgIg0.15V。(1)求R1：n1(U1/Ug)16.67，R1(n1)Rg47k(2)求R2：把Rg2Rg+R150k视为表头内阻，n2(U2/U1)4，则R2