中职初等教育校本教材-电路基础部分

电路基础部分

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电路的基本概念和基本定律

学 习 指 导

本章起承前启后的作用，把初中物理课学过的内容和本课程联系起来，达到温故知新的目的。 本章的基本要求：

1、了解电路的组成、电路的三种基本状态和电气设备额定值的意义。 2、理解电流产生的条件和电流的概念，掌握电流的计算公式。 3、理解电阻的概念和电阻与温度的关系，掌握电阻定律。 4、掌握欧姆定律。

5、理解电能和电功率的概念，掌握焦耳定律以及电能、电功率的计算。

第一节 电 路

一、电路的组成

由电源、用电器、导线和开关等组成的闭合电路，叫做电路。 1、电源

把其他形式的能量转变成为电能的装置叫做电源。常见的直流电源有干电池、蓄电池和直流发电机等。 2、用电器

把电能转变成其他形式能量的装置叫做用电器，也常被叫做电源的负载，如电灯、电铃、电动机等利用电能进行工作的设备。

3、导线

连接电源与用电器的金属线叫做导线，它把电源产生的电能输送到用电器，常用铜、铝等材料制成。 4、开关

它起到把用电器与电源接通或断开的作用。 二、电路的状态

电路的状态有如下几种： 1、 通路（闭路）

电路各部分连接成闭合回路，有电流通过。 2、 开路（断路）

电路断开，电路中没有电流通过。 3、短路（捷路）

当电源两端或电路中某些部分被导线直接相连，这时电源输出的电流不经过负载，只经过连接导线直接流回电源，这种状态叫做短路状态，简称为短路。

一般情况下，短路时的大电流会损坏电源和导线，应该尽量避免。有时，在调试电子设备的过程中，将电路某一部分短接，这是为了使与调试过程无关的部分没有电流通过而采取的一种办法。

三、电路图

在设计、安装或修理各种设备和用电器等的实际电路时，常要使用表示电路连接情况的图。这种用规定的图形符号表示电路连接情况的图，叫做电路图，其图形符号要遵守国家标准。几种常用的标准图形符号，如图1 – 1所示。

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图 1 — 1

第二节 电 流

一、电流的形成

电荷的定向移动形成电流。例如，金属导体中自由电子的定向移动，电解液中正、负离子沿着相反方向的移动，阴极射线管中的电子流等，都形成电流。

要形成电流，首先要有能自由移动的电荷——自由电荷。但只有自由电荷还不能形成电流，例如，导体中有大量的自由电荷，它们不断地做无规则的热运动，朝任何方向运动的几率都一样。在这种情况下对导体的任何一个截面来说，在任何一段时间内从截面两侧穿过截面的自由电荷数都相等，从宏观上看，没有电荷的定向移动，因而也就没有电流。

如果把导体放进电场中，导体中的自由电荷除了做无规则的热运动外，还要在电场力的作用下做定向移动，形成电流。但由于很快就达到静电平衡状态，电流将消失，导体内部的场强变为零，整块导体成为等位体，如图1—2所示。可见，要得到持续的电流，就必须设法使导体两端保持一定的电压（电位差），导体内部存在电场，才能持续不断地推动自由电荷做定向移动，这是在导体中形成电流的条件。

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图 1 — 2

二、电流

电流既是一种物理现象，又是一个表示带电粒子定向运动强弱的物理量。电流的大小等于通过导体横截面的电荷量与通过这些电荷量所用时间的比值。如果在时间t内通过导体横截面的电荷量为q，那么，电流

I =

??

??

在国际单位制中，电流的单位是A（安）。如果在1s（秒）内通过导体横截面的电荷量是1C（库），则规定导体中的电流为1A(安)。常用的电流单位还有mA（毫安）、 μA（微安）等。

1 mA=10?3A ， 1 μA=10?6??

习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。在金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反，在电解液中电流的方向与正离子移动的方向相同，与负离子移动的方向相反。电流方向和强弱都不随时间而改变的电流叫做直流电。

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第 三 节 电 阻

一、 电 阻

金属导体中的电流是自由电子定向移动形成的。自由电子在运动中要跟金属正离子频繁

碰撞，每秒的碰撞次数高达1015左右。这种碰撞阻碍了自由电子的定向移动，表示这种阻碍作用的物理量叫做电阻。不但金属导体有电阻，其他物体也由电阻。

导体的电阻是由它本身的物理条件决定的。金属导体中的电阻是由它的长短、粗细、材料的性质和温度决定的。在保持温度（如20°C）不变的条件下，实验结果表明，用同种材料制成的横截面积相等而长度不相等的导线，其电阻与它的长度 L成正比；长度相等而横截面积不相等的导线，其电阻与它的横截面积S成反比，即

R = ρ

??

??

上式叫做电阻定律。式中，比例系数ρ叫做材料的电阻率，单位是Ω·m（欧·米）。ρ与导体的几何形状无关，而与导体材料的性质和导体所处的条件，如温度等有关。R、L、S的单位分别是Ω（欧）、m（米）和m2（平方米）。在一定温度下，对同一种材料，ρ是常数。

不同物质有不同的电阻率，电阻率的大小反映了各种材料导电性能的好坏，电阻率越大，表示导电性能越差。通常将电阻率小于10-6Ω·m的材料叫做导体，如金属；电阻率大于107Ω·m的材料叫做绝缘体，如石英、塑料等；而电阻率的大小介于导体和绝缘体之间的材料，叫做半导体，如锗、硅等。导体的电阻要尽可能地小，各种导线都用铜、铝等电阻率小的纯金属制成。而为了安全，电工用具上都安装有用橡胶、木头等电阻率很大的绝缘体制作的把、套。

二、 电阻与温度的关系 温度对导体电阻的影响：（1）温度升高，使物质分子的热运动加剧，带电质点的碰撞次数增加，即自由电子的移动受到的阻碍增加；（2）温度升高，使物质中带电质点数目增多更容易导电。随着温度的升高，导体的电阻究竟是增大了还是减小了，要看哪一种因素的作用占主要地位而定。

第四节 部 分 电 路 欧 姆 定 律

一、 欧姆定律

如前所述，在导体两端加上电压后，导体中才会有持续的电流，那么 ，所加的电压与导体中的电流又有什么关系呢？下面可以做个试验：如下图1—3所示，将电池、开关、可变电阻、直流电压表、直流电流表和灯泡连接成闭合电路，合上开关，通过滑动变阻器改变电路的电阻值， 观察电压表和电流

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