《电工基础》配套多媒体CAI课件 电子教案
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。
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。
序号 1 2 内 容 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 实验2.1 练习使用万用表 实验2.2 电流表改装电压表 第七节 电阻的测量 实验2.3 用惠斯通电桥测电阻 第八节 电路中各点电位的计算 实验2.4 电压和电位的测定 本章小结与习题 本章总学时 学 时 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 2 2 2 2 2 2 16
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第一节 电动势 闭合电路的欧姆定律
一、电动势
动画M2-1 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
E?W q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 E?RI?rI 或 I?R?rR外电路两端电压U = RI = E ? rI = E，显然，
R?r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。
【例2-1】 如图2-2所示，当单刀双掷开关S合到位置
图2-1 简单的闭合电路
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。
解：根据闭合电路的欧姆定律，列出联立方程组
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?(当S合到位置1时)?E?R1I1?rI1 ??(当S合到位置2时)?E?R2I2?rI2 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 容易证明：在电源电动势E及其内阻r保持不变时，
图2-2 例题2-1
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
E2 Pmax?4R电源输出的最大功率是
PEME2E2???2Pmax 2r2R
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 = 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？
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
E2Pmax??10W
4RP
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。
图2-6 并联电池组 图2-5 串联电池组
图2-4 例题2-2
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
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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
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
UUUU2. 分压关系： 1?2?????n??I
R1R2RnRPPPP3. 功率分配： 1?2?????n??I2
R1R2RnR 特例：两只电阻R1、R2串联时，等效电阻R = R1 ? R2 , 则有分压公式
R1R2U1?U ， U2?U
R1?R2R1?R2二、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
图2-8 例题2-3 U2180R2???36?
I5R1UU，且R1?1?8?，可得 解法二：利用两只电阻串联的分压公式U1?R1?R2IU?U1R2?R1?36?
U1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2-3】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。
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【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？
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RgUg?Un，则
Rg?RR?Un?Ug
图2-9 例题2-4
?U?Rg??n?1?Rg?(n?1)Rg?29k?
?Ug?Ug?? 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 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
RRR?12 ，则有分流公式
R1?R2R1R2I1?I ， I2?I
R1?R2R1?R21111 ???????RR1R2Rn
图2-10 电阻的并联
二、应用举例
【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U和功率P
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第1版教案简单直流电路
