直流電路模塊一12課題一電路及電路中的物理量課題二歐姆定律課題三電功率和電功課題四電阻的連接課題五電池組的連接課題六基爾霍夫定律課題七疊加原理和戴維南定理課題八直流電橋電路課題一

電路及電路中的物理量3學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握電路的組成及各部分的作用。2.熟悉常用電氣元件的圖形符號(hào)和文字符號(hào)。3.能連接簡(jiǎn)單的直流照明電路。4.能識(shí)讀和繪制簡(jiǎn)單電路圖。4任務(wù)1

連接直流照明電路工作任務(wù)如圖a所示是生活中常見的手電筒，其主要元件之間的連接關(guān)系可以等效地用圖b來描述。這種描述方式比較煩瑣，在實(shí)際應(yīng)用中，常將各種元件抽象為相應(yīng)的圖形符號(hào)，繪制成電路圖來表示。本任務(wù)的內(nèi)容是連接一個(gè)簡(jiǎn)單的直流照明電路，認(rèn)識(shí)電路中各元件的作用，并將所連接的直流照明電路繪制成電路圖。5

手電筒照明電路一、電路的概念

如上圖b所示電路由燈泡、開關(guān)、電池和導(dǎo)線組成，導(dǎo)線將電池、燈泡和開關(guān)連接起來。當(dāng)合上開關(guān)時(shí)，電路導(dǎo)通，電流就會(huì)流過燈泡，使燈泡亮起來；當(dāng)斷開開關(guān)時(shí)，電路被切斷，則燈泡不亮。在電工學(xué)中，這種電流流通的路徑稱為電路。實(shí)際中，任何一個(gè)完整的電路都是由電源、負(fù)載、開關(guān)和導(dǎo)線四部分組成的。相關(guān)知識(shí)61.電源電源是產(chǎn)生電能的裝置，它的作用是把其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能。常用的電源還有發(fā)電機(jī)、蓄電池等。2.負(fù)載負(fù)載是消耗電能的裝置，它的作用是把電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量，所以負(fù)載又稱為用電器。常用的負(fù)載還有電動(dòng)機(jī)、電熱水器等，電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，電熱水器把電能轉(zhuǎn)換成熱能。73.開關(guān)開關(guān)是控制裝置，開關(guān)在電路中起接通或斷開電路的作用。4.導(dǎo)線導(dǎo)線起連接作用，可以通過導(dǎo)線把電源、負(fù)載和開關(guān)連接起來，組成一個(gè)完整的電路。89二、電路圖中的符號(hào)為了方便且直觀地描述電路，電氣元件通常采用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號(hào)和文字符號(hào)來表示。一般情況下，電池的圖形符號(hào)為“”，其長畫端表示正極，短畫端表示負(fù)極，電池的文字符號(hào)為GB；開關(guān)的圖形符號(hào)為“”，文字符號(hào)為S；燈泡的圖形符號(hào)為“”，文字符號(hào)為HL；導(dǎo)線一般用細(xì)實(shí)線繪制。常用電氣元件的圖形符號(hào)和文字符號(hào)見下表。10常用電氣元件的圖形符號(hào)和文字符號(hào)一、任務(wù)準(zhǔn)備二、連接單控照明電路三、繪制電路圖四、整理現(xiàn)場(chǎng)11任務(wù)實(shí)施各類設(shè)備中的電路復(fù)雜多變，歸納起來電路的主要功能有兩類：一類是進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配。另一類是實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和處理。12知識(shí)延伸學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握電流的概念以及電流大小和方向的規(guī)定。2.掌握電流表的使用方法。3.能測(cè)量電路中的電流。13任務(wù)2

使用電流表測(cè)量電流工作任務(wù)在照明電路中，若合上開關(guān)，則會(huì)有電流流過燈泡，此時(shí)燈泡被點(diǎn)亮，其亮度取決于電路中電流的大小。那么，如何測(cè)量電路中電流的大小呢？本任務(wù)的內(nèi)容是學(xué)會(huì)電流表的使用方法，連接一個(gè)雙控照明電路，并用電流表測(cè)量雙控照明電路中電流的大小。14一、電流的形成當(dāng)電路形成閉合通路時(shí)，在電源的驅(qū)使作用下，電荷定向移動(dòng)形成電流，如圖所示。移動(dòng)的電荷又稱載流子，載流子是多種多樣的。相關(guān)知識(shí)15電流的形成a）金屬中的電流b）電解液中的電流二、電流的方向習(xí)慣上，規(guī)定正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?，在電源?nèi)部由電源負(fù)極流向正極，在電源外部由電源正極流向負(fù)極。因此，在金屬導(dǎo)體中實(shí)際自由電子的運(yùn)動(dòng)方向，與電流方向相反。16根據(jù)電流的大小和方向隨時(shí)間變化的情況，可以把電流分為直流電流和交流電流兩大類。若電流的大小和方向均恒定不變，則稱其為穩(wěn)恒直流電流，如圖a所示；若電流的方向恒定不變但大小隨時(shí)間變化，則稱其為脈動(dòng)直流電流，如圖b所示。穩(wěn)恒直流電流和脈動(dòng)直流電流統(tǒng)稱為直流電流，簡(jiǎn)稱直流。在電路中，用DC表示直流。若電流的大小和方向都隨時(shí)間變化，則稱其為交流電流，如圖c所示，簡(jiǎn)稱交流。在電路中，用AC表示交流。1718直流電流和交流電流a）穩(wěn)恒直流電流b）脈動(dòng)直流電流c）交流電流19三、電流的大小在單位時(shí)間內(nèi)，通過導(dǎo)體橫截面上的電荷量越多，就表示流過該導(dǎo)體的電流越強(qiáng)。若在時(shí)間

t

內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量是

Q，則電流

I

可用下式表示:式中，I、Q、t

的單位分別為安培（A）、庫侖（C）、秒（s）。電流的單位除安培（簡(jiǎn)稱安）外，常用的還有毫安（mA）和微安（μA）。它們之間的換算關(guān)系為1A=1000mA1mA=1000μA四、雙控照明電路為了方便人們的生活，在樓梯或臥室照明中經(jīng)?？梢砸姷絻蓚€(gè)開關(guān)控制一盞照明燈的情況，其中任意一個(gè)開關(guān)都可以點(diǎn)亮或熄滅燈泡。該電路的實(shí)物接線圖如圖a所示，由于該電路所用的是兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)，因此稱為雙控照明電路。雙控照明電路原理圖如圖b所示。20雙控照明電路a）實(shí)物接線圖b）電路原理圖五、電流表及其使用方法1.電流表電流表是用來測(cè)量交、直流電路中電流大小的儀表，如圖所示。電流表按顯示方式可分為數(shù)字式電流表和指針式電流表，按測(cè)量電流的性質(zhì)可分為交流電流表和直流電流表，按使用方式可分為固定式電流表和便攜式電流表。2122電流表a）數(shù)字式交流電流表b）指針式直流電流表2.電流表的使用方法在用電流表測(cè)量電路中的電流時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）對(duì)交、直流電流應(yīng)分別使用交流電流表和直流電流表測(cè)量。（2）電流表必須串接在被測(cè)量的電路中。（3）指針式直流電流表表殼接線柱上標(biāo)有表明極性的記號(hào)，應(yīng)使直流電流從“0.6A”“3A”等代表正極的一端流入電流表，否則指針會(huì)反轉(zhuǎn)，這樣既會(huì)影響正常測(cè)量，也容易損壞電流表。23（4）合理選擇電流表的量程，一般被測(cè)電流的數(shù)值在電流表量程的一半以上時(shí)，讀數(shù)較為準(zhǔn)確。因此，在測(cè)量之前應(yīng)先估計(jì)被測(cè)電流的大小，以便選擇適當(dāng)量程的電流表。若無法估計(jì)，可先用大量程電流表或電流表的最大量程擋測(cè)量，若指針偏轉(zhuǎn)不到滿刻度的1/3，再改用較小量程擋去測(cè)量。（5）讀取指針式電流表的測(cè)量結(jié)果時(shí)，應(yīng)使眼睛處于電流表表盤的正前方，否則得到結(jié)果的誤差會(huì)較大。24（6）不允許將電流表不經(jīng)任何負(fù)載而直接連接到電源的兩極，因?yàn)殡娏鞅韮?nèi)阻很小，這樣會(huì)造成電源短路而損壞電流表，如圖所示。25切不可將電流表直接連接到電源的兩極一、任務(wù)準(zhǔn)備二、連接雙控照明電路三、測(cè)量電流四、整理現(xiàn)場(chǎng)26任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握電動(dòng)勢(shì)、電壓及電位的概念。2.掌握電壓表的使用方法。3.能連接雙控照明電路并測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)及電路中的電壓和電位。27任務(wù)3

使用電壓表測(cè)量電動(dòng)勢(shì)、電壓及電位工作任務(wù)在照明電路中，若合上開關(guān)，則會(huì)有電流流過燈泡，此時(shí)燈泡被點(diǎn)亮，究竟是什么在驅(qū)動(dòng)電流不斷地在電路中流動(dòng)？當(dāng)電流流過燈泡時(shí)，燈泡兩端會(huì)產(chǎn)生電壓。應(yīng)如何測(cè)量電路中電壓的大??？本任務(wù)的內(nèi)容是學(xué)會(huì)電壓表的使用方法，并用電壓表測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和雙控照明電路中的電壓和電位。28一、電源電動(dòng)勢(shì)在如圖所示裝置中，水泵不斷地將水從

b

處抽送到

a

處，水又持續(xù)地通過水管由

a

處向

b

處流動(dòng)，從而推動(dòng)水車轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)

a

處比

b

處水位高，使

a、b

之間形成了水位差（水壓）。相關(guān)知識(shí)29水壓與水流電路與水路的情況類似，在如圖所示電路中，用電源代替了水泵，用燈泡代替了水車，用電流代替了水流，同樣電路中也會(huì)有持續(xù)不斷的電流。也就是說，電源具有驅(qū)使電荷不斷運(yùn)動(dòng)的能力，當(dāng)電路形成閉合通路時(shí)，會(huì)形成持續(xù)不斷的電流，從而使燈泡發(fā)光。這時(shí)，在燈泡兩端便形成了電壓。30電壓與電流電源驅(qū)使電荷運(yùn)動(dòng)的能力稱為電動(dòng)勢(shì)，用

E

表示。電動(dòng)勢(shì)的單位是伏特，簡(jiǎn)稱伏，用符號(hào)V表示。規(guī)定電動(dòng)勢(shì)的方向?yàn)樵陔娫磧?nèi)部由負(fù)極指向正極，如圖所示。31直流電動(dòng)勢(shì)的兩種符號(hào)二、電壓電場(chǎng)力移動(dòng)單位正電荷從

a

點(diǎn)到

b

點(diǎn)所做的功，稱為

a、b兩點(diǎn)間的電壓，用

Uab

表示。電壓的單位是伏特，簡(jiǎn)稱伏，用符號(hào)V表示。常用的電壓?jiǎn)挝怀朔匾酝?，還有千伏（kV）和毫伏（mV）。它們之間的換算關(guān)系為1kV=1000V1V=1000mV電壓與電流一樣也有方向問題，電壓的實(shí)際方向?yàn)檎姾稍陔妶?chǎng)中受力的方向，且與電路中電流的方向一致。3233三、電位在電路中選定一點(diǎn)作為參考點(diǎn)，則電路中某一點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電壓稱為該點(diǎn)的電位。電位的單位也是V。原則上參考點(diǎn)可以任意選擇，但為了便于分析計(jì)算，在供電電路中，常以大地作為參考點(diǎn)，其電路符號(hào)為“

”；在電子電路中，常以多條支路匯集的公共點(diǎn)或金屬底板、機(jī)殼等作為參考點(diǎn)，其電路符號(hào)為“”或“”。高于參考點(diǎn)的電位取正，低于參考點(diǎn)的電位取負(fù)。電路中任意兩點(diǎn)之間的電位差就等于這兩點(diǎn)之間的電壓，即

Uab=Ua

－Ub，故電壓又稱電位差。電路中某點(diǎn)的電位與參考點(diǎn)的選擇有關(guān)，但兩點(diǎn)間的電位差與參考點(diǎn)的選擇無關(guān)。四、電壓表及其使用方法1.電壓表電壓表是用來測(cè)量交、直流電路中電壓大小的儀表，如圖所示。電壓表按顯示方式可分為數(shù)字式電壓表和指針式電壓表，按測(cè)量電壓的性質(zhì)可分為交流電壓表和直流電壓表，按使用方式可分為固定式電壓表和便攜式電壓表。34電壓表a）數(shù)字式直流電壓表b）指針式直流電壓表2.電壓表的使用方法在用電壓表測(cè)量電路中的電壓時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）對(duì)交、直流電路應(yīng)分別使用交流電壓表和直流電壓表測(cè)量。（2）電壓表必須并接在被測(cè)電路的兩端。（3）指針式直流電壓表表殼接線柱上標(biāo)有表明極性的記號(hào)，應(yīng)與被測(cè)兩點(diǎn)的電位相一致，即“3V”“15V”等代表正極的一端接高電位，“－”端接低電位，不能接錯(cuò)，否則指針會(huì)反轉(zhuǎn)，容易損壞電壓表。（4）每塊電壓表都有一定的測(cè)量范圍，其量程的選擇方法與電流表相同。（5）讀取指針式電壓表的測(cè)量結(jié)果時(shí)，應(yīng)使眼睛處于電壓表表盤的正前方，否則得到結(jié)果的誤差會(huì)較大。35一、任務(wù)準(zhǔn)備二、測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)三、連接雙控照明電路并測(cè)量電壓和電位四、整理現(xiàn)場(chǎng)36任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解電阻和電阻率的概念。2.掌握萬用表的基本使用方法。3.能用萬用表測(cè)量電阻、電流和電壓。37任務(wù)4

使用萬用表測(cè)量電阻、電流及電壓工作任務(wù)電路中的燈泡有阻礙電流流動(dòng)的作用，不同規(guī)格的燈泡對(duì)電流的阻礙作用也不相同。本任務(wù)的內(nèi)容是學(xué)習(xí)萬用表的基本使用方法，并用萬用表測(cè)量燈泡電阻以及由一個(gè)開關(guān)控制兩只燈泡電路中的電流和電壓。38一、電阻當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí)，做定向移動(dòng)的電荷與導(dǎo)體中的原子、分子以及其他導(dǎo)電粒子不斷碰撞從而產(chǎn)生阻力，這種導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用稱為電阻。電阻用

R

表示，單位為歐姆（Ω），常用的單位還有千歐（kΩ）、兆歐（MΩ）。其換算關(guān)系為

1kΩ=1000Ω1MΩ=1000kΩ在各種電路中，經(jīng)常要用到具有一定電阻的元件——電阻器，電阻器也簡(jiǎn)稱電阻。相關(guān)知識(shí)39二、電阻率實(shí)驗(yàn)證明，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的長度

l

成正比，與導(dǎo)體的橫截面積

S

成反比，并與導(dǎo)體的材料性質(zhì)有關(guān)。其可用下式表示:其中，ρ

為導(dǎo)體的電阻率，它由導(dǎo)體的材料性質(zhì)決定，表示導(dǎo)體導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱。電阻率是指長1m、橫截面積為1m2

的某種材料在常溫（20℃）時(shí)的電阻，單位為Ω·m。40各種材料的導(dǎo)電能力相差很大，一般按導(dǎo)電能力不同分為導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體和超導(dǎo)體四類。導(dǎo)體是導(dǎo)電能力很強(qiáng)的材料，電阻率一般在

1×10-6Ω·m以下，如銅、鋁、銀等；絕緣體是導(dǎo)電能力很差的材料，電阻率為1×106~1×1018Ω·m，如橡膠、塑料、云母等；半導(dǎo)體是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料，電阻率為1×10-6~1×106Ω·m，如硅、鍺等；超導(dǎo)體是指在一定條件下電阻率會(huì)變?yōu)橼呄蛴诹愕牟牧?。材料的電阻率?huì)隨溫度的變化而變化。一般來說，純金屬的電阻率隨溫度升高而增大；電解液、半導(dǎo)體和絕緣體的電阻率則隨溫度升高而減??；而有些合金的電阻率幾乎不受溫度變化的影響。4142三、萬用表萬用表是一種多用途、多量程的電工測(cè)量?jī)x表。常用的萬用表有指針式和數(shù)字式兩大類，如圖所示。數(shù)字式萬用表讀數(shù)直觀，而指針式萬用表能方便快速地觀察近似值或被測(cè)數(shù)值的變化情況。萬用表a）指針式b）數(shù)字式使用數(shù)字式萬用表時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1.使用前，必須仔細(xì)閱讀使用說明書，了解轉(zhuǎn)換開關(guān)的功能。2.使用萬用表測(cè)量時(shí)，應(yīng)注意兩支測(cè)量表筆的正、負(fù)極性。紅表筆為正極性，黑表筆為負(fù)極性。3.轉(zhuǎn)換開關(guān)各位置上注明的數(shù)值為該量程擋的最大測(cè)量值。量程擋的選擇依據(jù)是使被測(cè)量值小于但接近該擋最大測(cè)量值。434.在無法估計(jì)被測(cè)量大小時(shí)，應(yīng)先選擇較大的量程擋測(cè)量。在測(cè)量時(shí)，若顯示屏始終顯示數(shù)字“1”，其他位均消失，則說明該量程擋的最大測(cè)量值小于被測(cè)量，此時(shí)應(yīng)重新選擇更高的量程擋測(cè)量。5.禁止在測(cè)量時(shí)更換量程擋。6.不能在電路帶電情況下測(cè)量電阻，否則會(huì)損壞萬用表。7.測(cè)量完畢，應(yīng)關(guān)閉萬用表電源開關(guān)，以延長內(nèi)部電池的使用壽命。44一、任務(wù)準(zhǔn)備二、測(cè)量燈泡的電阻三、測(cè)量電流和電壓四、整理現(xiàn)場(chǎng)45任務(wù)實(shí)施課題二歐姆定律46學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握電路中各電量的測(cè)量方法。2.掌握部分電路歐姆定律及其公式。3.了解電阻的伏安特性曲線。4.能用部分電路歐姆定律分析計(jì)算簡(jiǎn)單直流電路。47任務(wù)1

探究部分電路歐姆定律工作任務(wù)在前面的任務(wù)中分別測(cè)量了電路中的電壓、電流以及負(fù)載電阻，同一電路中的這些電量之間是否有一定的聯(lián)系呢？如果它們之間有關(guān)系，又是什么樣的關(guān)系？本任務(wù)的內(nèi)容是通過對(duì)如圖所示電路中電阻上電壓和電流的測(cè)量，總結(jié)歸納出部分電路歐姆定律及其公式。48測(cè)量電阻上電壓和電流的電路原理圖一、任務(wù)準(zhǔn)備二、連接電路并測(cè)量相關(guān)電量三、分析測(cè)量結(jié)果并整理現(xiàn)場(chǎng)49任務(wù)實(shí)施50知識(shí)延伸一、部分電路歐姆定律只含有負(fù)載電阻而不包含電源的一段電路稱為部分電路，如圖a中點(diǎn)畫線框內(nèi)所示。通過對(duì)上面實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，可以得到部分電路歐姆定律的內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比。其公式為在下圖a中用帶有箭頭的線段標(biāo)明了電流和電壓的方向，通常稱其為參考方向。51部分電路a）電壓和電流方向相同b）電壓和電流方向相反52在上圖b所示電路中，改變了電流

I

的參考方向，則部分電路歐姆定律的表達(dá)式應(yīng)相應(yīng)改為

式中的負(fù)號(hào)表示電流實(shí)際方向與確定的參考方向相反。53二、電阻的伏安特性曲線如果以電壓為橫坐標(biāo)，電流為縱坐標(biāo)，在溫度一定的條件下，通過電阻的電流隨電壓變化而變化的關(guān)系曲線，稱為伏安特性曲線。伏安特性曲線是直線的電阻元件，稱為線性電阻，如圖a所示。線性電阻的阻值可以認(rèn)為是不變的常數(shù)，常見的電阻大多是線性電阻。伏安特性曲線不是直線的電阻，稱為非線性電阻，如圖b所示。在電子電路中將會(huì)用到多種非線性元件。54電阻的伏安特性曲線a）線性電阻的伏安特性曲線b）非線性電阻的伏安特性曲線學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握含有電源的電路中各電量的測(cè)量方法。2.了解電源的外特性曲線。3.掌握全電路歐姆定律及其公式。4.能用全電路歐姆定律分析計(jì)算簡(jiǎn)單直流電路。55任務(wù)2

探究全電路歐姆定律工作任務(wù)在前面的任務(wù)中測(cè)量分析了電路中電阻上電壓、電流以及電阻之間的關(guān)系，一個(gè)完整的電路還應(yīng)當(dāng)包含電源部分，那么含有電源的電路中電源兩端電壓、電流以及電阻之間的關(guān)系又是什么樣的呢？本任務(wù)的內(nèi)容是通過對(duì)如圖所示電路的測(cè)量，明確電源兩端電壓隨電路電流變化而變化的情況，進(jìn)而總結(jié)歸納出電源的外特性、全電路歐姆定律及其公式。56電源外特性測(cè)量電路一、任務(wù)準(zhǔn)備二、連接電路三、測(cè)量電路中各電量四、整理現(xiàn)場(chǎng)57任務(wù)實(shí)施58知識(shí)延伸分析上面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到如下結(jié)論：電源兩端的電壓

U

隨著電流

I

的增大而降低。這是因?yàn)閷?shí)際電源相當(dāng)于一個(gè)沒有電阻的理想電源（電動(dòng)勢(shì)為

E）和一個(gè)電阻（阻值為

r）串接，如圖所示。實(shí)際電源的等效電路59一、全電路歐姆定律電源電動(dòng)勢(shì)基本恒定不變，電路中的電流是電源電動(dòng)勢(shì)克服電源內(nèi)電阻和負(fù)載電阻的阻礙作用而產(chǎn)生的（實(shí)際電流表也有一定的電阻，但數(shù)值一般較小，可忽略不計(jì)）。將電路中的電池用其等效電路表示，可以把上面的實(shí)驗(yàn)電路等效為如圖所示電路。這種含有電源的閉合電路稱為全電路。電源內(nèi)部的電路稱為內(nèi)電路（點(diǎn)畫線框內(nèi)）。電源內(nèi)部的電阻稱為內(nèi)電阻，簡(jiǎn)稱內(nèi)阻。電源外部的電路稱為外電路。外電路中的電阻稱為外電阻，也稱為負(fù)載電阻。內(nèi)電路與外電路合稱為全電路。簡(jiǎn)單的全電路60分析全電路要用到全電路歐姆定律。全電路歐姆定律的內(nèi)容如下：閉合電路中的電流與電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，與電路的總電阻（內(nèi)電阻與外電阻之和）成反比，其計(jì)算公式為由上式可得E=IR+Ir=U外+U內(nèi)式中，U內(nèi)

為內(nèi)電路的電壓降。U外

為外電路的電壓降，也是電源兩端的電壓，簡(jiǎn)稱為電源端電壓。這樣，全電路歐姆定律又可表述為電源電動(dòng)勢(shì)等于

U外

和

U內(nèi)

之和。61二、電源的外特性根據(jù)全電路歐姆定律

E=U外+U內(nèi)，若將

U外

記為電源端電壓

U，考慮到U內(nèi)=Ir，則U=E－Ir可見，當(dāng)電源電動(dòng)勢(shì)

E

和內(nèi)阻

r

一定時(shí)，電源端電壓

U

將隨負(fù)載電流

I

的變化而變化。通常把電源端電壓隨負(fù)載電流變化的關(guān)系特性稱為電源的外特性，并將其關(guān)系特性曲線稱為電源的外特性曲線，如圖所示。由電源外特性曲線可見，電源內(nèi)阻越大，直線越傾斜；直線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)表示電源電動(dòng)勢(shì)的大?。↖=0時(shí)，U=E）。62電源的外特性曲線63三、電路的工作狀態(tài)如圖所示電路存在三種不同的工作狀態(tài)，可以應(yīng)用全電路歐姆定律分析電路中電源端電壓與輸出電流之間的關(guān)系。電路的三種工作狀態(tài)641.通路當(dāng)開關(guān)SA接到位置“1”時(shí)，電路處于通路狀態(tài)，電路中的電流為電源端電壓與輸出電流的關(guān)系為U=E

－

U內(nèi)=E

－

Ir可見，當(dāng)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻一定時(shí)，電源端電壓隨輸出電流的增大而下降。通常把通過大電流的負(fù)載稱為大負(fù)載，把通過小電流的負(fù)載稱為小負(fù)載。也就是說，當(dāng)電源的內(nèi)阻一定時(shí)，若電路接大負(fù)載，則電源端電壓較低；若電路接小負(fù)載，則電源端電壓較高。652.開路（斷路）當(dāng)開關(guān)SA接到位置“2”時(shí)，電路處于開路狀態(tài)，相當(dāng)于負(fù)載電阻

R→∞或電路中某處連接導(dǎo)線斷開。此時(shí)，電路中電流為零，內(nèi)阻壓降也為零，U外=E

－Ir=E，即電源的開路電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì)。3.短路當(dāng)開關(guān)SA接到位置“3”時(shí)，相當(dāng)于電源兩極被導(dǎo)線直接相連，電路處于短路狀態(tài)。電路中短路電流

I短=E/r。由于電源內(nèi)阻一般都很小，所以短路電流極大。此時(shí)，電源對(duì)外輸出電壓

U=0。電源短路是嚴(yán)重的故障狀態(tài)，必須避免發(fā)生。課題三電功率和電功66學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能通過對(duì)調(diào)光電路的測(cè)量和分析，明確影響燈泡亮度的因素。2.掌握電功率和電功的概念及其計(jì)算公式。3.掌握焦耳定律及其公式。4.能計(jì)算電路中的電功率、電功和電阻的發(fā)熱量。5.能正確識(shí)讀電氣負(fù)載額定參數(shù)并理解其含義。67任務(wù)1

探究影響燈泡亮度的因素工作任務(wù)人們經(jīng)常說某型號(hào)的電冰箱是節(jié)能產(chǎn)品，耗電量小，某品牌的空調(diào)“一小時(shí)用一度電”。這些描述涉及電功率和電功的概念。本任務(wù)的內(nèi)容是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量和分析如圖所示調(diào)光電路中燈泡亮度與電壓和電流的關(guān)系，學(xué)習(xí)有關(guān)電功率和電功的知識(shí)。68調(diào)光電路一、任務(wù)準(zhǔn)備二、連接調(diào)光電路并測(cè)量相關(guān)電量三、分析測(cè)量結(jié)果并整理現(xiàn)場(chǎng)69任務(wù)實(shí)施70知識(shí)延伸一、電功率電流在流過燈絲時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為熱能和光能，且電能轉(zhuǎn)化為熱能和光能的速度越快，燈泡就越亮，電池也就會(huì)在更短的時(shí)間內(nèi)被耗盡。同樣，在下圖中搬運(yùn)工將重物搬到高處，這是人力做功，消耗的是體能，搬運(yùn)速度越快，體能也就消耗越快；使用電動(dòng)葫蘆同樣也能把重物搬到高處，這是電流做功，消耗的是電能。71人力做功和電流做功a）搬運(yùn)工搬物消耗的是體能b）電動(dòng)葫蘆搬物消耗的是電能72單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功稱為電功率，它表示電流做功的快慢（或是消耗電能的快慢），用字母

P

表示，單位為瓦（W）。通過上面的實(shí)驗(yàn)可知燈泡的亮度與流過它的電流

I的大小以及燈泡兩端的電壓

U

的高低相關(guān)，單位時(shí)間內(nèi)電流在燈泡上所做的功應(yīng)為電流和電壓的乘積，即常用的電功率單位除了瓦以外，還有兆瓦（MW）、千瓦（kW）和毫瓦（mW），它們之間的換算關(guān)系為1MW=1000kW1kW=1000W1W=1000mW73二、電功電功率只表示消耗電能的快慢，而消耗電能的多少不僅取決于電功率的大小，還與工作的時(shí)間長短有關(guān)。電功表示的是負(fù)載在一段時(shí)間內(nèi)所消耗電能的總量，即W=Pt=UIt式中，W

是電功，單位是焦耳（J）；P

是功率，單位是瓦（W）；t

是時(shí)間，單位是秒（s）。在實(shí)際工作中，電功的單位常用千瓦時(shí)（kW·h）來表示，也就是平常所說的“度”。1度=1kW·h=3.6×106J74電能表電功的大小用電能表來測(cè)量。75三、電流的熱效應(yīng)通過前面的實(shí)驗(yàn)和生活經(jīng)驗(yàn)可知，燈泡點(diǎn)亮后除了發(fā)光，還會(huì)發(fā)熱。電流通過電阻時(shí)使電阻發(fā)熱的現(xiàn)象稱為電流的熱效應(yīng)。換句話說，電流的熱效應(yīng)就是電能轉(zhuǎn)換為熱能的現(xiàn)象。電流通過電阻后所產(chǎn)生的熱量與電流的平方、電阻的大小及通電的時(shí)間成正比，這就是焦耳定律。電能轉(zhuǎn)換為熱能的關(guān)系可用下式表示：Q=I2

Rt式中，Q

是電阻上產(chǎn)生的熱量，單位是J；I

是導(dǎo)體中通過的電流，單位是A；R

是導(dǎo)體的電阻，單位是Ω；t

是電流通過導(dǎo)體的時(shí)間，單位是s。76四、負(fù)載的額定參數(shù)通常把電氣元件和電氣設(shè)備能長期安全工作所允許的最大電流、最大電壓和最大功率分別稱為額定電流、額定電壓和額定功率，并將它們標(biāo)在顯著的位置。電氣設(shè)備如電動(dòng)機(jī)、電熱水器的額定值通常標(biāo)在其外殼的銘牌上，故其額定值也稱銘牌數(shù)據(jù)。電氣設(shè)備或電氣元件在額定功率下的工作狀態(tài)稱為額定工作狀態(tài)，也稱滿載；低于額定功率的工作狀態(tài)稱為輕載；高于額定功率的工作狀態(tài)稱為過載或超載。過載會(huì)使發(fā)熱量過大，時(shí)間長了可能會(huì)燒壞用電器，所以一般不允許出現(xiàn)長時(shí)間的過載。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.熟悉EWB仿真軟件的工作界面和基本操作。2.熟悉EWB仿真軟件常用元器件庫和常用元器件參數(shù)設(shè)置方法。3.掌握常用虛擬儀表的使用方法。4.掌握最大功率傳輸條件。5.能用EWB仿真軟件驗(yàn)證最大功率傳輸條件。77任務(wù)2

仿真驗(yàn)證最大功率傳輸條件工作任務(wù)在前面的學(xué)習(xí)過程中，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用真實(shí)的元器件和儀表完成了許多實(shí)驗(yàn)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，為了經(jīng)濟(jì)高效地驗(yàn)證電路原理等，常借助EWB等仿真軟件在虛擬環(huán)境中選擇實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)儀表，并在計(jì)算機(jī)上完成實(shí)驗(yàn)電路的連接，用虛擬儀表測(cè)量所需的各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本任務(wù)的內(nèi)容是在熟悉EWB仿真軟件的工作界面、基本操作的基礎(chǔ)上，對(duì)電路進(jìn)行仿真，并驗(yàn)證最大功率傳輸條件。78一、負(fù)載獲得最大功率的條件如圖所示電路中，由于電源內(nèi)阻的存在，電源提供的總功率

P總

分成電源內(nèi)阻上消耗的功率

P內(nèi)

和負(fù)載RP上消耗的功率

P外

兩部分，并且

P總=P內(nèi)+P外

。電源內(nèi)阻和負(fù)載電阻相等，即

R=r，也被稱為阻抗匹配。相關(guān)知識(shí)79負(fù)載獲得最大功率的條件二、EWB仿真軟件的工作界面EWB仿真軟件的工作界面如圖所示。其由菜單欄、工具欄、元器件欄、電路工作區(qū)、仿真電源開關(guān)和暫停/恢復(fù)開關(guān)等組成。80EWB仿真軟件的工作界面1.菜單欄菜單欄中有六個(gè)菜單，分別是File（文件）、Edit（編輯）、Circuit（電路）、Analysis（分析）、Window（窗口）、Help（幫助）。每個(gè)菜單的下拉菜單中都包含若干條命令。2.工具欄工具欄提供基本功能的快捷按鈕，如圖所示。81工具欄3.元器件欄元器件欄中不同的按鈕可以打開不同的元器件庫，如圖所示。EWB仿真軟件提供的元器件庫有自定義庫、電源庫、基本元件庫、二極管庫、晶體管庫、模擬集成電路庫、混合集成電路庫、數(shù)字集成電路庫、邏輯門電路庫、數(shù)字器件庫、指示器件庫、控制器件庫、其他器件庫和儀器庫。82元器件欄4.電路工作區(qū)電路工作區(qū)是工作界面的中心區(qū)域，它就像實(shí)驗(yàn)室的工作平臺(tái)?？梢詫⒃骷谥械母鞣N元器件和測(cè)試儀器儀表移到工作區(qū)，在工作區(qū)中搭接設(shè)計(jì)電路。當(dāng)連接好測(cè)試儀器儀表后，單擊仿真電源開關(guān)，就可以對(duì)電路進(jìn)行仿真測(cè)試。打開測(cè)試儀器儀表，可以觀察測(cè)試結(jié)果；再次單擊仿真電源開關(guān)，則可以停止對(duì)電路的仿真測(cè)試。5.仿真電源開關(guān)仿真電源開關(guān)用于啟動(dòng)和關(guān)閉電子電路的仿真運(yùn)行。6.暫停/恢復(fù)開關(guān)暫停/恢復(fù)開關(guān)用于仿真運(yùn)行過程中的暫停和恢復(fù)操作。83一、運(yùn)行EWB仿真軟件二、放置元器件三、對(duì)元器件進(jìn)行賦值并設(shè)置標(biāo)號(hào)四、調(diào)整元器件在電路工作區(qū)的位置和方向84任務(wù)實(shí)施五、連接電路六、運(yùn)行電路并觀察仿真結(jié)果七、改變滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)位置并計(jì)算負(fù)載上的功率八、保存仿真電路文件85課題四電阻的連接86學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能連接、測(cè)量和分析電阻串聯(lián)電路。2.掌握電阻串聯(lián)電路中的電流、電壓和總電阻的關(guān)系。3.掌握電阻串聯(lián)電路的應(yīng)用。87任務(wù)1

測(cè)量分析電阻串聯(lián)電路工作任務(wù)有一種裝飾用的小彩燈電路，如圖所示，它是將許多燈泡依次連接在電路里。所有燈泡只能一起亮，只要其中有一只燈泡熄滅，燈泡就全部熄滅。像這樣把多個(gè)元件逐個(gè)順次連接起來就組成了串聯(lián)電路。本任務(wù)的內(nèi)容是連接并測(cè)量電阻串聯(lián)電路的電流、電壓和電阻，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)從而得到電阻串聯(lián)電路中的電流、電壓和總電阻之間的關(guān)系。88串聯(lián)而成的裝飾小彩燈電路一、任務(wù)準(zhǔn)備二、測(cè)量電阻串聯(lián)電路的電流三、測(cè)量電阻串聯(lián)電路的電壓四、測(cè)量電阻串聯(lián)電路的電阻89任務(wù)實(shí)施90知識(shí)延伸一、電阻串聯(lián)電路的特點(diǎn)通過對(duì)上面實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析，可以歸納出電阻串聯(lián)電路的特點(diǎn):1.電阻串聯(lián)電路中各處電流都相等，即I=I1=I2=I3=…=In2.電阻串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各個(gè)電阻兩端電壓之和，即U=U1+U2+U3+…+Un3.電阻串聯(lián)電路的總電阻（等效電阻）等于各串聯(lián)電阻之和，即R=R1+R2+R3+…+Rn914.電阻串聯(lián)電路中各電阻上分配的電壓與它的阻值成正比，即Un=IRn因?yàn)殡娮璐?lián)電路中，流過每個(gè)電阻的電流都相等，所以阻值越大的電阻分得的電壓越大，阻值越小的電阻分得的電壓越小。上式稱為分壓公式，其中

稱為分壓比。92二、電阻串聯(lián)電路的應(yīng)用1.電阻串聯(lián)可以獲得較大阻值的電阻在維修工作中發(fā)現(xiàn)一個(gè)330Ω電阻損壞，但是現(xiàn)場(chǎng)沒有這種規(guī)格的電阻，只有110Ω和220Ω電阻若干，此時(shí)將110Ω和220Ω電阻各一個(gè)進(jìn)行串聯(lián)即可得到330Ω電阻。932.電阻串聯(lián)具有分壓作用電阻流過電流要產(chǎn)生電壓降，承擔(dān)了電路一部分電壓，利用該原理可以做成電阻分壓器，如左圖所示；也可以給只能測(cè)量小電流的表頭串聯(lián)一個(gè)適當(dāng)阻值的電阻，得到一定量程的電壓表，如右圖所示。電阻分壓器擴(kuò)大電壓表量程943.電阻串聯(lián)具有限流作用如果在電路中串聯(lián)一個(gè)電阻，那么電路的等效電阻就要增大，在電源電壓不變的情況下，電路中的電流會(huì)減小，所以串聯(lián)電阻可以起到限流作用。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能連接、測(cè)量和分析電阻并聯(lián)電路。2.掌握電阻并聯(lián)電路中的電流、電壓和總電阻的關(guān)系。3.掌握電阻并聯(lián)電路的應(yīng)用。95任務(wù)2

測(cè)量分析電阻并聯(lián)電路工作任務(wù)家庭中使用的電燈、電風(fēng)扇、電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)等家用電器，都是并列地連接在電路中，并各自安裝一個(gè)開關(guān)，它們可以分別控制，互不影響，如圖所示。像這樣把多個(gè)元件并列地連接起來，由同一電壓供電，就組成了并聯(lián)電路。本任務(wù)的內(nèi)容是連接并測(cè)量電阻并聯(lián)電路的電流、電壓和電阻，通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到電阻并聯(lián)電路中的電流、電壓和總電阻之間的關(guān)系。96家用電器的連接方式一、任務(wù)準(zhǔn)備二、測(cè)量電阻并聯(lián)電路的電流三、測(cè)量電阻并聯(lián)電路的電壓四、測(cè)量電阻并聯(lián)電路的電阻97任務(wù)實(shí)施98知識(shí)延伸一、電阻并聯(lián)電路的特點(diǎn)通過對(duì)上面實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析，可以歸納出電阻并聯(lián)電路的特點(diǎn):1.電阻并聯(lián)電路中各電阻兩端的電壓相等，即U=U1=U2=…=Un2.電阻并聯(lián)電路的總電流等于流過各電阻的電流之和，即I=I1+I2+…+In3.電阻并聯(lián)電路的總電阻的倒數(shù)等于各并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和，即兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)總電阻為在實(shí)際應(yīng)用中，為了表示簡(jiǎn)便，在計(jì)算式中常用“∥”表示并聯(lián)關(guān)系，如上式可表示為R=R1

∥

R2991004.電阻并聯(lián)電路中通過各支路的電流與支路的阻值成反比，即IR=I1

R1=I2

R2=…=In

Rn上式表明，阻值越大的電阻所分配的電流越小，反之電流越大。若已知

R1

和

R2

兩個(gè)電阻并聯(lián)，且并聯(lián)電路的總電流為

I，可得分流公式如圖所示。兩個(gè)電阻并聯(lián)電路101二、電阻并聯(lián)電路的應(yīng)用1.電阻并聯(lián)可以獲得較小阻值的電阻在只有100Ω的電阻而急需50Ω的電阻時(shí)，只需將兩個(gè)100Ω的電阻并聯(lián)，就能得到一個(gè)50Ω的電阻。102并聯(lián)電阻擴(kuò)大電流表量程2.電阻并聯(lián)具有分流作用在電工測(cè)量中，廣泛使用并聯(lián)電阻的方法來擴(kuò)大電流表的量程。如圖所示，利用并聯(lián)電阻可以分流的特點(diǎn)，可以在只能測(cè)量小電流的表頭兩端再并聯(lián)一個(gè)適當(dāng)阻值的電阻，就能實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大電流表量程的目的。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能連接、測(cè)量和分析電阻混聯(lián)電路。2.掌握電阻混聯(lián)電路的計(jì)算方法。103任務(wù)3

測(cè)量分析電阻混聯(lián)電路工作任務(wù)電阻的串聯(lián)與并聯(lián)是電路最基本的連接形式。但在一些實(shí)際電路中，可能既有電阻的串聯(lián)，又有電阻的并聯(lián)，這種電路就稱為電阻的混聯(lián)電路，如圖所示。104電阻的混聯(lián)電路測(cè)量電阻混聯(lián)電路的總電阻105本任務(wù)的內(nèi)容是在掌握電阻串、并聯(lián)電路分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，連接、測(cè)量并分析如圖所示電阻混聯(lián)電路的總電阻，通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到電阻混聯(lián)電路各電阻與總電阻之間的關(guān)系。一、分析計(jì)算電阻混聯(lián)電路的一般方法1.應(yīng)用電阻的串聯(lián)、并聯(lián)特點(diǎn)，逐步簡(jiǎn)化電路，求出電路的等效電阻。2.由等效電阻和電路的總電壓，根據(jù)歐姆定律求出電路的總電流。3.由總電流，再根據(jù)歐姆定律和電阻串并聯(lián)的特點(diǎn)，求出各支路的電壓和電流。相關(guān)知識(shí)106二、較復(fù)雜電阻混聯(lián)電路的分析計(jì)算對(duì)于某些較復(fù)雜的電阻混聯(lián)電路，如圖a所示電路，很難判斷出各電阻間的連接關(guān)系。此時(shí)，比較有效的方法是畫出等效電路，即把原電路整理成較為直觀的電阻串、并聯(lián)關(guān)系的電路，然后再計(jì)算其等效電阻。107電阻混聯(lián)電路a）原電路b）標(biāo)注節(jié)點(diǎn)c）等效電路【例】

以上圖為例，說明畫較復(fù)雜電阻混聯(lián)電路的等效電路的步驟。解：（1）在原電路中標(biāo)出各個(gè)節(jié)點(diǎn)（這里指三個(gè)或三個(gè)以上電阻的匯合點(diǎn)）。一般情況下，原電路兩端分別標(biāo)為A、B

點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)依次標(biāo)為

C、D…并假設(shè)

A

點(diǎn)為最高電位點(diǎn)“+”，B

點(diǎn)為最低電位點(diǎn)“－”，其他節(jié)點(diǎn)的電位在

A、B

點(diǎn)電位之間。本電路除了

A、B

點(diǎn)之外，還有一個(gè)節(jié)點(diǎn)標(biāo)為

C

點(diǎn)，如上圖b所示。（2）按照電位的高低，把標(biāo)注的各字母沿豎直方向依次排開（好比水從高處流向低處一樣，只能從“+”流向“－”，中途不得返回）。將各電阻依次接入與原電路對(duì)應(yīng)的兩節(jié)點(diǎn)之間，畫出等效電路，如上圖c所示。108（3）根據(jù)等效電路中電阻之間的串、并聯(lián)關(guān)系，求出等效電阻。由上圖c可知，R3和R4串聯(lián)后與R2并聯(lián)，再與R1串聯(lián)，最后與R5并聯(lián)，其等效電阻為109一、任務(wù)準(zhǔn)備二、測(cè)量電阻混聯(lián)電路的電阻三、分析測(cè)量結(jié)果并整理現(xiàn)場(chǎng)110任務(wù)實(shí)施課題五電池組的連接111學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能連接、測(cè)量和分析串聯(lián)電池組。2.掌握串聯(lián)電池組的特點(diǎn)。112任務(wù)1

測(cè)量分析串聯(lián)電池組工作任務(wù)電視機(jī)遙控器的額定電壓是直流3V，用電池供電。而一節(jié)電池的電動(dòng)勢(shì)只有1.5V，這種情況下就需要將兩節(jié)電池串聯(lián)后一起使用，這就是串聯(lián)電池組，如圖所示。本任務(wù)的內(nèi)容是連接和測(cè)量如圖所示串聯(lián)電池組的總電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而分析得到串聯(lián)電池組的特點(diǎn)。113串聯(lián)電池組一、任務(wù)準(zhǔn)備二、測(cè)量串聯(lián)電池組的總電動(dòng)勢(shì)三、分析測(cè)量結(jié)果并整理現(xiàn)場(chǎng)114任務(wù)實(shí)施設(shè)串聯(lián)電池組中每節(jié)電池的電動(dòng)勢(shì)都是

E1，內(nèi)阻都是

r1

。通過上面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及對(duì)串聯(lián)電池組的進(jìn)一步分析，可以歸納出如下特點(diǎn)。串聯(lián)電池組的總電動(dòng)勢(shì)

E

為E=nE1串聯(lián)電池組的總內(nèi)阻

r

為r=nr1115知識(shí)延伸串聯(lián)電池組所能提供的電流

I

為式中，R

為串聯(lián)電池組所帶負(fù)載的等效電阻，n

為電池節(jié)數(shù)?？梢?，串聯(lián)電池組適用于輸出電流不太大，而輸出電壓要求較高的場(chǎng)合。116學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能連接、測(cè)量和分析并聯(lián)電池組。2.掌握并聯(lián)電池組的特點(diǎn)。117任務(wù)2

測(cè)量分析并聯(lián)電池組工作任務(wù)在實(shí)際中，由于電池電動(dòng)勢(shì)較低且總是有一定的內(nèi)阻存在，所以單節(jié)電池能夠給負(fù)載提供的電流可能無法滿足需求。這種情況下就需要將多節(jié)電池并聯(lián)后一起使用，這就是并聯(lián)電池組，如圖所示。本任務(wù)的內(nèi)容是連接和測(cè)量如圖所示并聯(lián)電池組的供電電流，進(jìn)而分析得到并聯(lián)電池組的特點(diǎn)。118并聯(lián)電池組一、任務(wù)準(zhǔn)備二、測(cè)量并聯(lián)電池組的供電電流三、分析測(cè)量結(jié)果并整理現(xiàn)場(chǎng)119任務(wù)實(shí)施一、電池的并聯(lián)在實(shí)際中，由于電池存在內(nèi)阻以及電池允許工作溫度的限制，每節(jié)電池輸出電流的能力是一定的，如果不能滿足負(fù)載額定電流的要求，就需要將多節(jié)電池并聯(lián)成電池組。假設(shè)并聯(lián)電池組中每節(jié)電池的電動(dòng)勢(shì)都是

E，內(nèi)阻都是

r，每節(jié)電池能向負(fù)載提供的電流都是

I1，電池的節(jié)數(shù)為

n，則并聯(lián)電池組的總電動(dòng)勢(shì)為E總=E120知識(shí)延伸121并聯(lián)電池組的總內(nèi)阻為并聯(lián)電池組所能提供的電流為I總=nI由此可見，并聯(lián)電池組適用于單節(jié)電池的電動(dòng)勢(shì)能滿足負(fù)載所需的電壓，而單節(jié)電池的輸出電流小于負(fù)載所需電流的情況。二、電池的混聯(lián)在實(shí)際中，當(dāng)需要電源的電壓較高且電流較大時(shí)，還會(huì)用到混聯(lián)電池組。具體的連接方法如圖所示。先將幾節(jié)電池接成串聯(lián)電池組，以滿足負(fù)載對(duì)電壓的要求，再將幾組串聯(lián)的電池組并聯(lián)起來，以滿足負(fù)載對(duì)電流的要求。122混聯(lián)電池組假設(shè)上圖中每節(jié)電池的電動(dòng)勢(shì)

E=1.5V，內(nèi)阻都是

r=0.1Ω，根據(jù)電池串、并聯(lián)的特點(diǎn)，可求出該混聯(lián)電池組的總電動(dòng)勢(shì)為E總=3E=3×1.5V=4.5V

混聯(lián)電池組的總內(nèi)阻為r總=（r+r+r）//（r+r+r）//（r+r+r）=r=0.1Ω123課題六基爾霍夫定律124學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能正確區(qū)分復(fù)雜直流電路和簡(jiǎn)單直流電路。2.掌握復(fù)雜直流電路的概念及相關(guān)術(shù)語。125任務(wù)1

認(rèn)識(shí)復(fù)雜直流電路工作任務(wù)如左圖所示為正在充電的手機(jī)。移動(dòng)電源和手機(jī)內(nèi)的電池均可等效為含有電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻的電源，處于開機(jī)狀態(tài)的手機(jī)可等效為一負(fù)載電阻。該電路的等效電路如右圖所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，運(yùn)用前面學(xué)習(xí)過的知識(shí)無法求出此電路中負(fù)載上的電流。這種不能用電阻串并聯(lián)進(jìn)行等效化簡(jiǎn)的電路稱為復(fù)雜直流電路。126正在充電的手機(jī)手機(jī)充電等效電路與手機(jī)充電等效電路類似的復(fù)雜電路在實(shí)際中有很多，如圖所示電路就是另一個(gè)實(shí)例。本任務(wù)的內(nèi)容是正確區(qū)分復(fù)雜直流電路和簡(jiǎn)單直流電路，并以上兩圖為例，確定復(fù)雜直流電路的支路數(shù)、節(jié)點(diǎn)數(shù)、回路數(shù)和網(wǎng)孔數(shù)。127復(fù)雜直流電路一、支路電路中流過同一電流的每個(gè)分支稱為支路。支路是構(gòu)成復(fù)雜電路的基本單元，是由一個(gè)或幾個(gè)串聯(lián)的電路元件構(gòu)成的。通常把含有電源的支路稱為有源支路，不含電源的支路稱為無源支路。相關(guān)知識(shí)128二、節(jié)點(diǎn)3個(gè)或3個(gè)以上支路的匯交點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。三、回路電路中任意一個(gè)閉合路徑稱為回路。四、網(wǎng)孔在回路中間不框入任何其他支路的回路稱為網(wǎng)孔。網(wǎng)孔是不可再分的回路，也是最簡(jiǎn)單的回路，電路中的網(wǎng)孔數(shù)等于相互獨(dú)立的回路數(shù)。129一、判斷簡(jiǎn)單直流電路和復(fù)雜直流電路二、確定支路、節(jié)點(diǎn)、回路和網(wǎng)孔數(shù)130任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能連接實(shí)驗(yàn)電路，對(duì)電路中的電流、電壓進(jìn)行測(cè)量和分析。2.掌握基爾霍夫定律的內(nèi)容和適用范圍。131任務(wù)2

探究基爾霍夫定律工作任務(wù)在上一任務(wù)中分析了復(fù)雜直流電路的基本結(jié)構(gòu)，在這些電路中，各支路電流之間有何關(guān)系？怎樣計(jì)算復(fù)雜直流電路中的電流？本任務(wù)的內(nèi)容是連接如圖所示的復(fù)雜直流電路，并對(duì)電路中的電流、電壓進(jìn)行測(cè)量和分析。132復(fù)雜直流電路一、任務(wù)準(zhǔn)備二、連接電路三、測(cè)量電路中的電流四、測(cè)量電路中的電壓五、分析測(cè)量結(jié)果六、結(jié)束測(cè)量133任務(wù)實(shí)施134知識(shí)延伸一、基爾霍夫第一定律基爾霍夫第一定律又稱節(jié)點(diǎn)電流定律。它指出，在任一瞬間，流進(jìn)某一節(jié)點(diǎn)的電流之和恒等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和，即如下圖a所示，對(duì)于節(jié)點(diǎn)

O

有I1+I2=I3+I4+I5可將上式改寫成I1+I2

－

I3－I4－I5=0基爾霍夫第一定律a）流入總電流=流出總電流b）流入總水流=流出總水流135136因此，得到∑I=0即對(duì)任一節(jié)點(diǎn)來說，流入或流出該節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和恒等于零。電路的這一特性可用水流的流入、流出類比，即對(duì)于水流中的某一節(jié)點(diǎn)，流入總水量恒等于流出總水量，如上圖b所示。137基爾霍夫第一定律不僅適用于節(jié)點(diǎn)，也可以推廣用于電路中任一假設(shè)的閉合面（也稱為廣義節(jié)點(diǎn)）。如圖所示，電路中某一部分被閉合面

S

所包圍，即流入此閉合面的電流恒等于流出該閉合面的電流，即

I1=I2

。顯然，這時(shí)若把連接閉合面的一根導(dǎo)線切斷，另一根導(dǎo)線中的電流一定為零。流入、流出閉合面的電流相等二、基爾霍夫第二定律基爾霍夫第二定律又稱回路電壓定律。它指出，在任一閉合回路中，各段電路電壓降的代數(shù)和恒等于零。用公式表示為∑U=0在如圖所示電路中，按虛線方向循環(huán)一周，根據(jù)電壓與電流的參考方向可列出UAB+UBC+UCD+UDA=0即

－E1+I1

R1

－E2+I2

R2=0或

E1+E2=I1

R1+I2

R2138由此，可得到基爾霍夫第二定律的另一種表示形式:∑E=∑IR即在任一回路循環(huán)方向上，回路中電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和恒等于電阻上電壓降的代數(shù)和。以支路電流為未知量，依據(jù)基爾霍夫定律列出節(jié)點(diǎn)電流方程和回路電壓方程，然后聯(lián)立求解的方法稱為支路電流法。139基爾霍夫第二定律a）電源電動(dòng)勢(shì)之和等于電路電壓降之和b）上升總高度等于下降總高度課題七疊加原理和戴維南定理140學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能完成復(fù)雜直流電路的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。2.掌握用疊加原理求解復(fù)雜直流電路的方法和步驟。141任務(wù)1

探究疊加原理工作任務(wù)上一課題分析的復(fù)雜直流電路如圖所示。這種含有兩個(gè)直流電源的復(fù)雜直流電路，不能用簡(jiǎn)單電路的電阻串并聯(lián)方法進(jìn)行分析，那么能不能讓兩個(gè)電源分別作用于電路，從而將復(fù)雜電路化為簡(jiǎn)單電路，進(jìn)而分析求解此電路呢？本任務(wù)的內(nèi)容是連接這一復(fù)雜直流電路，測(cè)量復(fù)雜直流電路在各電源單獨(dú)作用下的電流和電壓數(shù)值，進(jìn)而分析實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)。142復(fù)雜直流電路一、任務(wù)準(zhǔn)備二、直流電源

E1

單獨(dú)作用三、直流電源

E2

單獨(dú)作用四、分析測(cè)量結(jié)果并整理現(xiàn)場(chǎng)143任務(wù)實(shí)施分析本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到啟示：在含有兩個(gè)以上電源的復(fù)雜電路中，任一支路的電流（或電壓）等于電路每個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)，在該支路上產(chǎn)生的電流（或電壓）的代數(shù)和，這一原理稱為疊加原理。144知識(shí)延伸一、疊加原理的適用范圍疊加原理是線性電路中的一個(gè)重要原理，應(yīng)用疊加原理可以使線性電路的分析變得十分方便，它可將復(fù)雜的電路分解成多個(gè)簡(jiǎn)單的電路，然后利用歐姆定律和電阻串并聯(lián)的特點(diǎn)加以解決。使用疊加原理時(shí)要注意，疊加原理僅適用于線性電路，而且只能用來計(jì)算電流和電壓，不能用于功率的計(jì)算。145二、用疊加原理分析計(jì)算電路的步驟1.將復(fù)雜電路分解為若干個(gè)由單個(gè)電源單獨(dú)作用的分電路。當(dāng)某一獨(dú)立電源單獨(dú)作用時(shí)，其他電源應(yīng)置為零（電壓源電壓為零，電流源電流為零），即電壓源短路，電流源開路，只保留內(nèi)阻。2.分析計(jì)算各分電路，分別求得各支路電流。3.對(duì)各分電路的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行疊加（即求代數(shù)和），得出最終結(jié)果。注意：疊加時(shí)，若分電流（或電壓）與原電路中待求電流（或電壓）的參考方向相同，則該分電流（或電壓）取“+”號(hào)，否則取“－”號(hào)。146學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能完成復(fù)雜直流電路的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。2.掌握用戴維南定理求解復(fù)雜直流電路的方法和步驟。147任務(wù)2

探究戴維南定理工作任務(wù)前面學(xué)習(xí)了幾種求解復(fù)雜電路的方法，目的是分析電路中所有支路的電流（或電壓）。如果只需要求解復(fù)雜電路中某一支路電流，有沒有更簡(jiǎn)便的求解方法呢？下面要學(xué)習(xí)的戴維南定理就是在這種情況下能實(shí)現(xiàn)化繁為簡(jiǎn)的一種方法。本任務(wù)的內(nèi)容是通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證戴維南定理求解復(fù)雜直流電路的方法。148一、二端網(wǎng)絡(luò)任何具有兩個(gè)引出端的電路（也稱為網(wǎng)絡(luò)）都稱為二端網(wǎng)絡(luò)。如果這部分電路中含有電源，則稱為有源二端網(wǎng)絡(luò)，如圖a所示。有源二端網(wǎng)絡(luò)可以化簡(jiǎn)為一個(gè)含有內(nèi)阻的電源。如果電路中只有電阻而不含有電源，則稱為無源二端網(wǎng)絡(luò)，如圖b所示。無源二端網(wǎng)絡(luò)可用一個(gè)等效電阻R來代替。相關(guān)知識(shí)149二端網(wǎng)絡(luò)a）有源二端網(wǎng)絡(luò)b）無源二端網(wǎng)絡(luò)150二、戴維南定理戴維南定理的內(nèi)容如下：任何一個(gè)只含有線性元件的有源二端網(wǎng)絡(luò)對(duì)于外電路而言，都可以用一個(gè)電動(dòng)勢(shì)和電阻串聯(lián)的等效電源來代替，等效電源的電動(dòng)勢(shì)等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，等效電源的內(nèi)阻等于該二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有電動(dòng)勢(shì)短路后的網(wǎng)絡(luò)兩端的等效電阻。151三、用戴維南定理解題的步驟1.將電路分成有源二端網(wǎng)絡(luò)和待求支路兩部分。2.斷開待求支路，求出有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，作為等效電源的電動(dòng)勢(shì)。3.將有源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有電動(dòng)勢(shì)短路，求出無源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻，作為等效電源的內(nèi)阻。4.畫出有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電源圖，接通待求支路，利用全電路歐姆定律解得待求支路的電流。152一、任務(wù)準(zhǔn)備二、連接電路三、測(cè)量電路中R5支路的電流值四、按照戴維南定理解題步驟重新測(cè)量五、分析測(cè)量結(jié)果并整理現(xiàn)場(chǎng)153任務(wù)實(shí)施課題八直流電橋電路154學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握直流電橋電路的組成及其平衡條件。2.能完成直流電橋平衡條件驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。155任務(wù)1

測(cè)量直流電橋電路工作任務(wù)在前面的學(xué)習(xí)過程中，經(jīng)常要用數(shù)字式萬用表測(cè)量電阻，其測(cè)得的阻值一般只能精確到0.1Ω。如果需要更為精確地測(cè)量電阻，如精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位數(shù)，就要使用直流單臂電橋，又稱惠斯通電橋，如圖a所示。如圖b所示是直流單臂電橋內(nèi)部電路原理圖，這種