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1、影像电子学基础物 理（电工学部分）第一章第一章 直流电路直流电路 第一节第一节 电路的基本概念电路的基本概念第一章第一章 直流电路直流电路内容提要：内容提要：本章介绍电路的基本概念和基本定律等。本章介绍电路的基本概念和基本定律等。教学要求：教学要求：掌握电路的作用与组成部分、电路模型、掌握电路的作用与组成部分、电路模型、电压和电流的参考方向、电路有载工作状态、电压和电流的参考方向、电路有载工作状态、开路与短路、电位等基本概念和欧姆定律、基开路与短路、电位等基本概念和欧姆定律、基尔霍夫定律等基本定律及其正确应用。尔霍夫定律等基本定律及其正确应用。一一.电路和模型电路电路和模型电路电路：电路：就是
2、电流所通过的路径。它是由电路元件按就是电流所通过的路径。它是由电路元件按一定方式组合而成的。一定方式组合而成的。电路电路的作用的作用：实现电能的实现电能的传输传输和和转换转换，信号的，信号的传递传递和和处理处理。电路的组成：电路的组成：包括电源、负载、和中间环节包括电源、负载、和中间环节三个三个组成部分。组成部分。1.电路的组成和作用电路的组成和作用第一节第一节 电路的基本概念电路的基本概念第二节第二节 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第三节第三节 电路的等效变换电路的等效变换电路的基本定律与分析方法电路的基本定律与分析方法第一章第一章第四节第四节 电路的基本定理电路的基本定理第五节第五节 电容器及其
3、充放电电路电容器及其充放电电路电源：电源：将非电能转换成电能的装置。将非电能转换成电能的装置。例如：发电机、干电池例如：发电机、干电池负载：负载：将电能转换成非电能的装置。将电能转换成非电能的装置。例如：电动机、电炉、电灯例如：电动机、电炉、电灯中间环节：中间环节：连接电源和负载的部分，起传输和分配电连接电源和负载的部分，起传输和分配电能的作用。能的作用。例如：输电线路例如：输电线路发电机发电机 电灯电灯电动机电动机 电炉电炉 升压升压变压器变压器 降压降压变压器变压器 输电线输电线 电源电源中间环节中间环节 负载负载 电子电路，即信号处理电路电子电路，即信号处理电路它的作用主要为传递和处理信
4、号。它的作用主要为传递和处理信号。放放大大器器中间环中间环节节信信号号源源问题讨论问题讨论负载负载电源电源干电池干电池灯灯泡泡开关开关导线导线电源电源中间环中间环节节负载负载2.电路模型电路模型2.电路模型电路模型 负载负载 电源电源理想电路元件：理想电路元件：在一定条件下，突出其主要电磁性能，忽略次要因在一定条件下，突出其主要电磁性能，忽略次要因素，将实际电路元件理想化（模型化）。素，将实际电路元件理想化（模型化）。主要有电阻、电感、电容元件。主要有电阻、电感、电容元件。电路模型：电路模型：由理想电路元件所组成的电路，就是实由理想电路元件所组成的电路，就是实 际电路的电际电路的电路模型。路模
5、型。E+_R0R电池电池灯泡灯泡+_+_+_+部分元件的图形符号部分元件的图形符号二、电路的基本参量二、电路的基本参量电路的基本参量电路的基本参量电流电流电压电压电位电位功率功率电动势电动势EIUR+_+_物理量的物理量的方向：方向：实际方向实际方向参考方向参考方向实际方向实际方向：物理中对电量物理中对电量规定规定的方向。的方向。参考方向：参考方向：（正方向）：（正方向）：在分析计算时，对电量人为在分析计算时，对电量人为任意设定任意设定的方向。的方向。I正值正值I负值负值1.电流电流电流：电流：电荷的定向移动形成了电流电荷的定向移动形成了电流（电流的电流的实际方向实际方向规定规定为：正电荷的运
6、动方向为：正电荷的运动方向）正负号正负号u_+ab 双下标双下标箭箭 头头uab电压电压+-IR电流电流：从高电位：从高电位 指向低电位。指向低电位。电压：电压：电场力把单位正电荷从电场力把单位正电荷从a点移动到点移动到b所所做的功称为做的功称为ab两点间的电压两点间的电压（电压的实际方电压的实际方向规定为：电压降低的方向向规定为：电压降低的方向）ab2.电压和电位电压和电位电路的基本参量电路的基本参量Uab（高电位在前，高电位在前，低电位在后）低电位在后）电路的基本参量电路的基本参量电位：即电场中某点的电势。电位：即电场中某点的电势。数值上等于数值上等于电场力把单位正电荷从某点移动电场力把单
7、位正电荷从某点移动到无限远处所做的功。到无限远处所做的功。电路中两点的电压就是该两电路中两点的电压就是该两点间的电势差。点间的电势差。abbaabUUU在电路中任选一结点，设其电位为零在电路中任选一结点，设其电位为零0（用（用此点称为参考点。其它各结点对参考点的电压，便是此点称为参考点。其它各结点对参考点的电压，便是该结点的电位。该结点的电位。标记），标记），Va=5V a 点电位：点电位：ab1 5Aab1 5AVb=-5V b 点电位：点电位：参考点不同，各点电位即不同，但任意两点电位差参考点不同，各点电位即不同，但任意两点电位差（即电压值）不变。（即电压值）不变。UabVaVb500(5
8、)5V例例在电路中任选一结点，设其电位为零在电路中任选一结点，设其电位为零0（用（用此点称为参考点。其它各结点对参考点的电压，便是此点称为参考点。其它各结点对参考点的电压，便是该结点的电位。该结点的电位。标记），标记），Uab=6 10=60VUca=20 4=80VUda=5 6=30VUcb=140VUdb=90V以以a点为参考点点为参考点Vb-Va=Uba Vb=Uba=-60VVc-Va=Uca Vc=Uca=+80VVd-Va=Uda Vd=Uda=+30V例例以以b点为参考点点为参考点 Va=Uab=+60V Vc=Ucb=+140V Vd=Udb=+90VE1=140V+_E2=
9、90V+_20 5 6 4A6A10Acbda （1）电路中某一点的电位等于该点与参）电路中某一点的电位等于该点与参考点（电位为零）之间的电压；考点（电位为零）之间的电压；（2）参考点选的不同，电路中各点的）参考点选的不同，电路中各点的电位值随着改变，但是任意两点间的电压值电位值随着改变，但是任意两点间的电压值是不变的。所以各点电位的高低是相对的，是不变的。所以各点电位的高低是相对的，而两点间的电压是绝对的。而两点间的电压是绝对的。小结小结电位在电路中的表示法：电位在电路中的表示法：E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E2R1R2R3E1E2电位在电路中的表示法：电位在电路中的表示
10、法：R1R2+15V-15V 参考电位在哪里参考电位在哪里？R1R215V+-15V+-电路分析中的电路分析中的参考方向参考方向（正方向）（正方向）问题的提出问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？的实际方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？E1ABRE2IR+_+_(1)在解题前先设定一个方向，作为参考方向；在解题前先设定一个方向，作为参考方向；解决方法解决方法(3)根据计算结果确定实际方向：根据计算结果确定实际方向：若计算结果为若计算结果为正正，则实际方向与假设方向，则实际方向与假设方向一致一致；若计
11、算结果为若计算结果为负负，则实际方向与假设方向，则实际方向与假设方向相反相反。(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；系的代数表达式；例例已知：已知：E=2V,R=1问：问：当当U分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?解：解：(1)假定电路中物理量的正方向如图所示；假定电路中物理量的正方向如图所示；(2)列电路方程：列电路方程：EUURREURUIRREUUR IRURU+_+_E Rab+_(3)数值计算数值计算A1121 V1A112-3 3VRRIUIU（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向一致）（实际方向
12、与假设方向相反）（实际方向与假设方向相反）REUIRE IRRURabU+_+_+_A1121 V1A112-3 3VRRIUIU(4)为了避免列方程时出错，为了避免列方程时出错，习惯上习惯上把把 I 与与 U 的方向的方向 按相同方向假设。按相同方向假设。(1)方程式方程式U/I=R 仅适用于正方向一致的情况。仅适用于正方向一致的情况。(2)“实际方向实际方向”是物理中规定的，而是物理中规定的，而“参考方向参考方向”则则 是人们在进行电路分析计算时是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。任意假设的。(3)在以后的解题过程中，注意一定要在以后的解题过程中，注意一定要先假定先假定“一个方向一个方
13、向”(即在图中表明物理量的参考方向即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程然后再列方程 计算计算。缺少。缺少“参考方向参考方向”的物理量是无意义的的物理量是无意义的.提示提示（1）电功）电功电功 电场力推动自由电荷发生定向移动所做的功。qUW tRURtIW22Itq IUtqUW在纯电阻电路中，电功的公式也可可写成电流做功的过程实际上就是电能转化成其它形式的能的过程。电能作了多少功，就有多少其它形式的能转换成其它形式的能。3.电功率电功率（2）电功率）电功率电功 率 电流所做的功跟完成这些功所用的时间的比值。tWP 电功率的单位是瓦特，代号W。RURIP22IUtW IUP 在纯电阻电路
14、中，电功的公式也可写成J6106.33600100011秒瓦千瓦小时度3.电功率电功率电动势电动势：从电源内部由低电位指向高电位。从电源内部由低电位指向高电位。EIUR+_+_4.电动势电动势物理量实际方向的表示方法物理量实际方向的表示方法正负号正负号u_+abUab（高电位在前，高电位在前，低电位在后）低电位在后）双下标双下标箭箭 头头uab电压电压+-IR电流电流：从高电位：从高电位 指向低电位。指向低电位。IRUabE+_ab+_电池电池灯泡灯泡+_电动势电动势：从电源内从电源内部由低电部由低电位指向高位指向高电位。电位。物理量的实际方向物理量的实际方向 物物理理量量单单位位实实际际正正
15、方方向向电电流流 IA、kA、mA、A正正电电荷荷移移动动的的方方向向电电动动势势 E V、kV、mV、V电电源源驱驱动动正正电电荷荷的的方方向向 (低低电电位位 高高电电位位)电电压压 UV、kV、mV、V电电位位降降落落的的方方向向 (高高电电位位 低低电电位位)3.3.支路、节点和回路支路、节点和回路节点：节点：三个或三个以上支路的连接点三个或三个以上支路的连接点支路：支路：没有分支的部分电路没有分支的部分电路回路：回路：电路中任一个闭合路径电路中任一个闭合路径网孔：网孔：内部不含支路的回路内部不含支路的回路名词注释：名词注释：节点：节点：2个个 a c支路：支路：3个个 abc adc
16、 ac回路：回路：3个个 abcda acda abca网孔：网孔：2 个个 acda abca不含支路的回路不含支路的回路 用来描述电路中各部分电压或各部分电用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系流间的关系,其中包括基尔霍夫电流定律和基其中包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。尔霍夫电压定律。第二节第二节 基尔霍夫定律基尔霍夫定律一、电路的概念一、电路的概念节点：节点：三个或三个以上支路的连接点三个或三个以上支路的连接点支路：支路：没有分支的部分电路没有分支的部分电路回路：回路：电路中任一个闭合路径电路中任一个闭合路径网孔：网孔：内部不含支路的回路内部不含支路的回路名词注释：名词注释：节点：节点：2个个 a c支路：支路：3个个 abc adc ac回路：回路：3个个 abcda acda abca网孔：网孔：2 个个 acda abca不含支路的回路不含支路的回路 例例例例 对任何节点，在任一瞬间，流入结点的电流等对任何节点，在任一瞬间，流入结点的电流等于流出结点的电流。或者说，在任一瞬间，一个结于流出结点的电流。或者说，在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为点上电流的代数和
