模块二 课题三电阻的混联和课题四电路中电位和电压的计算 中职2024学年高二《电工基础(第三版)》同步教学(机工版)

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模块二 课题三电阻的混联和课题四电路中电位和电压的计算 中职2024学年高二《电工基础(第三版)》同步教学(机工版)

资源简介

(共18张PPT)
电阻的混联
课题三
1.掌握电阻混联电路的定义。
2.掌握电阻混联电路的计算方法。
教学目标
混联电路——既有电阻的串联,又有电阻的并联。
一、电阻的混联电路
混联电路
分析、计算混联电路的方法:
1.应用电阻的串联、并联特点,逐步简化电路,求出
电路的等效电阻。
2.由等效电阻和电路的总电压,根据欧姆定律求出电路的总电流。
3.由总电流,再根据欧姆定律和电阻串并联的特点,
求出各支路的电压和电流。
等效电路图——把原电路整理成较为直观的电阻串并联关系的电路图,然后计算其等效电阻。
二、等效电路图
混联电路及其等效电路
2.按照电位的高低,把标注的各字母沿竖直方向依次排开,将各电阻依次接入与原电路图对应的两节点之间,画出等效电路图。
画等效电路图的步骤:
1.在原电路图中标出各个节点(这里指3个以上电阻的汇合点)的名称,一般情况下,给原电路两端分别标出A、B点,其他节点依次标出C、D…等。并假设A点为最高电位点“+”,B点为最低电位点“-”。其他节点的电位在A、B点电位之间。
3.根据等效电路中电阻之间的串、并联关系,求出等效电阻。
以下图为例,说明画等效电路的步骤。
解题过程
[例2-4]
想一想
如图所示,电路总电压为220V,已知各电阻值,试求各电阻的电流和电压。
解题过程
[例2-5]
学与用—万用表基本原理图电路
电池的混联
当单节电池的电动势和额定电流都不能满足负载的要求时,可采用电池混联供电。连接方法是:先将几节电池串联组成串联电池组,以满足负载对电压的要求;再将几组相同的串联电池组并联起来,以满足对负载电流的要求。
电池的混联
解题过程
[例2-6]
混联电池组,已知每节电池的电动势为E1=1.5 V,内阻为
r1=0.1Ω,试求该电池组的电动势和内阻各为多少?
电池的混联
某用电器的工作电压为6 V,工作电流为0.25 A。现用
电池作为该用电器的电源,已知每节电池的电动势1.5 V,
额定电流为0.3 A。问应选用几节电池做怎样连接才能满足用电器的要求?
2.掌握电路中两点间电压的计算方法。
电路中电位和电压的计算
课题四
1.掌握电路中某点电位的计算方法。
教学目标
一、电路中各点电位的计算
计算某点电位的步骤:
1.选定参考点,即零电位点。
2.计算回路中电流。
3.选择路径列出方程。
4.带入数值,计算电位值。
已知E1=10V,E2=15V,R1=3Ω,R2=2Ω,R3=5Ω,
试求A点电位UA。
解题过程
[例2-7]
仿真验证
电路中各点电位的计算
在某些特殊情况下,同一电路中的某两点会有相同的电位。
计算结果表明,A、B两点虽然不相连,但是它们却是等电位的。所以让A、B两点处于开路、短路或接上任意电阻,都不会对原电路产生任何影响。
(V)
(V)
电路中的A、B两点的电位分别是
等电位
二、电路中两点间电压的计算
电路中任意两点间电压的计算方法:
1.由电位求电压,即UAB=UA-UB
2.分段法
把两点间的电压分成若干段进行计算,各段电压的代数和就是所求电压。各段电压正负号的确定原则与计算电位时相同。
求如图所示一段电路的电压UAB。
解题过程
[例2-8]
在电子电路中,经常看到把如图a所示的电路图简化成图b的形式。图中既不画电源,也不标出电位的参考点,只在各端点标以电位值,从而简化了电路。
a) b)(共20张PPT)
3.掌握串联电池组的应用。
电阻的串联
课题 一
1.掌握电阻串联电路的特点。
2. 掌握电阻串联电路的应用。
教学目标
将电阻依次首尾相连,使各电阻通过同一电流的连接方式叫做电阻的串联。
一、电阻的串联电路
三个电阻的串联电路
串联电路的特点:
1.I=I1=I2=I3=……=In
2.U=U1+U2+U3=……=Un
3.R=R1+R2+R3=……=Rn
4.Un=IRn
5.Pn=I2Rn
6.P=P1+P2+…+Pn
两个电阻串联的分压公式
三个电阻串联的分压公式
二、电阻串联的应用
1. 分压作用
2. 限流作用
3. 多个电阻串联可获得较大阻值
如图所示的电阻分压器中,已知U=300V,R1=150kΩ、
R2=100kΩ、R3=50kΩ,求当开关在1、2、3位置时,输出
电压各为多少?
解题过程
[例2-1]
仿真验证
解题过程
[例2-2]
现有一只电流表,允许通过的最大电流(也叫满刻度电流)是50μA,内阻是3kΩ。根据需要,要把它改造成量程(也叫测量范围)为10V的电压表,应该如何改造?
节日彩灯的接线图如图所示,它是采用若干个额定电压为
10V的小灯泡串联组成。已知电源电压为220V,请问需要串联至
少几个小灯泡才能正常发光?
节日彩灯及接线图
设串联电池组中每个电池的电动势都是E1,内阻都是r1,则串联
电池组的总电动势E总为:
串联电动势的总内阻为:
串联电池组所能提供的电流为
串联电池组适用于输出电流不太大,而输出电压要求较高的场合。
E总=nE1
r总=nr1
一般情况下,当使用时间过长引起串联电池组电压过低时,应同
时更换其中的全部电池。若只更换其中一只电池,会产生什么后果?
若安装时其中一节电池的极性装反,会产生什么后果?
电阻的并联
课题二
1.掌握电阻并联电路的特点。
2.掌握电阻并联电路的应用。
3.掌握并联电池组的应用。
教学目标
家用电器的并联
把几个电阻的一端连接在电路中的一个点上,另一端连接在另一个点上,这种连接方式叫做电阻的并联。
一、电阻的并联电路
并联电路 等效电路
并联电路及等效电路
并联电路的特点:
3个电阻并联,其中R1>R2>R3,并联后总电阻为R。你知道R1、R2、R3和R四个电阻中,哪个阻值最大?哪个阻值最小吗?将两个电阻R1=10Ω,R2=100kΩ并联,并联后的总电阻与哪个电阻的阻值最接近?
现有一只量程为100μA的电流表,其内阻为rc=1kΩ。
若要将其量程扩大为10mA,问应并联多大的分流电阻?
解题过程
[例2-3]
二、电阻并联的应用
1.分流作用
2.恒压供电
3.采用几个电阻并联来得到阻值较小的电阻
设并联电池组中每个电池的电动势都是E1,内阻都是r1,则并联电池组的总电动势E总为:
并联电池组所能提供的电流为:
并联电动势的总内阻为:
电池的并联
如果负载需要的电压和电流都大于单个电池的电压和输出电流,你知道该怎么办吗?
电池并联使用时,要求各个电池的电动势必须相等、内阻也相等。这是因为,如果各个电池的电动势不相等,则电动势高的电池会向电动势低的电池充电;如果电池的内阻不相等,则内阻小的电池提供的电流就会很大,所以新、旧电池一般不要并联使用。(共11张PPT)
电功与电功率
课题五
1.理解电功率的定义及物理意义。
2.掌握电功的定义及测量。
3.掌握焦耳定律的定义及应用。
4.掌握负载获得最大功率的条件及应用。
教学目标
电功率——单位时间内电场力所做的功,它表示电流做功的快慢。
式中 P—电功率,单位是瓦(W)。
一、电功率
电功率的换算关系为:
1兆瓦(MW)=1000千瓦(kW)
1千瓦(kW)=1000瓦(W)
1瓦(W)=1000毫瓦(mW)
二、电功
电功——用来表示负载在一段时间内所消耗电能的大小,即
W=Pt=UIt
式中 P——功率,W;
t——时间,s;
W——电功,J。
1度=1 kW·h=3.6×106J
实际工作中,电功的单位常用千瓦时(kW·h),即 “度”。
想一想
家用单相电能表接线的原则是“1、3进,2、4出”。
一台功率是10千瓦的电炉,每天工作8小时,
求一个月30天要用电多少度?
解题过程
[例1-7]
焦耳定律——电流通过电阻后所产生的热量与电流的平方、电阻大小及通电的时间成正比。
三、焦耳定律
Q=I2Rt
I——导体中通过的电流,A;
R——导体的电阻,Ω;
t ——电流通过导体的时间,s;
Q——电阻上产生的热量,J。
提示—焦耳定律
一个电热器接在电压为220V的电源上,通过电热器的电流为5A。试求通电1h所产生的热量。
解题过程
[例1-8]
电气元件和电气设备长期安全工作时所允许的最大电流、
电压和功率分别称为额定电流、额定电压和额定功率。
四、电气设备的额定值
电气元件和设备在额定功率下的工作状态叫做额定工作状态,也称为满载。
低于额定功率的工作状态叫轻载,高于额定功率的状态叫超载
或过载。
当R=r时,负载才能得到最大的功率。此时负载获得的最大功率为
五、负载获得最大功率的条件
负载获得最大功率的条件
学与用—阻抗匹配
1.电路、电路组成、电路的主要作用
2.电流、电流大小定义
3.电流密度
4.电路中产生电流的条件
5.电压
6.电位
7.电动势定义、电动势方向规定
8.电阻
9.伏安特性曲线
10.欧姆定律
小 结
11.全电路欧姆定律
12.电路在三种状态下电流与端电压的关系
13.电功率
14.电功
15.电流的热效应
16.负载获得最大功率的条件
17.阻抗匹配(共20张PPT)
电阻与电阻定律
课题三
1.掌握电阻的定义。
2.掌握电阻定律。
3.了解电阻与温度的关系。
4.熟悉电阻在实际中的应用。
教学目标
一、电阻
电阻——导体对电流的阻碍作用,用字母R或者r表示。
单位:欧姆,用Ω表示。
常用的电阻单位还有千欧(kΩ)和兆欧(MΩ)
1千欧(kΩ)=1000欧(Ω)
1兆欧(MΩ)=1000千欧(kΩ)
R——导体电阻(Ω)
l——导体长度(m)
S——导体横截面积(m2)
ρ——导体的电阻率,与导体性质有关的物理量
二、电阻定律
在温度一定时,导体的电阻与导体长度成正比,与导体横截面积成反比,还与导体的材料有关,这一规律称为电阻定律。
电阻率——在20℃时,长度为1m,横截面积为1m2的某种导体所具有的电阻值,即
单位:Ω·m。
电阻率越小表示物质的导电能力强,否则反之。
通常情况下,金属的电阻随温度的升高而增大。各种材料的导电性能可以用电阻率表示。
三、电阻与温度的关系
导体 10-8~10-6 Ω·m
导电性能 绝缘体 106~1016 Ω·m
半导体 电阻率介于上述两者之间
学与用—热敏电阻
四、电阻及其在电子电路中的作用
1.常用电阻器
碳膜电阻 金属膜电阻 线绕电阻
常用电阻元件外形
(1)固定电阻包括碳膜电阻、金属膜电阻、绕线电阻和热敏电阻等。
按结构不同,可分为固定电阻、可变电阻和微调电阻三类。
(2)可变电阻 一种常见的可调电子元件,常用于需要调节电阻大小的场合,通过调节电阻的大小达到调节电位的目的,故又称为电位器。
常见电位器
(3)微调电阻 调节阻值范围很小的可变电阻。
微调电阻
(1)限流作用:电压一定,电阻越大,电流越小。
2.电阻在电路中的作用
小知识—电阻器常用标注方法
(2)分压作用:电流I通过电阻R时,一定会产生一个电压降U。
电阻的限流和分压作用
一只标有棕、黑、绿、棕、棕5环标注的电阻器,
其阻值和允许偏差各为多少?
欧姆定律
课题四
1.掌握部分电路欧姆定律及应用。
2.掌握全电路欧姆定律及应用。
教学目标
1.部分电路欧姆定律
欧姆定律——反映电阻元件两端的电压与通过该元件的电流和电阻三者之间关系的定律。
I——电流,A
U——电压,V
R——电阻,Ω
一、部分电路欧姆定律
解题过程
[例1-4]
有一只量程为250V的直流电压表,它的内阻为50kΩ,
用它测量电压时,允许通过的最大电流是多少?
在温度一定的条件下,通过电阻的电流随电压而变化的关系曲线称为电阻的伏安特性曲线。
2.电阻的伏安特性曲线
电阻的伏安特性曲线
想一想—三个电阻的伏安特性曲线
二、全电路欧姆定律
全电路欧姆定律:闭合电路中的电流与电源的电动势成正比,与
电路的总电阻成反比,数学表达式为
全电路——含有电源的闭合电路,由内电路和外电路两部分组成。
也可整理成 E=IR+Ir=U外+U内
U内——电源内阻上的电压降;
U外——外电路的电压降。
全电路欧姆定律 闭合水路
全电路欧姆定律
电路的三种状态
三、电路的 3 种状态
2. 开路
1. 通路
3. 短路
电路在三种状态下的特点:
电路状态 电阻R 电流I 电压U外
通路 R U外=E-Ir
开路 ∞ 0 U外=E
短路 0 很大 U外=0
在图中所示电路中,已知电源电动势E=24V,内阻r=4Ω,负载电阻R=20Ω。
试求:   (1)电路中的电流;(2)电源的端电压;
  (3)负载电阻两端的电压;(4)内压降。
解题过程
[例1—5]
仿真验证
仿真源文件见相应素材目录(余同)
在图中所示电路中,当开关分别打在1、2、3位置时,
电路处于什么状态?电流表和电压表的读数分别是多少?
解题过程
[例1—6]
仿真验证(共16张PPT)
戴维南定理
课题五
1.掌握戴维南定理的内容和适用范围。
2.掌握用戴维南定理解复杂电路中某一
支路电流的方法及步骤。
教学目标
一、戴维南定理
如果这部分电路中含有电源,则称为有源二端网络。
如果电路中只有电阻而不含
有电源,则称为无源二端网络。
二端网络
任何具有两个引出端的电路(也称为网络)都称为二端网络。
戴维南定理: 任何一个线性有源二端网络对于外电路而言,都
可以用一个具有恒定电动势和电阻串联的等效电源来代替,等效电源
的电动势E等于二端网络的开路电压UAB,等效电源的内阻r等于二端
网络内所有电动势短路后,网络两端的输入等效电阻RAB。
解题过程
[例3-9]
如图所示有源二端网络,试应用戴维南定理求它的等效电源。
二、用戴维南定理解题的步骤
1.将电路分成有源二端网络和待求支路两部分。
2.断开待求支路,求出有源二端网络的开路压UAB,作为等效电源的电动势E。
3.将有源二端网络内的所有电动势短路,求出无源二端网络的等效电阻RAB,作为等效电源的内阻r。
4.画出有源二端网络的等效电源图,接通待求支路,利用全电路欧姆定律解得待求支路的电流。
解题过程
[例3-10]
利用戴维南定理,求出如图所示电桥电路中通过检流计的电流IP。
仿真验证
在画等效电源时,等效电动势E的正方向应与有源二端网络的开路电压UAB的正方向相同。
直流电桥电路
课题六
1.掌握直流电桥电路的组成。
2.掌握直流电桥电路平衡的条件及特点。
3.掌握直流电桥电路在生产实际中的应用。
教学目标
一、直流电桥的组成
直流电桥原理图,又称惠斯登电桥。
RX——被测臂
R2、R3——比例臂
R4——比较臂
“桥”——cd 两点之间的由检流计组
成的支路
直流电桥原理图
图中所示直流电桥电路中,支路数是多少?回路数是多少?若用支路电流法所列方程组应该列多少个方程?
直流电桥原理图
电桥的平衡状态——接通按钮开关SB,反复调节标准电阻
R2、R3、R4,使检流计P的指示为零,即IP=0。
由此得电桥的平衡条件:R2 · R4=RX · R3
电桥相对臂电阻的乘积相等时,电桥就处于平衡状态,
检流计中的电流IP=0。
电桥平衡时,IP=0,表明电桥两端c、d的电位相等,故有
Uac=Uad Ucb=Udb即 I1RX=I 4R4 I 2R2=I 3R3
二、电桥平衡的特点
1.电桥平衡时,IP=0,可认为桥处于“开路”状态。
2.电桥平衡时,IP=0,c、d两点处于“短路”状态。
电桥平衡时,被测电阻RX =比例臂倍率×比较臂读数。
利用电桥平衡的特点,人们制造出可以测量被测电阻阻值大
小的仪器,称为直流单臂电桥。
QJ23型直流单臂电桥外形图
小 结
1.复杂电路
2.支路
3.节点
4.回路
5.基尔霍夫第一定律
6.基尔霍夫第二定律
7.复杂电路的理论依据和基础
8.支路电流法
9.电压源
12.叠加原理
13.二端网络、有源二端网络、无源二端网络
14.戴维南定理
15.电桥的平衡条件
16.电桥平衡特点
17.直流单臂电桥
10.电流源
11.电压源与电流源转化
10.电流源(共19张PPT)
3.掌握电压源和电流源变换的方法。
电压源、电流源及其等效变换
课题三
1.掌握电压源的定义和特点。
2.掌握电流源的定义和特点。
教学目标
一、电压源
电压源——用一个恒定电动势E和一个电阻r串联组成的电源。
实际电压源
电压源是以输出电压的形式向负载供电。
当电源内阻r=0时,输出电压U=E,而
与输出电流的大小无关。
电压源输出
内阻为零的电压源称为理想电压源。理想电压源的输出电压
恒等于电源电动势且与负载大小无关,所以又称为恒压源。
提示
理想电压源
二、电流源
电流源——用一个恒定电流IS和一个电阻r并联组成的电源。
实际电流源
电流源是以电流的形式向负载供电的。
电流源输出
内电阻为无穷大的电流源称为
理想电流源。
理想电流源的输出电压与负载
电阻的大小有关,即U=IR=ISR。
理想电流源不允许开路。
理想电流源
当一个电压源和一个电流源的外特性相同时,
对外电路来说,这两个电源是等效的。
三、电压源和电流源的等效变换
电压源与电流源的变换
请将下图中的电压源变换成电流源。
解题过程
[例3-4]
请将下图中的电流源变换成电压源。
解题过程
[例3-5]
1.两种电源等效变换后只对外部电路有效,
但对电源内部并不等效。
电压源与电流源进行等效变换时,应注意:
2.恒定电流IS的方向与电动势E的方向在变换前后应保持一致。
3.理想电压源与理想电流源之间不能进行
变换,因两者的变换条件无法实现。
如图所示复杂电路,要求解出通过R3的电流I3。
解题过程
[例3-6]
仿真验证
2.掌握使用叠加原理解复杂电路的方法及步骤。
叠加原理
课题四
1.掌握叠加原理的内容和适用范围。
教学目标
叠加原理:在含有两个以上电源的线性电路中,任意一条支路的
电流(或电压),等于电路每个电源单独作用时,在该支路中产生的电流(或电压)的代数和。
使用叠加原理时要注意:叠加原理仅适用于线性电路,
而且只能用来计算电流和电压,不能用于功率的计算。
二、用叠加原理分析计算电路的步骤
1.首先将复杂电路分解为若干个由单个电源单独作用
的分电路。当某一独立电源单独作用时,其他电源应置于零。
2.分析计算各分电路,分别求得各支路电流。
3.对各分电路的计算结果进行叠加(即求代数和),
得最终结果。
电路如图所示,要求用叠加原理求各支路电流。
解题过程
[例3-7]
如图所示电路,求各支路电流及电阻R3上的电压和功率。
解题过程
[例3-8]
用支路电流法求解图所示电路中各支路电流。(共17张PPT)
上述两个电路中的电阻能用电阻串、并联来等效吗?
基尔霍夫定律
课题一
1.掌握常用复杂电路的名词。
2.掌握基尔霍夫第一定律的内容和适用范围。
3.掌握基尔霍夫第二定律的内容和适用范围。
教学目标
一、复杂电路名词
两条基本定律——欧姆定律+基尔霍夫定律。
想一想
复杂直流电路
基尔霍夫第一定律:在电路中的任一节点,流进节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。
二、基尔霍夫第一定律(简称KCL)
∑I=0 对任一节点来说,流入(或流出)该节点电流的代数和等于零。基尔霍夫第一定律的另一种表达形式。
数学表达式为:∑Ii=∑Io
流入封闭面S的电流等于流出封闭面S的电流,即I1=I2 。
霍尔基夫定律也可推广用于电路中任一假设的封闭面(也称广义节点)。
最后根据计算结果确定电流的实际方向。
根据基尔霍夫第一定律求节点未知电流:
对于已知电流可按原电流方向标出。
对于未知电流可任意标出。
首先标出各支路电流的正方向
然后根据基尔霍夫第一定律列出节点电流方程求解。
学与用—基尔霍夫第一定律的应用
在图中所示电路中,已知I1=2A,I2=4A,I3=1A,I4=5A,求I5。
解题过程
[例3—1]
基尔霍夫第二定律又称为回路电压定律,是描述电路中各部分电压之间相互关系的定律。
电动势之和=电压降之和
登楼梯总高度=下楼梯总高度
三、基尔霍夫第二定律(简称KVL)
基尔霍夫第二定律
4.凡是电动势方向与回路绕行方向一致者,该电动势
为“+”号,反之为“-”号。
应用基尔霍夫第二定律解题时,常采用公式∑IR=∑E,
应按照下列步骤确定各个量的正负号。
1.首先选定各支路电流的参考方向。
2.任意选定沿回路的绕行方向。
3.凡是支路电流方向与回路绕行方向一致者,该电流
为“+”号,在电阻上产生的电压降也为“+”正号。反之
为“-”号。
基尔霍夫第二定律应用于广义回路
回路电压方程:U-IR=E
支路电流:
推广后得到一段含源电路的欧姆定律,
其数学表达式为:
电压U=IR和电动势E的方向与电流I的
方向一致时,取正号,相反时取负号。
解题过程
[例3-2]
在图中所示闭合回路中,已知E1=12V,E2=18V,
R1=R2=2Ω,R=6Ω,试求电路中的电流I。
仿真验证
1.掌握支路电流法解复杂直流电路的方法步骤。
支路电流法
课题二
2.掌握支路电流法的适用范围。
教学目标
支路电流法——以支路电流为未知数,应用基尔霍夫定律列出所需要的方程组,然后联立求解各未知电流的方法。
基尔霍夫第一定律:电路中各支路电流之间的关系。
基尔霍夫第二定律:回路中各部分电压之间的关系。
一、用支路电流法解题的步骤
1.先标出各支路电流的参考方向和假定的回路绕行方向。
2.根据KCL列出n-1个节点电流方程。
3.根据KVL列出m-(n-1)个节点电流方程。
4.代入数值,联立求解方程组,从而得到各支路电流。
5.根据计算结果,确定各支路电流的实际方向。
图中所示为一台汽车上使用的直流发电机和蓄电池并联供电
的电路。试用支路电流法求各支路电流及负载R3两端的电压。
解题过程
[例3-3]
有几条支路,就有几个未知电流,也就要求列几个基尔霍夫定律的方程。因此支路电流法适合于求解某复杂电路中的所有电流,一般要求所有电流不得超过3个场合。
二、支路电流法的适用范围
在图中,已知E1=E2=17V,R1=2Ω,R2=1Ω,R3=5Ω,请你用支路电流法求出各支路电流的大小和实际方向。

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