1、廈門電子職業中專學校電工基礎教案第一章 直流電路基礎知識§11 庫侖定律本節要求：了解電荷的種類及電荷之間的相互作用力。 掌握庫侖定律。一、電荷之間的相互作用力 當物體受到摩擦等作用時，物體就帶了電，或者說帶了電荷。自然界中存在著兩種電荷，即正電荷和負電荷。電荷之間存在相互作用力，同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。二、電荷量 電荷的多少叫電荷量，用字母Q表示。在國際單位制中，電荷量的單位名稱是庫侖，用字母C表示。三、庫侖定律靜止的點電荷間的相互作用力所遵循的庫侖定律：在真空中兩個點電荷q1、q2間的作用力F的大小跟它們所帶電荷量的乘積q1q2成正比，跟它們之間距離r的平方成反比，作

2、用力的方向在它們的連線上。庫侖定律公式為 q1、q2點電荷電荷量，單位是庫侖，符號為C； r兩個點電荷間的距離，單位是米，符號為m； k靜電恒量，k=9X109 N·m2C2； F靜電力，單位是牛頓，符號為N。靜止的點電荷之間的這種作用力叫靜電力或庫侖力。只有當帶電體的幾何線度(直徑)遠遠小于帶電體間的距離時，帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可以忽略不計，這樣的帶電體可以看成點電荷。 注意下面兩個問題： (1)只適用于計算兩個點電荷間的相互作用力。 (2)求點電荷間相互作用力時，不用把表示正、負電荷的“+”、“”符號代人公式中，計算過程中可用絕對值計算，其結果可根據電荷的正、負確

3、定作用力為引力或斥力以及作用力的方向。 例題 兩個點電荷電荷量q1=4X106C，q2=1.2X106C，在真空中的距離r=0.4m，求兩個點電荷間作用力的大小及方向。解：根據庫侖定律 作用力的方向在兩個點電荷的連線上。因為同帶負電荷，所以作用力為斥力。作業 P2 1。填空題 1、2 2。計算題 1、2§12 電場和電場強度本節要求：理解電場的特性。 掌握電場強度與電力線的特性。一、電場存在于電荷周圍空間，對電荷有作用力的特殊物質叫電場。電荷間相互作用的靜電力，是依靠電場來實現的，實際上是一個電荷的電場對另一個電荷的作用，因此靜電力又常稱做電場力。電場具有兩個重要的特性： (1)位于

4、電場中的任何帶電體，都要受到電場力的作用。(2)電場具有能量。二、電場強度 檢驗電荷是帶正電且電荷量很小的點電荷，不致影響原來的電場。可以科學準確地研究原來電場的特性。 檢驗電荷在電場中某一點所受電場力F與檢驗電荷電荷量q的比值叫做該點的電場強度，簡稱場強。用公式表示為 式中 F檢驗電荷所受電場力，單位是牛頓，符號為N； q檢驗電荷的電荷量，單位是庫侖，符號為C； E一電場強度，單位是牛頓每庫侖，符號為NC。 電場強度既有大小又有方向。電場中某點的場強方向，就是正電荷在該點所受電場力的方向。三、電力線在電場中畫出一系從正電荷出發到負電荷終止的曲線，使曲線上每一點的切線方向都和該點的電場強度向致

5、,這些曲線叫做電力線。以下是幾種常見的電力線如圖所示。電力線具有以下特征：(1)在靜電場中，電力線總是起于正電荷而終止于負電荷(或無窮遠)。(2)任何兩條電力線都不會相交。例題 檢驗電荷電荷量q=3x109C，在電場中P點受到的電場力F=18N，求該點電場強度。若檢驗電荷放在P點，電荷量q=6x109C，檢驗電荷所受電場力是多少? 解：根據電場強度的定義 由于電場中某點場強與檢驗電荷無關，所以P點場強不變，q所受電場力F為 F=Eq=6x109x6x109=36N作業 P5 1。填空題 1、2、3 2。計算題 1、2 3。回答問題 1、2、3 §13 電流本節要求：掌握電流的概念。

6、理解電流的方向。一、電流電荷的定向運動叫做電流，是表示帶電粒子定向運動的強弱的物理量。電流在量值上等于通過導體橫截面的電荷量q和通過這些電荷量所用時間t的比值。用公式表示為 式中 q通過導體橫截面的電荷量，單位是庫侖，符號為C； t通過電荷量g所用的時間，單位是秒，符號為s； I電流，單位是安培，符號為A。如果在1s內，通過導體橫截面的電荷量是1C，導體中的電流是1A。在國際單位制中，電流的常用單位還有毫安(mA)和微安(uA)： lA=103mA=106Ua二、電流的方向規定正電荷定向運動的方向為電流方向。在事先無法確定電路中電流的真實方向時，先假定一個電流方向(假想的電流方向)，稱為參考方

7、向。用箭頭在電路圖中標明電流的參考方向，如果計算的結果電流為正值，那么電流的真實方向與參考方向一致；如果計算的結果電流為負值，那么電流的真實方向與參考方向相反。電流方向只表明電荷的定向運動方向。例題 在5min時間內，通過導體橫截面的電荷量為3.6C，求電流是多少安，合多少毫安?解：根據電流的定義式 作業 P6 1、2、3、4 §14 電壓和電位本節要求：掌握電壓、電位的概念。 掌握電壓與電位之間的關系。一、電壓在勻強電場中，電荷q在電場力作用下，由a移動到b，電場力對電荷做的功為Wab。a、b兩點間的電壓Uab在數值上等于電場力把電荷由a移到b所做的功Wab與被移動電荷電荷量q的比

8、，用下式表示 式中 q由a點移到b點的電荷量，單位是庫侖，符號為C； Wab電場力將q由a移到b所做的功，單位是焦耳，符號為J; Uaba、b兩點間的電壓，單位是伏特，符號為V。在國際單位制中，電壓的常用單位還有千伏(kV)和毫伏(mV)： lkV=103V 1V=103mV二、電位正電荷在電路中某點所具有的能量與電荷所帶電荷量的比叫做該點電位。電路中各點的電位是相對的，與參考點的選擇有關。某點電位等于該點與參考點間的電壓。比參考點高的電位為正，比參考點低的電位為負。電壓的方向由高電位指向低電位，即電位降低的方向。電壓的方向可以用高電位指向低電位的箭頭表示，也可以用高電位標“+”，低電位標“”

9、來表示。電路中a、b兩點間的電壓等于a、b兩點間的電位之差。即 Uab=VaVb兩點間的電壓也叫兩點間電位差。講到電壓必須說明是哪兩點間的電壓。例題 在電場中有a、b、c三點，電荷電荷量q=5X10=2C，電荷由a移動到b電場力做功2J，電荷由b移動到c電場力做功3J，以b為參考點，試求a點和c點電位。解：以b點為參考點，則Vb=0V，根據電壓定義式 (1) Uab=Wab/q=2/(5x10-2)=40V Va=Uab+Vb=40V (2) Ubc=Wbc/q=3/(5x10-2)=60V Vc=VbUbc=40V作業 P8 1。填空題 1、2、3 2。計算題 §15 電源和電動勢

10、本節要求：了解電源的作用與電源的種類。 理解電源力與電動勢一、電源電源是把其它形式能轉換成電能的裝置。電源種類很多，如：干電池、蓄電池、光電池、發電機等等。電源正極電位高，負極電位低。接通負載后，外電路中電流從高電位流向低電位；在電源內部電流則從負極流向正極。二、電源電動勢1電源力：存在于電源內部的非靜電性質的力叫做電源力。2電動勢在電源內部，電源力把正電荷從低電位(負極板)，移到高電位(正極板)反抗電場力所做的功與被移動電荷的電荷量的比，叫做電源的電動勢。用公式表示為 式中 W電源力移動正電荷做的功，單位是焦耳，符號為J； q電源力移動的電荷量，單位是庫侖，符號為C； E電源電動勢，單位是伏

11、特，符號為V。電源電動勢的方向規定為由電源的負極(低電位)指向正極(高電位)。在電源內部的電路中，電源力移動正電荷形成電流，電流的方向是從負極指向正極；在電源外部的電路中，電場力移動正電荷形成電流，電流方向是從正極指向負極。作業 P9 1、2、3§16 電阻和電阻定律本節要求：了解物質按導電性能的分類。 理解電阻的概念。 掌握電阻定律及導體電阻與溫度的關系。一、物質的分類根據物質導電能力的強弱，一般可分為導體、絕緣體和半導體。一切導體都能導電，如銀、銅、鋁等是電的良導體。絕緣體不能導電，如玻璃、膠木、陶瓷、云母等。半導體的導電性能介于導體和絕緣體之間，如硅、鍺等。二、電阻導體對電流的

12、阻礙作用叫電阻，用字母R表示。任何物體都有電阻，當有電流流過時電阻時，都要消耗一定的能量。三、電阻定律導體電阻的大小不僅和導體的材料有關，還和導體的尺寸有關。在溫度不變時，一定材料制成的導體的電阻跟它的長度成正比，跟它的截面積成反比，叫做電阻定律。均勻導體的電阻可用公式表示為 式中 r電阻率，其值由電阻材料的性質決定，單位是歐姆米，符號為W·m； L導體的長度，單位是米，符號m； S導體的截面積，單位是平方米，符號為m2； R導體的電阻，單位是歐姆，符號為W。在國際單位制中，電阻的常用單位還有千歐(kW)和兆歐(MW)： l kW=103 W 1MW=103 kW=106 W幾種常用

13、材料在20時的電阻率見課本P10。對金屬導體而言，溫度升高，導體的電阻增加。例題 一根銅導線長L=2000m，截面積S=2mm2，導線的電阻是多少?解：查表可知銅的電阻率r=1.75X10-8W·m ，由電阻定律可求得 作業 P11 1。填空題 1、2、3 2。回答問題§17 電路和歐姆定律本節要求：理解電路組成。 會畫電路圖部分常用的符號。 掌握部分電路與全電路歐姆定律。一、電路電流流通的閉合路徑叫電路。它由電源、負載、聯接導線、控制和保護裝置四部分組成。(1)電源：向電路提供能量的設備。常見的有干電池、蓄電池、發電機等。(2)負載：即用電器，它是各種用電設備的總稱。(3

14、)聯接導線：它把電源和負載接成閉合回路。常用的導線是銅線和鋁線。(4)控制和保護裝置：用來控制電路的通斷、保護電路的安全，使電路能夠正常工作，如開關、熔斷器、繼電器等。電路圖部分常用符號見課本P12的表12。二、歐姆定律1部分電路歐姆定律某段電路中的電流I與電路兩端的電壓U成正比，與該段電路的電阻R成反 比，叫做部分電路歐姆定律。用公式表示為 電阻值不隨電壓、電流變化而變化的電阻叫做線性電阻，由線性電阻組成的 電路叫線性電路。歐姆定律只適用于線性電路。例題 某段電路的電壓是一定的，當接上10W的電阻時，電路中產生的電流是1.5A；若用25W的電阻代替10W的電阻，電路中的電流為多少?解：電路中

15、電阻為10W時，由歐姆定律得 U=IR=I.5x10=15V用25W的電阻代替10W的電阻，電路中電流I=U/R=15/25=0.6W2全電路歐姆定律一個由電源和負載組成的閉合電路叫做全電路，如圖所示。R為負載的電阻、E為電源電動勢、r為電源的內阻。 式中 E電源電動勢，單位是伏特，符號為V； R負載電阻，單位是歐姆，符號為W； r電源內阻，單位是歐姆)，符號為W； I閉合電路的電流，單位是安培，符號為A。閉合電路中的電流與電源電動勢成正比，與電路的總電阻(內電路電阻與外電路電阻之和)成反比，這一規律叫全電路歐姆定律。外電路電壓UR又叫路端電壓或端電壓，UR =E-Ir。當R=0，則UR =0

16、，這種情況叫短路。短路電流I很大，可能燒毀電源，甚至引起火災，為此電路中必須有短路保護裝置。例題 有一閉合電路，電源電動勢E=12V，其內阻r=2W，負載電阻R=10W，試求：電路中的電流、負載兩端的電壓、電源內阻上的電壓降。解：根據全電路歐姆定律 I=E/（r+R）=12/（2+10）=1A 負載兩端電壓 U=IR=1x 10=10V 電源內阻上的電壓降 Ir=2x1=2V作業 P14 1。填空題 1、2、3、4 2。計算題 1、2§18 電能和電功率本節要求：掌握電能的概念、電能與電壓、電流和電阻間的關系。 掌握電功率的概念、電功率與電壓、電流和電阻間的關系。一、電能電荷定向運動

17、形成的電流所做的功稱為電能。電流做功的過程就是將電能轉換成其它形式的能的過程。如果加在導體兩端的電壓為U，在時間t內通過導體橫截面的電荷量為q，電流所做的功為 W=Uq=UIt 式中U加在導體兩端的電壓，單位是伏特，符號為V； I導體中的電流，單位是安培，符號為A； t通電時間，單位是秒，符號為s； W電能，單位是焦耳，符號為J。上式表明，電流在一段電路上所做的功，與這段電路兩端的電壓、電路中的電流和通電時間成正比。對于純電阻電路，歐姆定律成立，即U=IR 二、電功率在時間t內，電流通過導體所做的功為W，那么電功率P為 式中 W電流所做的功(即電能)，單位是焦耳，符號為J； t完成這些功所用的

18、時間，單位是秒，符號為s； P電功率，單位是瓦特，符號為W。電功率的公式還可以寫成 三、電路中的功率平衡在一個閉合回路中，電源電動勢發出的功率，等于負載電阻和電源內阻消耗的功率。即 例題 電動勢E=120V，負載電阻R=119W，電源內阻r=1W。試求：負載電阻消耗的功率PR，電源內阻消耗的功率Pr及電源提供的功率P。解：由全電路歐姆定律 PR=I2R=12x119=119W Pr=I2r=12x1=1W作業 P16 1。填空題 1、2、3、4 2。回答問題 1、2§19 電源的最大輸出功率本節要求：掌握負載獲得最大功率的條件在閉合電路中，電源輸出的功率就是負載電阻R所消耗的功率。當R為何值，負載才能從電源處獲得最大的功率。當負載