2.1 测量电路的电压和电位（课件）《电工技术基础与技能》（电工版·第2版）同步精品课堂

2.1 测量电路的电压和电位 《电工技术基础与技能》（电工版·第2版） 同步精品课堂—中职专业课 学习目标 01 03 02 能够准确阐述电路的基本概念，清晰说出电路的组成部分及其各自在电路中的作用。 深入理解电位、电压和电动势的概念，明确区分电位与电压的区别和联系。 熟练识别万用表面板上的常见符号，并准确说出各符号对应的测量功能。 学习目标 课前导入 同学们，在日常生活中，我们经常会用到各种电器，像手机、台灯、电脑等。大家有没有想过，这些电器是如何正常工作的呢？其实啊，它们的正常运转都离不开一个关键要素 —— 电。比如我们给手机充电，电从充电器进入手机，让手机 “能量满满”；打开台灯，电流通过灯丝，让灯泡发光照亮房间。这些现象背后，都涉及到电路中电压和电位的知识。 电路是电流通过的路径，它的主要功能如下: (1)传输和转换电能，例如，远距离传输电能电路、日光灯照明电路、电动机控制电路加工和处理信号，例如，通信信号的发射和接收电路、计算机电路等。 (2)如图所示，这是日常生活中常见的照明电路实物图。灯泡通过开关、导线和池连接在一起，组成电路。开关合上时，电路中有电流通过，灯泡点亮。 电路的概念 简单来说，电路就是由各种元件按照一定方式连接起来的总体，为电流的流通提供径。一个完整的电路包括电源、负载、导线和开关四部分。 电源是用来提供电能的设备载是我们的用电设备， 导线用于接通电源和负载， 开关用于控制电路的接通和断开。 在电路中，还会根据需要配备其他元件。 电路的概念 常用的电路元件符号 生活中，水能够流动形成水流，是因为水位之间存在高度差。高水位和低水位之间产生的压力，使水从高处流向低处，如图所示。 在电路中，电荷之所以能够在导线中运动形成电流，是因为电路中任意两点之间存在电位差，此电位差也称电压。 电位、电压和电动势 1.电位 世界最高峰珠穆朗玛峰的海拔高度是8848m，它指的是以海平面为基准，山顶距离海平面的高度。同样，电路中的每一点也都有一定的电位。计算电位以某个参考点为基准，通常规定参考点的电位为0。原则上参考点的选择是任意指定的，而在实际应用中。在电子线路中，一般以装置的外壳或底板为参考点，用符号“丄”表示。 电位、电压和电动势 电位用字母V表示，不同点的电位用字母V加下标表示。电位的单位是伏特，简称伏(V)。例如，VA表示电路中点的电位值。如图 2-3所示，参考点为O，则 V0的电位为 0V，VA、VB分别表示 A 点和 B点的电位。 电位、电压和电动势 2.电压 电路中任意两点之间的电位差称为这两点的“电压。 如图 2-4 所示，已知A 点电位为VA,B点电位为 VB，则 A、B 两点间的电压 U=VA-VB。如图 2-5 所示，可用电压表测量负载两端的电压。 电位、电压和电动势 电压既有大小又有方向，用字母U表示。电压的单位也是伏特，简称伏(V)。常电压单位还有千伏(kV)、毫伏(mV)等。其换算关系为 1kV=10³V=106mV 电位、电压和电动势 电压的实际方向规定为从高电位指向低电位，是电压降的方向。如图2-4所示，电压方向可以用极性符号“+、-”表示，也可以用箭头表示，箭头向电压降的方向。 3.电动势 电动势是一个表征电源特征的物理量。电源的电动势是电源将其他形式的能转化为的本领，在数值上，等于非静电力将单位正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极做的功。它是能够克服导体电阻对电流的阻力，使电荷在闭合的导体回路中流动的一和用。电动势用字母E表示，单位是伏(V)。其表达式为 E= 电位、电压和电动势 式中，即是电源中非静电力把正电荷q从负极经过电源内部送到电源正极所做的功。 电动势的方向规定从电源的负极经过电源内部指向电源的正极，与电源两端的电压方相反。 电动势和电压虽然单位相同，但是它们是本质不同的两个物理量。 电位、电压和电动势 电压是电场中两点之间的电位差，是场力把单位正电荷从一点移动到另一点所做的功，其方向由高电位指向低电位。电动势仅在于电源内部，而电压不仅存在于电源两端，也存在于电源内部。 电动势是电源力电场力了把单位正电荷从电源的负极经电源内部移到正极所做的功，是衡量电源力做功本的物理量，其方向在电源内部由低电位指向高电位。 万用表是一种多用途的测量仪表，由表头、刻度盘、量程选择开关、表笔等组成。一般可分为指针式和数字式两种。用于测量直流电流、直流电压、电阻、交流电压等。有些还可以测量交流电流、电容、电感及半导体无件的一些参数。在这里以常用 MF-47 型万用表为例，重点介绍指针式万用表的功能及用法。万用表面板如图2-7所示。 万用表面板介绍 万用表面板及其功能介绍见表 2-2。 万用表面板介绍 1.使用前的准备 将万用表水平放置，检查万用表表笔插接是否正确，电池电量是否充足。检查表针是否停留在表盘的左端零位，若表针没有对准零位，则需要机械调零至“0”刻度线上。 2.选择测量挡位 根据被测量把转换开关调至对应挡位上，此时应注意区分直流电压和交流电压。 指针式万用表的使用方法 3.选择合适的量程 根据被测量的估计值选择量程，量程应大于被测量的数值。需要特别注意的是，测量电流时，其量程选择后，表针偏转角度在表盘的 1/2~2/3 处，测量值最为准确。压、若测量前不清楚测量值的范围，可以先调整至最大量程进行估测，然后逐级降低量程位，选择适当量程进行测量，以减小测量误差。 指针式万用表的使用方法 4.测量电压 测量电压时，应将万用表并联在被测电路的两端。特别要注意表笔的极性与电路极性应，即红表笔接被测电路的高电位，黑表笔接被测电路的低电位。如果表反转说明极性错，需要交换表笔再次测量，如图 2-8所示。 指针式万用表的使用方法 5.正确读数 万用表的表盘上有很多条刻度尺，每条刻度尺上都标被测量的标志符号，如图2-9所示。根据被测量及量程在应的标度尺上读出指针指示的数值。 读数时，视线应尽量与表面垂直，使镜中指针的像与针重合，以提高测量值的准确性。 指针式万用表的使用方法 6.使用后注意事项 使用后，将转换开关旋至交流电压最高挡，防止下次测时不慎烧坏万用表。平时万用表应保持干燥、清洁，严禁震和机械冲击。若长期搁置不用时，应取下万用表中的电池。 指针式万用表的使用方法 数字式万用表利用其内部电路将被测的模拟量转化成数字量，并通过显示屏直接显示读数。它的使用方法同指针式万用表基本类似，下面简单介绍数字式万用表的使用方法及注意事项。 (1)使用时，将万用表水平放置。 (2)按下电源开关“ON”按钮，检查电池电量是否充足 (3)正确插接表笔。 (4)量程的选择和测量同指针式万用表基本相同，详细可参考指针式万用表的使用方法。 数字式万用表的使用方法 (5)在测量中，如果显示屏上只显示“1”，表示被测量超出量程，应将功能开关置于更高的量程，再进行测量。 (6)当误用交流电压挡去测量直流电压，或者误用直流电压挡测量交流电压时，显示屏将显示“000”，或在低位上数字出现跳动。此时，应重新选择测量挡位。 (7)在测量高电压(220V 以上)或大电流(0.5A 以上)时，禁止直接换量程，以防止产生电弧，烧坏开关触点。 (8)当显示屏显示“-”、“BATT”或“LOWBAT”时，表示电池电压低于工作电压,此时需要及时更换电池。 数字式万用表的使用方法 课堂练习 1.电压的实际方向是（ ） A. 由低电位指向高电位 B. 由高电位指向低电位 C. 与电流方向相反 D. 任意方向 答案：B 解析：电压是衡量电场力做功本领大小的物理量，其实际方向规定为由高电位指向低电位，与电流在电阻元件上的方向一致。 课堂练习 2.关于电动势，下列说法正确的是（ ） A. 电动势的方向与电压方向相同 B. 电动势是电源内部非静电力做功的本领 C. 电动势的大小与外电路有关 D. 电动势就是电压 答案：B 解析：电动势是电源内部非静电力克服电场力做功，把其他形式的能转化为电能的本领，其方向规定为在电源内部由低电位指向高电位，与电压方向相反，A 错误；电动势是电源本身的属性，大小取决于电源本身，与外电路无关，C 错误；电动势和电压概念不同，D 错误。 课堂练习 3.指针式万用表表盘上，符号 “V -” 表示的测量功能是（ ） A. 直流电压 B. 交流电压 C. 直流电流 D. 交流电流 答案：A 解析：指针式万用表表盘上，“V” 表示电压，“ - ” 表示直流，所以 “V - ” 表示直流电压测量功能；“V～” 表示交流电压测量功能；直流电流通常用 “A - ” 表示；交流电流用 “A～” 表示 。 课堂练习 4.数字式万用表在测量电压时，应将功能旋钮旋至（ ）挡位 A. 电流挡 B. 电阻挡 C. 电压挡 D. 电容挡 答案：C 解析：测量电压时，数字式万用表需要将功能旋钮旋至电压挡，根据被测电压是直流还是交流，选择相应的直流电压挡或交流电压挡；电流挡用于测量电流；电阻挡用于测量电阻；电容挡用于测量电容。 课堂练习 5.用指针式万用表测量电压时，若指针反偏，说明（ ） A. 量程选小了 B. 量程选大了 C. 表笔极性接反 D. 万用表损坏 答案：C 解析：指针式万用表测量电压时，红表笔应接高电位，黑表笔应接低电位，若指针反偏，说明表笔极性接反；量程选小会导致指针满偏甚至损坏表头；量程选大指针偏转角度较小；指针反偏不一定是万用表损坏。 课堂练习 6.某两点间的电压为 5V，若参考点改变，这两点间的电压（ ） A. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 无法确定 答案：C 解析：电压是两点间的电位差，是绝对量，其大小与参考点的选取无关，所以参考点改变，两点间的电压不变。 课堂练习 7.当使用指针式万用表测量电阻时，发现指针偏转角度过大，应（ ） A. 换用高倍率挡位 B. 换用低倍率挡位 C. 重新进行机械调零 D. 重新进行欧姆调零 答案：B 解析：指针式万用表测量电阻时，指针偏转角度过大，说明被测电阻阻值较小，应换用低倍率挡位，使指针指在表盘中间刻度附近，以提高测量精度；不需要重新进行机械调零；换挡后需要重新进行欧姆调零，但前提是先换合适的挡位。 课堂练习 8.电动势的方向在电源内部是（ ） A. 由高电位指向低电位 B. 由低电位指向高电位 C. 与电流方向相反 D. 不确定 答案：B 解析：电动势的方向规定为在电源内部由低电位指向高电位，在电源外部与电压方向一致，与电流方向相同。 课后作业 数字式万用表与指针式万用表在测量电压时的操作有哪些不同点？ 如何用万用表判断一个电源的正负极？ 在测量电路中，为什么要选择合适的万用表量程？ 课堂小结 $$