2.2 电路的基本物理量（1）（课件）-《电工技术基础与技能》（机工版 第4版）同步精品课堂

第二章 直流电路 2.2 电路的基本物理量 《电工技术基础与技能》机工版·第4版 同步精品课堂 1 目录 电流 1 电压、电位 2 电动势 3 教学目标 能力目标 情感态度与价值观 知识目标 1.参考方向的含义和作用，会应用参考方向解决电路中的实际问题； 2.掌握电流、电压，并能进行简单计算； 1.运用电流、电压、电位、电动势的公式进行定量计算； 2.能分析电路中电压和电动势的分布规律，解决简单的电路故障问题（如短路、断路对电位的影响）。 1.通过分析生活中的电路现象感受电学知识与实际生活的紧密联系，增强探索欲； 2.理解电位 “参考点” 的设定对问题简化的重要性。 课程导入 我们把干电池、小灯泡、开关按图用导线将它们连接成实验电路，闭合开关后，小灯泡亮。小灯泡会亮，说明小灯泡两端有电压，有电流通过它。小灯泡的亮度与它两端的电压，即通过它的电流大小有关。它两端的电压越高，通过它的电流越大，小灯泡就越亮。那么，什么是电压？什么是电流？电压和电流的大小是如何定义的？它们的方向又是如何规定的呢？ 探究新知 一、电流 1.电流的形成 导体内部的电荷（自由电子、正离子、负离子）在电场力的作用下有规则地定向移动就会形成电流。 在金属导体中，电流是由自由电子在外电场作用下，有规则运动形成的；在某些液体或气体中，电流是由正、负离子在电场力作用下有规则的运动形成的。 探究新知 一、电流 2.电流的方向 习惯上规定正电荷的定向运动方向为电流的方向，与电子的运动方向正好相反。因此，在金属导体中，电流的方向与电子定向运动的方向相关。 探究新知 一、电流 在分析与计算电路时，有时会无法确定电路中电流的真实方向。为了计算方便，常常先假设一个电流方向，称为电流参考方向。 若计算结果为正值，则电流的实际方向与参考方向相同；若计算结果为负值，则电流的实际方向与参考方向相反 探究新知 一、电流 要特别指出的是，电流的实际方向（真实方向）和参考方向（假设方向）是两个不同的概念。 电路中电流的实际方向是客观存在的，电流的参考方向是为分析与计算的需要任意假定的。 电流的参考方向一经选定，在电路分析与计算的过程中不允许变动。在实际计算中，若不设定电流的参考方向，电流的正负号是无意义的。 探究新知 一、电流 实际方向与参考方向的关系 一致(关联一 致)， 电流(或电压)值为正值; 相反，电流(或电压)值为负值。 若 I= 5A，则电流从a流向b; 若 I=-5A,则电流从b流向a。 注意: 在参考方向选定后，电流值才有正负之分。 探究新知 一、电流 如图所示为部分电路，图中标出了各电流的参考方向和计算结果，你会判断各电流的实际方向吗？ 探究新知 一、电流 3.电流大小的定义 电流是表示带电粒子定向运动强弱的物理量。电流的大小等于通过导体横截面的电荷量与通过这些电荷量所用时间的比值，用I表示。其定义式为 式中：I——电流，单位是A（安[培]）； q——通过导体横截面的电荷量，单位是C（库[仑]）； t——通过电荷量所用的时间，单位是s（秒）。 探究新知 一、电流 4.电流的单位 在国际单位制中，电流的单位是A，如果在1s内通过导体横截面的电荷量是1C，导体中的电流就是1A。 电流的单位还有千安（kA）、毫安（mA）、微安（μA），它们之间的换算关系是 1kA=1 000A 1A=1 000mA 1mA=1 000μA 探究新知 一、电流 5.电流的类型 大小和方向均不随时间变化的电流称为恒定电流，简称直流电流。 大小随时间变化但方向不随时间变化的电流称为脉动直流电流。 大小和方向都随时间变化，这样的电流称为交流电流。 探究新知 二、电压与电位 如图所示，打开阀门，水会如何流动，为什么？合上开关，小灯泡会发亮，为什么？ 探究新知 二、电压与电位 探究新知 1.电压的形成 水压是形成水流的原因。那么，电流是如何形成的呢？电荷的定向移动会形成电流。电荷为什么会定向移动呢？因为电路中存在电压。 要获得持续的电流，导体两端必须保持一定的电位差（电压），才能持续不断地推动自由电子朝一个方向运动。 二、电压与电位 探究新知 2.电压的大小 A、B两端点间的电压UAB在数值上等于电场力把正电荷从A点移动B点所做的功WAB与被移动电荷的电荷量的比值。 电压总是对电路中某两点而言，常用双下标表示，如用UAB表示 A、B两点之间的电压，A表示起点，B表示终点。 电压的定义式为 式中:UAB——A、B两点间的电压，单位是V（伏[特]）； WAB——电场力将电荷从A点移动到B点所做的功，单位是J（焦 [耳]）； q——被移动电荷的电量，单位是C（库 [仑]）。 二、电压与电位 探究新知 3.电压的单位 二、电压与电位 在国际单位制中，电压的单位为伏[特]，简称伏，符号为V。表示的含义为：如果将1库仑（C）的正电荷从A点移动到B点，电场力所做的功为1焦[耳]（J），则A、B两点之间的电压为1伏[特]（V）。 除伏特外，常用的电压单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV），它们之间的换算关系是 1 kV=103 V=106mV=109 μV 探究新知 4.电压的方向 二、电压与电位 电压的实际方向由高电位指向低电位。电压方向有三种表示法： 1）箭头法：用带箭头的线段表示电压的方向，如图a）所示。 2）极性法：在电路的两点或元件两端标上极性表示电压的方向，如图b）所示。 3）下标法：用符号U加双下标字母表示，如Uab表示电压方向从a指向b，如图c）所示。 探究新知 5.电位 二、电压与电位 描述电路中某点电位的高低，首先要确定一个基准点，这个基准点称为参考点。规定参考点的电位为零。 原则上参考点是可以任意选定的，但习惯上常选择大地作为参考点，在实际电路中选择公共点或电气设备的外壳作为参考点，但一个电路中只能选择一个参考点。 电路中某点的电位就是该点与参考点之间的电压，用字母V表示。在国际单位中，电位的单位也是伏[特]。 探究新知 二、电压与电位 如图所示的部分电路中，标出了A、B、C、D四个点。假设O点为参考点，则VO=0。A、B、C各点的电位就是各点与O点之间的电压，可表示为 VA=UAO，VB=UBO，VC=UCO 若假设B点为参考点，则VB=0。A、C、O各点的电位就是各点与B点之间的电压，可表示为 VA=UAB，VC=UCB，VO=UOB 探究新知 三、电动势 电动势是一个表征电源特征的物理量。电源的电动势的大小表明了电源将其他形式 的能量转化为电能的本领。在数值上,电源的电动势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电源正极时所做的功。电动势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。电动势常用符号 E (有时也可用 ε )表示,单位是伏 特( V)。 电动势的方向规定为从电源的负极经过电源内部指向电源的正极,即与电源两端电压 的方向相反。 探究新知 三、电动势 电动势是一个表征电源特征的物理量。电源的电动势的大小表明了电源将其他形式 的能量转化为电能的本领。在数值上,电源的电动势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电源正极时所做的功。电动势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。电动势常用符号 E (有时也可用 ε )表示,单位是伏 特( V)。 探究新知 三、电动势 电动势的方向规定为从电源的负极经过电源内部指向电源的正极,即与电源两端电压 的方向相反。 对于一个电源来说，在开路状态下，电源两端的电压与电源的电动势大小相等而方向相反，如图所示。 巩固练习 一、抢答 序号 问题 1 电压的参考方向和计算结果，你会判断电压的实际方向吗？ 你会判断电阻中电流的实际方向吗？ 2 若电路中的参考点变化，则电路中某点的电位是否会发生变化？如何变化？这时电路中某两点间的电压是否发生变化？如何变化？ 巩固练习 二、实战演练——器材和工具 常见电池的认知：干电池、蓄电池、微型电池、太阳能电池、 使用电压表测量电池电压。 巩固练习 二、实战演练——要求 具体要求： 以小组为单位，进行电路的组装及电压测量等训练，整个过程要求团队协作、安全规范操作、严谨细致、精益求精。 巩固练习 二、实战演练——认知   电池可分为一次性电池和可充电电池。常用的电池有干电池、蓄电池、微型电池、太阳能电池等。 1. 干电池 干电池（图 2-17）的种类很多，在实际应用中最普遍。我国的干电池是按照国际惯例命名的圆柱形，电池型号分为 1 号至 7 号，其中 1 号、5 号和 7 号使用尤其广泛。 1 号电池：多用大手电筒或燃气灶打火。 5 号电池：是最常见的，因体积小、容量适中，多用于小电器和数码产品中，如电子玩具、数码设备等。 7 号电池：常用于体积较小、耗电量不太高的电子产品中，如电视遥控器等。 巩固练习 二、实战演练——认知   2. 蓄电池 蓄电池种类很多，可以多次充放电循环使用。常用的蓄电池有铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢电池、锂离子电池。 1）铅酸蓄电池 铅酸蓄电池技术较成熟，易生产，成本低。但比能量低（蓄电池单位质量所能输出的能量称为比能量），充电速度慢，循环使用寿命不够长。常用在汽车、摩托车和电动车上。 2）镍镉蓄电池 镍镉蓄电池早先用于手机、计算机等设备中，但它在充放电过程中如处理不当，会出现严重的记忆效应，影响电池的使用寿命。由于镉是有毒的，废弃的镍铬蓄电池应回收。 巩固练习 二、实战演练——认知   3. 微型电池 微型电池即体积很小的电池，如纽扣电池，用于石英表、计算机等设备。 4. 太阳能电池 太阳能电池又称光电池，是把太阳能转换为电能的装置，它产生的是直流电流。它用半导体材料制成。作为一种绿色能源，太阳能电池的应用越来越广泛，可用于太阳能电源、交通领域（信号灯、路灯等）、通信领域、太阳能建筑、人造卫星、宇宙飞船上。 巩固练习 二、实战演练——测量   电压的测量——电压表 构造:有三个接线柱，两个量程 小量程: 0-3V; 分度值: 0. 1V 大量程: 0-15V; 分度值:0. 5V 中间的旋钮可以调零 课堂小结 本节课主要学习了电流、电压、电位、电动势，深入探讨了它们的概念与特性。电流是电荷的定向移动，规定正电荷移动方向为电流方向，有直流和交流之分；电压是电场力做功产生的电位差；电位需选定参考点，是某点相对参考点的电压；电动势源于电源内部非静电力做功，体现电源转化能量的本领。 感谢观看 $$