下载文档原格式
电路的基本概念和基本定律
电路基本概念和基本定律
电路是由电工设备或元件按照一定方式组合而成，用于实现电能的传输和转换，以及传递和处理信号。
一般电路由电源、负载和连接导线组成。
电源是一种将其他形式的能量转换成电能或电信号的装置，如发电机、电池和各种信号源。
负载是将电能或电信号转换成其他形式的能量或信号的用电装置，如电灯、电动机、电炉等。
变压器和输电线是连接电源和负载的部分，起到传输和分配电能的作用。
电路分为外电路和内电路。
从电源一端经过负载再回到电源另一端的电路称为外电路，而电源内部的通路则称为内电路。
电路有三种状态：通路、开路和短路。
通路是连接负载的正常状态。
开路是电路中某处的连接导线断开，电路中的电流
为零，电源不输出电能。
短路是非正常连接，外电路的电阻可视为零，电流有捷径可通，不再流过负载。
电路中产生电流的条件是电路中有电源供电且电路必须是闭合回路。
电路的功能包括传递和分配电能，以及传递和处理信号。
电路的基本定律包括欧姆定律、基尔霍夫定律和电功率定律。
欧姆定律指出电流与电阻成正比，与电压成反比。
基尔霍夫定律分为节点定律和回路定律，用于分析电路中的电流和电压分布。
电功率定律则描述了电路中能量的转换和损失。
电路的基本概念和基本定律一、电路基本概述1.电流流经的路径叫电路，它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的，它的作用是A：实现电能的传输和转换；B：传递和处理信号（如扩音机、收音机、电视机）。
一般电路由电源、负载和连接导线（中间环节）组成。
（1）电源是一种将其它形式的能量转换成电能或电信号的装置，如：发电机、电池和各种信号源。
（2）负载是将电能或电信号转换成其它形式的能量或信号的用电装置。
如电灯、电动机、电炉等都是负载，是取用电能的设备，它们分别将电能转换为光能、机械能、热能。
（3）变压器和输电线是中间环节，是连接电源和负载的部分，它起传输和分配电能的作用。
2. 电路分为外电路和内电路。
从电源一端经过负载再回到电源另一端的电路，称为外电路；电源内部的通路称为内电路。
3．电路有三种状态：通路、开路和短路。
（1）通路是连接负载的正常状态；（2）开路是R→∝或电路中某处的连接导线断线，电路中的电流I＝0，电源的开路电压等于电源电动势，电源不输出电能。
例如生产现场的电流互感器二次侧开路，开路电压很高，将对工作人员和设备造成很大威胁；（3）短路是相线与相线之间或相线与大地之间的非正常连接，短路时，外电路的电阻可视为零，电流有捷径可通，不再流过负载。
因为在电流的回路中仅有很小的电源内阻，所以这时的电流很大，此电流称为短路电流。
短路也可发生在负载端或线路的任何处。
产生短路的原因往往是由于绝缘损坏或接线不慎，因此经常检查电气设备和线路的绝缘情况是一项很重要的安全措施。
为了防止短路事故所引起的后果，通常在电路中接入熔断器或自动断路器，以便发生短路时，能迅速将故障电路自动切除。
4、电路中产生电流的条件：（1）电路中有电源供电；（2）电路必须是闭合回路；5、电路的功能：（1）传递和分配电能。
如电力系统，它是由发电机，升压变压器，输电线、降压变压器、供配电线路和各种高、低压电器组成。
（2）传递和处理信号。
电路基本概念与定律在现代科技的飞速发展中，电路是一个至关重要的概念。
无论是家庭电器、通信设备还是计算机系统，电路都扮演着一个不可或缺的角色。
本文将介绍电路的基本概念以及一些重要的定律。
一、电路的基本概念电路是由电子元件、导线以及其他连接部件组成的。
它们通过导电材料形成一个封闭的路径，使电流可以在其中流动。
在电路中，电子元件扮演着非常重要的角色。
电子元件包括电阻、电容和电感等。
它们分别对电流、电压和电磁场产生不同的影响，从而决定了电路的性质和功能。
二、欧姆定律欧姆定律是电路中最基本、最重要的定律之一。
它表明了电压、电流和电阻之间的关系。
根据欧姆定律，电流等于电压与电阻之间的比值，即I = V/R，其中I表示电流，V表示电压，R表示电阻。
根据欧姆定律，我们可以计算电路中的电流、电压和电阻的数值，并根据需求对电路进行优化和改进。
欧姆定律为电路的设计和分析提供了重要的理论支持。
三、基尔霍夫定律基尔霍夫定律是电路分析的基础之一。
它包括基尔霍夫第一定律和基尔霍夫第二定律。
基尔霍夫第一定律（电流定律）指出在任何一个电路节点，进入节点的电流等于离开节点的电流的总和。
基尔霍夫第二定律（电压定律）指出在电路中的任何一个闭合回路中，电压的代数和等于零。
这意味着电路中的电压可以根据闭合回路的电流和电阻进行计算。
凭借基尔霍夫定律，我们可以对复杂的电路进行分析，研究电流和电压的分布情况，从而了解电路的工作原理和性能。
四、功率和能量在电路中，功率和能量也是非常重要的概念。
功率表示单位时间内电路所消耗或产生的能量（或做功）的大小。
在直流电路中，功率可以通过电压和电流的乘积来计算，即P = VI。
能量表示电路中储存的电荷的能量。
在电容器和电感器中，电能可以以电势能和磁场能的形式存在。
能量也可以通过功率和时间的积分来计算。
理解电路中的功率和能量有助于我们评估电路的效率和耗能情况，从而在实际应用中进行合理的选择和设计。
五、总结电路作为现代科技的核心，理解电路的基本概念和定律对于电子工程师和科技爱好者来说至关重要。
高考物理一轮专题复习—电路的基本概念和规律一、电流部分电路欧姆定律1.电流(1)形成的条件：导体中有自由电荷；导体两端存在电压。
(2)标矢性：电流是标量，正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。
(3)两个表达式：①定义式：I ＝q t ；②决定式：I ＝UR 。
2.部分电路欧姆定律(1)内容：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。
(2)表达式：I ＝UR。
(3)适用范围：金属导电和电解质溶液导电，不适用于气态导电或半导体元件。
(4)导体的伏安特性曲线(I －U )图线图1①比较电阻的大小：图线的斜率k ＝tan θ＝I U ＝1R ，图1中R 1＞R 2(选填“＞”“＜”或“＝”)。
②线性元件：伏安特性曲线是直线的电学元件，适用于欧姆定律。
③非线性元件：伏安特性曲线是曲线的电学元件，不适用于欧姆定律。
【自测1】如图2所示为a 、b 两电阻的伏安特性曲线，图中α＝45°，关于两电阻的描述正确的是()图2A.电阻a的阻值随电流的增大而增大B.因I－U图线的斜率表示电阻的倒数，故电阻b的阻值R＝1tanα＝1.0ΩC.在两图线交点处，电阻a的阻值等于电阻b的阻值D.在电阻b两端加2V电压时，流过电阻的电流是4A答案C解析I－U图像上的点与坐标原点连线的斜率等于电阻的倒数，由题图可知，电阻a的图像上的点与坐标原点连线的斜率越来越大，表示电阻越来越小，故选项A错误；由于横、纵坐标轴的长度单位不同，因此R≠1tanα，而只能通过R＝UI＝105Ω＝2Ω求解，选项B错误；根据R＝UI可知在两图线交点处，电阻a的阻值等于电阻b的阻值，选项C正确；由题图可知，在电阻b两端加2V电压时，流过电阻的电流是1A，选项D错误。
二、电阻及电阻定律1.电阻(1)定义：导体对电流的阻碍作用，叫作导体的电阻。
(2)公式：R＝UI，其中U为导体两端的电压，I为通过导体的电流。
(3)单位：国际单位是欧姆(Ω)。
电路基本概念和规律一、电流1．电流（1）定义：电荷的定向移动形成电流。
（2）条件：①有自由移动的电荷；②导体两端存在电压。
注意：形成电流的微粒有三种：自由电子、正离子和负离子。
其中金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子，液体导电时定向移动的电荷是正离子和负离子，气体导电时定向移动的电荷是电子、正离子和负离子。
（3）公式①定义式：qIt=，q为在时间t内穿过导体横截面的电荷量。
注意：如果是正、负离子同时定向移动形成电流，那么q是两种离子电荷量的绝对值之和。
②微观表达式：I=nSve，其中n为导体中单位体积内自由电子的个数，q为每个自由电荷的电荷量，S 为导体的横截面积，v为自由电荷定向移动的速度。
（4）方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，与负电荷定向移动的方向相反。
注意：电流既有大小又有方向，但它的运算遵循算术运算法则，是标量。
（5）单位：国际单位制中，电流的单位是安培（A），常用单位还有毫安（mA）、微安（μA），1 mA=10–3 A，1 μA=10–6 A。
2．电流的分类方向不改变的电流叫直流电流；方向和大小都不改变的电流叫恒定电流；方向周期性改变的电流叫交变电流。
3．三种电流表达式的比较分析1．电源：通过非静电力做功使导体两端存在持续电压，将其他形式的能转化为电能的装置。
2．电动势（1）定义：电动势在数值上等于非静电力把1 C 的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。
（2）表达式：qW E =。
（3）物理意义：反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量。
注意：电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路无关。
（4）方向：电动势虽然是标量，但为了研究电路中电势分布的需要，规定由负极经电源内部指向正极的方向（即电势升高的方向）为电动势的方向。
（5）电动势与电势差的比较1．电阻（1）定义式：I U R =。
（2）物理意义：导体的电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小。
1.1 引言1．电路理论电路理论起源于物理学中电磁学的一个分支。
若从欧姆定律（1827年）和基尔霍夫定律（1845年）的发表算起，至今已有170多年的历史。
电路理论融合了物理学、数学和工程技术等多方面的成果。
物理学，尤其是其中的电磁学为研制各种电路器件提供了原理依据，对各种电路现象做出理论上的阐述；数学中的许多理论在电路理论中得到广泛的应用，成为分析、设计电路的重要方法；工程技术的进展不断向电路理论提出新课题，推动电路理论的发展。
电路理论是研究电路的基本规律及基本分析方法的工程学科。
它通常包括电路分析和网络综合两个分支。
电路分析指根据已知的电路结构和元件参数，求解电路的特性；网络综合是根据对电路性能的要求，确定合适的电路结构和元件参数，实现所需要的电路性能。
另外，由于电子元件与设备的规模扩大，促进了故障诊断理论的发展，因而故障诊断理论被人们视为继电路分析和网络综合之后电路理论的又一个新的分支。
2．课程地位和任务“电路分析基础”课程是电子信息类专业的第一门专业基础课，它与先修课程“高等数学”、“电磁学”等密切相关，又是学习后续课程“信号与系统”、“电子电路”的基础。
电路理论的各个分支中，网络综合、故障诊断都以电路分析为基础，本课程“电路分析基础”即指电路分析这一分支，并且是最基本的内容。
本书主要讨论电路分析的基本规律和电路的各种分析方法。
电路分析基础课程理论严密、逻辑性强，有广阔的工程背景。
通过本课程的学习，使学生掌握电路的基本理论知识、电路的基本分析方法和初步的实验技能，为进一步学习电路理论打下初步的基础，为学习后续课程准备必要的电电路分析基础教程 2路知识。
同时对培养学生严肃认真的科学作风和理论联系实际的工程观点，对培养学生的科学思维能力、分析计算能力、实验研究能力和科学归纳能力都有重要的作用。
3．课程的结构体系课程的基本结构是以模型为基础，以电阻电路分析、动态电路时域分析和正弦稳态电路分析为序的课程体系。
其中第1章电路的基本概念与定律是后面几个部分内容的基础，起着至关重要的作用。
本章从电路模型概念出发，主要介绍电路分析中的基本概念与定律、电路的基本变量、基本元件、简单电路分析、等效概念及其应用等。
1.2 知 识 结 构集总假设 电路模型 电流电路的基本变量 电压功率电阻元件电路的基本概念两类约束电路等效电路的基本定律利用基本概念与定律分析电路 电压源 电流源 VCVSVCCSCCVS CCCS 元件约束 结构约束 电路等效的定义 等效分析方法应用 欧姆定律 基尔霍夫定律（KCL 、KVL ） 两类约束的初步运用 等效分析法 独立源 受控源 电路的基本元件1.3 教学要求及时间分配1．教学要求（1）掌握电路模型的概念，理解集总假设。
（2）理解电流、电压、功率的定义，理解电流、电压参考方向的概念，掌握功率的计算方法。
（3）理解电阻元件、独立源、受控源的定义及其端口伏安关系。
（4）理解基尔霍夫电流定律（KCL ）和电压定律（KVL ）及其实质，掌握KCL 和KVL 方程的列写方法。
（5）理解两类约束是电路分析的基本依据。
第1章电路的基本概念与定律3（6）掌握简单电路（单回路电路和单节点偶电路）的分析方法。
（7）理解电路等效的概念，掌握列写端口伏安关系的化简方法。
（8）掌握无源电阻网络、有源二端网络及含受控源网络的等效化简与计算。
2．时间分配建议用5讲（10学时）进行课堂教学。
各讲知识点如下：第1讲实际电路与电路模型，电路基本变量。
第2讲基尔霍夫定律，电路基本元件。
第3讲网络等效概念，一些简单的等效规律和公式。
第4讲等效分析方法应用。
第5讲运算放大器。
1.4 精讲内容1.4.1 实际电路与电路模型1．实际电路的组成实际电路是由各种电气、电子元器件（如电阻器、电容器、线圈、开关、晶体管、电池等）按一定的方式相互连接而成的。
通常包括三个部分：一是提供能量或信号的电源；二是用电装置，称为负载；三是连接电源与负载的导线、开关等中间环节。
2．实际电路的功能实际电路的功能可概括为两个方面：其一，进行电能的产生、传输、分配与转换，如电力系统中的发电、输配电线路等。
其二，实现信号的产生、传递、变换、处理与控制，如电话、收音机、电视机电路等。
3．电路模型问题的提出：实际电路中使用的电路部件一般都和电能的消耗现象及电磁能的储存现象有关，这些现象交织在一起并发生在整个部件中。
如果把这些现象或特性全部加以考虑，这对分析电路就带来了困难。
因此，必须在一定条件下，忽略它的次要性质，用一个足以表征其主要电磁性能的模型来表示，以便进行定量分析。
集总假设：当实际电路尺寸远小于其使用时最高工作频率所对应的波长时，可以定义出几种理想元件，用来构成实际部件的模型。
这个条件即为集总假设。
在这个条件下，每一种理想元件只反映一种基本电磁现象，其电磁过程都分别集中在各元件内部进行，且可由数学方法精确定义。
例如，电阻元件表征消耗电能的特性，电容元件表征储存电场能量的特性，电感元件表征储存磁场能量的特性。
这三种理想元件模型如图1-1所示。
电路模型：电路模型是实际电路在一定条件下的科学抽象和足够精确的数学描述。
电路分析基础教程4电路分析的对象不是实际电路，而是理想化的电路模型。
电路理论中所说的电路是指由一些理想元件按一定方式连接组成的总体。
CR L(a) (b) (c)图1-1不同的实际部件，只要具有相同的主要电磁性能，在一定条件下可用同一个模型表示。
同一个实际部件在不同的条件下，它的模型也可以有不同的形式。
例如，实际电感器在不同条件下的模型如图1-2所示。
图1-2将实际电路中各个部件用其模型表示，这样画出的图即可得到实际电路的电路模型，也称电路原理图。
4．电路分析的方法电路的分析方法：对从实际电路抽象出来的电路模型，选择电路变量，建立电路方程，求得电路响应，分析电路性能。
1.4.2 电路的基本变量问题的提出：电路分析能够得出给定电路的电性能。
电路的电性能通常可以用一组表示时间函数的变量来描述，电路分析的任务在于给定电源（激励）解得这些变量（响应）。
从根本上说，电荷与能量是描述电现象的基本变量或原始变量，为便于描述电路，从电荷和能量引入了电路的基本变量：电流、电压和功率。
它们都易于测定，其中功率又可由电压、电流算得。
因此，电路分析问题，往往侧重于求解电流和电压。
1．电流电荷有规则的定向运动，形成传导电流。
金属导体中的大量自由电子，在外电场的第1章 电路的基本概念与定律 5作用下逆电场运动而形成电流，电解液中带电离子做规则定向运动形成电流。
定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量称为电流强度，简称电流。
用i (t )可表 示为d ()d q i t t= 单位：kA ，A ，mA ，μA 。
实际方向：习惯上把正电荷的运动方向定为电流的实际方向（又称真实方向）。
如果电流的大小和方向不随时间变化，则这种电流称为恒定电流，简称直流（DC ），否则称为时变电流。
时变电流的大小和方向都随时间进行周期性变化，则称为交变电流，简称交流。
参考方向：假设的正电荷运动方向。
在实际问题中，电流的真实极性往往在电路图中难以判断。
如图1-3所示，电阻R 的电流实际方向不是一看便知的，但它的实际方向无非是a 流向b 或b 流向a 。
因此，可以像其他代数量问题一样任意假设正电荷的运动方向，用箭头标在电路图上，或用双下标表示（如i ab 表示电流从a 点流向b 点），并以此为准去分析计算。
实际方向的判定：经计算后根据电流的正负可判断其实际方向。
规定计算所得电流为正值，说明实际方向与所设参考方向一致；计算所得电流为负值，说明实际方向与所设参考方向相反。
注意：电流值的正负，在设定参考方向的前提下才有意义。
因此，如果选用电流变量时一定要标出其参考方向。
正因为从参考方向可以判定其实际方向，故今后在电路图中所标出的电流方向都可以认为是参考方向。
例1-1 接于某一电路的ab 支路如图1-4所示，在图示参考方向下，若()4cos 24i t t π⎛⎫=π+ ⎪⎝⎭A ，试问：图 1-3 图 1-4 （1）i (0)、i (0.5)的实际方向？（2）若电流参考方向与图1-4中相反，则i (0)、i (0.5)的实际方向有无变化？解：（1）(0)4cos 224i π==＞0，故该电流实际方向和图示参考方向一致，是a →b ； (0.5)4cos 22A 4i π⎛⎫=π+=- ⎪⎝⎭＜0，故该电流实际方向和参考方向相反，是b →a 。
电路分析基础教程 6（2）电流的参考方向可以任意假设，但实际方向由该支路与外电路确定，故实际方向不会因参考方向的选择而改变。
事实上，在该题条件下，()4cos 2A 4i t t π⎛⎫'=-π+ ⎪⎝⎭，故实际方向和上一问完全一致。
2．电压电荷在电路中流动，就必然发生能量的交换。
电荷可能在电路的某处获得能量而在另一处失去能量。
因此，电路中存在着能量的流动，电源一般提供能量，有能量流出；电阻等元件吸收能量，有能量流入。
为便于研究问题，引用“电压”这一物理量。
定义：单位正电荷由a 点移到b 点时电场力所做的功称为ab 两点间的电压，又称电位差（或电势差）。
用u (t )可表示为d ()d w u t q= 单位：kV ，V ，mV ，μV 。
实际方向：习惯上把电位降落的方向称为电压的实际方向（又称实际极性）。
如果电压的大小和方向不随时间变化，则这种电压称为恒定电压，否则称为时变 电压。
电压的参考方向：同需要为电流选定参考方向一样，也需要为电压选定参考方向。
通常在电路图上用“+”表示参考方向的高电位端，“-”表示参考方向的低电位端，如图1-6所示。
或用箭头、双下标表示电压的参考方向。
（如u ab 表示电压参考方向从a 点指向b 点）。
实际方向的判定、注意点：同“电流”变量。
电位的概念及计算：在电路中，某点的电位是将单位正电荷沿一路径移至参考点（选，电场力做的功。
将参考点的电位定为零，则所求点的电位就是该点到参考点的电压。
所以计算电位的方法与计算电压的方法完全相同。
在电路分析中引入了电位，可以简化分析，方便计算。
如图1-5(a)所示电路，为求各电阻元件的电压，当选d 为参考点时，只需以b 点电位为变量，列出有关电路方程求得该电位，各电阻电压即为电阻两端电位之差。
另外，对如图1-5(a)所示电路，还可将其改画成用电位的极性代替电压源的形式，如图1-5(b)所示。
在电子电路课程中，把这种画法称为“习惯画法”。
U S2S2(b)图 1-5第1章 电路的基本概念与定律 7 显然，没有参考点，谈论电位数值的大小是没有意义的。
关联的电压电流参考方向：在电路分析中，电流与电压的参考方向是任意选定的，两者之间独立无关。
但为了方便起见，常采用关联参考方向：电流参考方向与电压参考“+”极到“-”极的方向一致，即电流与电压参考方向一致，如图1-6所示，图中电流i 和电压u 是关联的，否则称非关联的。
