1、技工学校机械类通用教材电工与电子基础(第 5 版)(含习题集)第一章直 流 电 路第一节电路的基本概念第二节电阻和欧姆定律第三节电功与电功率第四节电阻的串联、并联和混联第五节基尔霍夫定律第六节复杂直流电路的分析方法第七节负载获得最大功率的条件第八节电容器第一节电路的基本概念一、电路图1-1最简单的电路第一节电路的基本概念(1)电源在电路中，电源是把其他形式的能量转换成电能的设备。(2)负载负载是把电能转换为其他形式能量的元器件或设备。(3)开关开关是控制电路接通或断开的器件，连接导线在电路中起着输送和分配电能的作用。(4)连接导线它将电源、负载和开关连接起来，并承担电能的传输和分配。二、电路中
2、的几个基本物理量1.电流图1-2电流的参考方向a)I0b)I0第一节电路的基本概念2.电位和电压例1-1如图1-4所示，已知E(即E正极电位比负极高5V)，E，试分析A、B、C三点的电位及任意两点间的电压大小？解图1-4a中以A点为参考点，则 VA=0，VB=+5V,VC=+15V UAB=VA-VB=0V-5V=-5V ,UBC=VB-VC=5V-15V=-10V 图 1-4b 中以 B 点为参考点,则 VB=0，VA=-5V,VC=+10V UAB=VA-VB=-5V-0V=-5V ,UBC=VB-VC=0V-10V=-10V 可见选择不同的参考点,A、B、C 三点的电位是不同的,而 A、
3、B、C 任意两点的电压却是相同的。图1-3电压和电动势的正方向第一节电路的基本概念第一节电路的基本概念图1-4电路中各点的电位与参考点的选择有关a)A为参考点b)B为参考点第二节电阻和欧姆定律一、电阻表1-1几种常用材料在20时的电阻率w为物质的质量分数。二、部分电路欧姆定律3.电动势第二节电阻和欧姆定律图1-5只含有电阻的部分电路例1-2某工地需要安装照明线路，负载至电源的距离为200m，第二节电阻和欧姆定律第二节电阻和欧姆定律图1-7图1-6最简单的全电路第二节电阻和欧姆定律第三节电功与电功率U NN第三节电功与电功率第四节电阻的串联、并联和混联一、电阻的串联图1-8电阻的串联电路1)流过
4、各串联电阻的电流为同一电流，即I=I1=I2 =In2)串联电路两端的总电压等于各电阻两端分电压之和，即 U=U1+U2+Un上式表示串联电路的总电压大于任何一个分电压。第四节电阻的串联、并联和混联第四节电阻的串联、并联和混联第四节电阻的串联、并联和混联图1-10电阻的并联电路1)加在各并联电阻两端的电压相等，且等于电路两端的电压，即U1=U2=Un=U二、电阻的并联图1-9电阻分压器第四节电阻的串联、并联和混联第四节电阻的串联、并联和混联图1-11第四节电阻的串联、并联和混联第四节电阻的串联、并联和混联图1-12常见的电阻混联电路第四节电阻的串联、并联和混联图1-13等效电路简化过程例1-8
5、在图1-12中，R00，试求A、B间的等效电阻R为多少?第四节电阻的串联、并联和混联第五节基尔霍夫定律图1-14复杂直流电路(1)支路由一个或几个元件首尾相接构成的无分支电路叫做支路。(2)节点三条以上支路的交汇点。第五节基尔霍夫定律(3)回路电路中任一闭合路径都叫做回路。一、基尔霍夫第一定律图1-15节点第五节基尔霍夫定律图1-16流进和流出封闭面的电流相等二、基尔霍夫第二定律第五节基尔霍夫定律图1-17基尔霍夫第二定律第五节基尔霍夫定律图1-18基尔霍夫第二定律也适用于不全由实际元件组成的回路第六节复杂直流电路的分析方法一、支路电流法1)先标出各支路的电流方向和回路方向。2)用基尔霍夫第一
6、定律列出节点电流方程式。3)用基尔霍夫第二定律列出回路电压方程式。4)代入已知数值，解联立方程式求出各支路的电流，并确定各支路电流的实际方向。图1-19第六节复杂直流电路的分析方法例1-9图1-19所示为两个电源并联对负载供电的电路。已知E18V，E9V，R，试求各支路电流。解1)假设各支路电流方向和回路方向如图1-19所示。2)因为电路中只有两个节点，所以只能列出一个节点电流方程式。3)因为电路中有三条支路，所以需要列出三个方程式。4)代入已知数值，解联立方程式解得II2=-3AI3=I1+I2=6A-3A=3A 5)确定各支路电流的实际方向。因为 I1 和 I3 为正值,所以它们的实际流向
7、与假设方向相同;I2 为负值,其实际流向与假设方向相反。第六节复杂直流电路的分析方法例1-10图1-20a所示为汽车照明电路原理图，其中汽车发电机G和蓄电池E2并联以保证汽车能不间断地对照明灯泡供电。若汽车在某一转速时，E26，24V，发电机内电阻r0.5，蓄电池内电阻r0.2，灯泡电阻R5，试求各支路电流和灯泡两端的电压。解假设各支路电流方向和回路方向如图b所示(图b为图a的等效图)。根据基尔霍夫第一定律和第二定律列出有关方程为图1-20第六节复杂直流电路的分析方法解此方程得I0.56A二、回路电流法1)先假设各回路的电流方向。2)根据基尔霍夫第二定律列出回路电压方程式。本回路电流在本回路所
8、有电阻上产生的电压降都为正。若相邻回路电流与本回路电流在通过公共支路时的方向一致，则相邻回路电流在公共支路电阻上的电压降为正，反之为负。3)代入已知数值，解联立方程式求出各回路电流。4)选定各支路电流的参考方向，根据单独支路的电流就是本回路电流、公共支路的电流等于相邻回路电流代数和的原则，求出各支路电流(当回路电流的假设方向与支路电流的参考方向一致时，回路电流的符号前取正号，反之取负号)。第六节复杂直流电路的分析方法5)最后确定各支路电流的实际方向，其原则是当计算结果为正值时，表示实际方向与选定的参考方向相同；计算结果为负值时，表示实际方向与选定的参考方向相反。图1-21第六节复杂直流电路的分
9、析方法例1-11如图1-21所示，已知E，试用回路电流法求解各支路电流。解1)假设回路电流方向如图1-21所示。2)根据基尔霍夫第二定律列出两个回路电压方程式为(R1+R3)I11+R3I22=E1 (R2+R3)I22+R3I11=E2 3)代入已知数值，解联立方程式解得I11=6A I22=-3A 4)选定各支路电流的参考方向如图所示，各支路电流为有关回路电流的代数和，即 I1=I11=6A I2=-I22=3A I3=I11+I22=6A-3A=3A 5)I、均为正值，表示它们的实际方向与图中假设方向一致。例1-12如图1-22所示，已知R1，E1，试求各支路电流。第六节复杂直流电路的分
10、析方法图1-22解由图看出，该电路有五条支路，三个最简单的回路(即网孔)。第六节复杂直流电路的分析方法若用支路电流法求解，需列五个方程式，而用回路电流法只需列三个方程式，所以本题用回路电流法来求解。1)假设回路电流方向如图1-22所示。2)根据基尔霍夫第二定律列出三个网孔的回路电压方程式为(R1+R2)I11+R2I22=E1+E2R2I11+(R2+R3)I22=E3R4I33=E2+E43)代入已知数值,解联立方程式解得I I22=0 I11=1A 4)选各支路电流的假设方向如图所示，因R、为单独支路，则它们的电流就是本回路电流；而R和E2为公共支路，其中电流应为相邻回路电流的代数和，即2
11、I11+I22=2I11+2I22=1I33=2 第六节复杂直流电路的分析方法图1-23电压源及其等值电路三、电压源和电流源的等效变换1.电压源IR1=I11=1A(方向与 IR1假设方向相同)IR2=I11+I22=1A(方向与 IR2假设方向相同)IR3=I22=0IR4=I33=2A(方向与 IR3假设方向相同)IE2=I11+I33=3A(方向与 IE2假设方向相同)第六节复杂直流电路的分析方法图1-24电源的外特性曲线2.电流源第六节复杂直流电路的分析方法图1-25电流源3.电压源与电流源的等效变换第六节复杂直流电路的分析方法图1-26电压源与电流源的等效变换1)一个电动势为E、串联
12、内阻为r的电压源，可以等效变换为一个恒定电流为Is、并联内阻为r的电流源，该电流源的恒定电流Isr为实际电源的短路电流。第六节复杂直流电路的分析方法2)一个恒定电流为Is、并联内阻为r的电流源，可以等效变换为一个电动势为E、串联内阻为r的电压源，该电压源的电动势Esr，为实际电源的断路电压。3)电压源中的电动势E和电流源中的恒定电流Is在电路中应保持方向一致，即Is的方向从E的“-”端指向“+”端。4)恒压源和恒流源之间不能进行等效变换。5)电压源和电流源的等效变换，只是对外电路等效，对内电路则不等效。例1-13如图1-27a所示，已知E，EV，。用电压源和电流源等效变换的方法，把电路化为简单
13、电路并计算各支路电流。第六节复杂直流电路的分析方法解首先把图1-27a中的两个电压源分别等值变换为电流源，如图1-27b所示，然后再把两个电流源合并，化为简单电路，如图1-27c所示。图1-27四、叠加原理第六节复杂直流电路的分析方法图1-28叠加原理五、戴维南定理图1-29戴维南定理第六节复杂直流电路的分析方法1)把复杂电路分成待求支路和有源二端网络两部分，如图1-30a所示，点画线框内为有源二端网络，R3为待求支路。图1-30用戴维南定理计算复杂电路第六节复杂直流电路的分析方法2)把待求支路切断，求出有源二端网络的断路电压U，如图1-30b所示。3)将网络内各电压源短路，电流源切断，求出无
14、源二端网络的等效电阻R，如图所示。4)画出等效电源。例1-14在图1-30a中，已知E，1，试利用戴维南定理求R中的电流。解1)用高内阻电压表测得的有源二端网络的断路电压U，就是等效电源的电动势E，如图1-31a所示。2)用低内阻电流表与一已知电阻R串联，然后接在有源二端网络两端，测得电流I。第六节复杂直流电路的分析方法例1-15如图1-32a所示，用高内阻电压表测得A、B两点间的电压U100V。用内阻可以忽略的电流表测得电流I。若把电阻R50的负载接在A、B间，A、B间的电压将是多少?图1-31用实验法确定等效电源第六节复杂直流电路的分析方法图1-32解根据已知条件可将此网络化为等效电源，其
15、电动势E10，r50。此时该网络的等效电路如图1-32b所示。第六节复杂直流电路的分析方法所以当R50的负载接在A、B间时，A、B间的电压可用分压公式求得UAB=50v六、网络和网络的等效变换图1-33电阻的联结和联结第六节复杂直流电路的分析方法图1-34桥式电路的简化(1)从联结求等效联结中的电阻值(见图1-33)(2)从联结求等效联结中的电阻值(见图1-33)第六节复杂直流电路的分析方法例1-16如图1-34所示，已知10，5，。试用和网络的等效变换，求解桥式电路中检流计电流I。解按图1-34所示的变换步骤，将图示电桥电路简化。先把由电阻、组成的网络变换为等效的网络。根据式(1-37)可求
16、出RA、RB和RC分别为2、4、2。由图 1-34b 可知，RB+R2=4+10=14 RC+R3=2+10=12于是电路可简化成图 1-34c,由此可求出总电阻为R=8.46由图 1-34d 可得,总电流I=1.42A 根据图 1-34c,可求出通过 R2 和 R3 中的电流分别为0.66A、0.76A。再根据图 1-34a 可求出检流计两端的电压为-1V所以检流计支路电流为Ip=-0.1A此时IP值为负,说明电流由 3 点流向 2 点。第七节负载获得最大功率的条件图1-35等效电压源第七节负载获得最大功率的条件图1-36例1-17如图1-36所示，设电源电动势E11，内阻r。第七节负载获得
17、最大功率的条件第七节负载获得最大功率的条件图1-37第八节电容器一、电容器和电容量图1-38电容器能储存电荷二、电容器的主要指标第八节电容器三、电容器的并联、串联和混联1.电容器的并联图1-39两个电容器的并联1)所有电容器两端的电压均相同，并等于外加电压U，即U=U1=U2=Un 第八节电容器2)各并联电容器的等效电容所带的电量Q等于各并联电容器所带电量之和，即Q=Q1+Q2+Qn 3)并联电容器的等效电容量C等于各并联电容器的电容量之和，即 C=C1+C2+Cn 例1-19电容器CF，其耐压为25V；电容器CF，其耐压为100V。试求它们并联后的等效电容量及电路两端允许加的最大工作电压。解
18、C和C2并联后的等效电容量为C=C1+C2=200F+1000F=1200F 2.电容器的串联1)各个电容器上所带的电量都相等，并等于电容器串联后的等效电容器上所带的电量Q，即Q=Q1=Q2=Qn 第八节电容器图1-40两个电容器的串联2)串联电容器两端的总电压U等于各个串联电容器两端电压之和，即U=U1+U2+Un 3)串联电容器的等效电容量的倒数，等于各串联电容器电容量的倒数和。第八节电容器图1-41电容器的混联第八节电容器3.电容器的混联四、电容器的种类和选用1.固定电容器图1-42部分固定电容器的外形、名称及图形符号第八节电容器2.可变电容器3.半可变电容器图1-43部分可变和半可变电
19、容器的外形、名称及图形符号第八节电容器五、电容器的充电和放电图1-44电容器充放电实验电路1.电容器的充电第八节电容器图1-45电容器的充放电过程a)充电过程b)放电过程2.电容器的放电1)电容器的充、放电过程就是储存或释放电荷的过程。第八节电容器2)当外加电压大于电容器两端电压，即UU时，电容器充电，储存电荷；当外加电压小于电容器两端电压，即UU时，电容器放电，释放电荷；当外加电压等于电容器两端电压，即U时，电容器既不充电，也不放电。3)电容器两端电压随着储存电荷或释放电荷的进行，只能逐渐升高或逐渐减小，不会发生突然变化。4)电容器充电结束后，电路中虽接有直流电源，但电路中无电流通过，此时电
20、路等于断路。5)电容器在储存电荷或释放电荷时，都需要一定的时间来完成。1.什么是电路?电路由哪几个基本部分组成?试画出一个最简单的电路。第八节电容器2.如果5s内通过A导体横截面的电量是1.8C，30ms内通过B导体横截面的电量是0.012C，试问导体A和B上的电流哪一个大?在1min内通过A和B横截面的电量各为多少?3.电流方向、电压方向、电动势方向是如何规定的?电流方向和电压方向有何关系?电流方向与电动势方向有何关系?4.如图1-46所示，已知E，试求A、B、C、D、F、G各点的电位。5.将一根粗细均匀的圆形金属导线，均匀拉长到原长度的两倍，试问该导线的电阻将如何变化?6.试求图1-47中
21、电阻R的阻值。第八节电容器图1-46第八节电容器图1-47第八节电容器图1-487.某一电源和3的电阻连接，测得路端电压为6V；当和5电阻连接时，测得路端电压为8V。第八节电容器8.如图1-48所示，已知E，r，求S在3各位置时电流表和电压表的读数各是多少?9.测得某电池两端的开路电压为9V，现在该电池两端接上一个电阻R，又测得R两端的电压为8.25V，R中流过的电流为1.5A，试求电阻R的阻值及电池的内电阻r各为多少?10.有两只白炽灯额定值分别为220V、60W和110V、40W。11.一个1k、10W的电阻，允许通过的最大电流是多少?该电阻两端允许加的最大电压又为多大?12.某人家中使用
22、40W荧光灯、25W台灯、150W电冰箱、25W电视机各一个，如每个用电器每天平均使用2h，问每月应付多少电费?(一月按30天计，每度电费为0.20元)第八节电容器13.标有220V、100W的白炽灯接在220V电源上时的实际功率为81W，求线路上的功率损失?14.三个电阻串联后接到电源两端，设电源内阻为零，已知R，两端的电压为10V，R消耗的功率为1W。15.三个电阻并联后接到电源两端，设电源内阻为零，已知R，流过R的电流是1A，R消耗的功率为2W，求电源提供的电流为多大?电源的电动势为多大?电源提供的总功率为多少?16.如图1-49所示，已知流过R1的电流I，试求总电流I等于多少?各电阻消
23、耗的功率等于多少?17.图1-50是电压电流两用表的电路图，已知电流计P的量程是1mA，内阻是100，9.9k，.01。第八节电容器图1-49第八节电容器图1-5018.如图1-51所示，已知R，求AB间的等效电阻R等于多少?第八节电容器图1-5119.如图1-52所示，已知E，r0.5，R7.5，求(1)S接到1和2位置时电压表的读数各为多少?(2)S接到1和2位置时，R上消耗的功率各为多少?20.如图1-53所示，由电动势E，内阻r0.5的电源向一只额定电压220V、额定功率600W的电炉和一组额定电压220V、额定功率100W的白炽灯供电。第八节电容器图1-52第八节电容器图1-5321
24、.试求图1-54中各电路中的未知电流。第八节电容器图1-5422.如图1-55所示，已知ImA,ImA，mA，试求I、的数值和方向。23.如图1-56所示，已知E，流过R的电流ImA，求R的阻值及通过R的电流大小和方向。第八节电容器图1-55第八节电容器图1-5624.如图1-57所示，已知E，k，k，30k，第八节电容器试用支路电流法求各支路电流的大小和方向。25.如图1-58所示，已知E，k，k，k，试用回路电流法求各支路电流的大小和方向。图1-57第八节电容器图1-5826.如图1-59所示，已知R，流过R的电流，试求E等于多少?第八节电容器27.如图1-60所示，已知U，(1)如果E，
25、求R上的电流。图1-59第八节电容器图1-6028.有两个电容器，其中一个电容量大，另一个电容量较小，如果它们两端的电压相等，第八节电容器试问哪一个电容器所带的电荷量较多?如果带电荷量相同，哪个电压高?29.将C为10F/25V和C2为20F/15V两个电容器并联后接在10V直流电源上，问哪个电容器储存的电荷量多?此时它们的等效电容量为多大?电路允许加的最大工作电压为多少?30.如图1-61所示，电容器两端的电压为多少?电容器任一极板上所带的电荷量又为多少?31.如图1-62所示，已知CF，C4.5F，试求A、B间的等效电容。第八节电容器图1-61第八节电容器图1-6232.如图1-63所示，已知CF，CF，试求：(1)当开关S闭合时，A、B间的等效电容。第八节电容器图1-63
