項(xiàng)目一 電路的識別

在人們的日常生活中，由用電器組成的電路幾乎無處不在。了解電路的組成，掌握電路所涉及物理量的含義，掌握這些物理量的測量方法，是學(xué)習(xí)電工知識的基礎(chǔ)。

知識目標(biāo)

1.掌握電路的組成及其三種工作狀態(tài)。

2.掌握電阻、電流、電壓、電位、電動勢、電能、電功率的概念和基本知識。

3.掌握歐姆定律、電阻定律的基本知識并能熟練應(yīng)用。

技能目標(biāo)

1.能夠使用驗(yàn)電筆判斷導(dǎo)體是否帶電，是帶直流電還是交流電。

2.會正確使用萬用表測量電流、電壓、電位、電阻等物理量。

3.能觀察電度表測量電路所消耗的電能。

任務(wù)一 認(rèn)識電路

基本知識

一、電路的組成

人們在日常生活中經(jīng)常用手電筒照明。手電筒由一個燈泡通過導(dǎo)線、開關(guān)和幾節(jié)電池連接起來，就組成一個最簡單的直流電路，如圖1-1所示。當(dāng)開關(guān)閉合時，燈泡就發(fā)光，電路中有電路通過；當(dāng)開關(guān)斷開時，燈泡熄滅，電路中沒有電路通過。

通常把這種由電氣設(shè)備和若干元件按照一定的連接方式構(gòu)成的電流通路稱為電路。也就是說，電路就是電流所流經(jīng)的路徑。

不論結(jié)構(gòu)如何，只要是一個完整的實(shí)際電路，一般都是由電源、負(fù)載、連接導(dǎo)線和控制裝置（開關(guān)）四部分組成的。

1.電源

電源是將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，如發(fā)電機(jī)、干電池、光電池等。發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，干電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，光電池是將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。

2.負(fù)載

負(fù)載是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问侥芰康难b置，如白熾燈（燈泡）、電烙鐵、電動機(jī)、電解槽等都是負(fù)載。白熾燈是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽堋崮埽娎予F是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽妱訖C(jī)是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，電解槽是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。

3.控制裝置

用來控制電路的通斷，使電路正常工作的裝置，如開關(guān)、保險絲、繼電器等。

4.連接導(dǎo)線

用來傳輸和分配電能，把電源和負(fù)載連接成一個閉合的回路。常用的導(dǎo)線是銅線。

二、電路的工作狀態(tài)

電路的工作狀態(tài)常有以下三種。

1.通路

通路是指電源與負(fù)載連通的電路，也稱閉合電路，這種電路中有工作電流，如圖1-2（a）所示。但須注意，處于通路狀態(tài)下的各種電氣設(shè)備的電壓、電流、功率等數(shù)值不能超過其額定數(shù)值。

2.斷路（開路）

斷路是指電路中某處斷開，使電路不能構(gòu)成通路的狀態(tài)。此時電路中沒有電流流過，如圖1-2（b）所示。在測試或檢修電路時，經(jīng)常需要將某一部分電路斷開進(jìn)行測試或判斷故障。

3.短路

短路是指整個電路或某一部分被導(dǎo)線直接短接，電流直接流經(jīng)導(dǎo)線而不再經(jīng)過電路中的元件。這時，電路中的電流往往較大，容易損壞電源或發(fā)生火災(zāi)，一般應(yīng)該避免短路的情況發(fā)生。但在電子設(shè)備的調(diào)試過程中，常常遇到將電路的某一部分短路的情況，這是為了使與調(diào)試過程無關(guān)的部分沒有電流通過而采取的一種方法。

三、電路圖

要說明一個實(shí)際電路的結(jié)構(gòu)原理，用圖紙來表示往往非常方便，同樣，電氣工人可根據(jù)電路圖來了解電路的連接方式和電路中各元件的作用，以便進(jìn)行安裝、調(diào)試和檢修。電路圖一般可以分為原理圖和裝配圖兩種。原理圖只是表示線路的連接方式，并不反映線路的幾何尺寸和各零件的實(shí)際形狀。裝配圖除了表示電路的實(shí)際接法外，還要畫出相關(guān)部分的裝置和結(jié)構(gòu)，圖1-1（b）表示的就是圖1-1（a）所對應(yīng)的原理圖。

電路圖中常用的部分圖形符號如表1-1所示。

基本技能

觀察手電筒的構(gòu)成

在日常生活中，人們會經(jīng)常用手電筒進(jìn)行照明，它有一個燈泡通過導(dǎo)線、開關(guān)和幾節(jié)電池連接起來，當(dāng)開關(guān)閉合時，燈泡發(fā)光；開關(guān)斷開時，燈泡熄滅。

一、手電筒簡介

普通手電筒的結(jié)構(gòu)有電路元件和電路結(jié)構(gòu)件組成，如圖1-3所示。

圖1-3 手電筒的結(jié)構(gòu)

當(dāng)向前推動開關(guān)⑧時，使金屬片②和燈泡負(fù)極連接環(huán)①接觸，這樣電路元件就構(gòu)成一個閉合回路，電流經(jīng)過電池⑦的正極→燈泡⑥→燈泡負(fù)極連接環(huán)①金屬片②→開關(guān)⑧→金屬片④→彈簧③→電池⑦的負(fù)極，構(gòu)成一個閉合回路，回路中有電流流過，當(dāng)電流流過燈泡時，燈泡發(fā)光。

當(dāng)把開關(guān)⑧向后退時，金屬片②與燈泡的負(fù)極連接環(huán)①斷開，電路因斷路沒有電流，燈泡熄滅。

二、技能練習(xí)

1.目的

了解手電筒的組成元件及元件的作用。

2.材料

工具一套，手電筒一個。

3.步驟

（1）實(shí)際操作手電筒，觀察操作結(jié)果。閉合手電筒開關(guān)，觀察燈泡；斷開開關(guān)，觀察燈泡。

（2）拆卸手電筒，觀察手電筒的構(gòu)造和組成元件（含結(jié)構(gòu)件）。

（3）對照圖1-3，分析電路的工作原理和元器件的作用。

（4）根據(jù)電路的工作原理，畫出原理圖，與圖1-1對比。

任務(wù)二 了解電流產(chǎn)生

基本知識

一、電流的基本概念

1.電流的定義 電荷的定向移動形成了電流。如金屬導(dǎo)體中自由電子的定向移動，電解液中的正、負(fù)離子沿著相反方向的移動，都形成了電流。

2.電流的形成 當(dāng)手電筒的開關(guān)閉合，手電筒發(fā)光的原因是手電筒里的燈泡通過了合適的電流。那么電流是如何形成的呢？

要形成電流其條件是：首先要有自由移動的電荷——自由電荷；其次導(dǎo)體兩端必須有使電荷移動的動力——電壓；再者這就是閉合電路中，形成通路。這就好比河流的形成，一要有水，二要有地勢的高低，水會沿著一定的路徑（通路）自高向低流動。

3.電流的理論方向和參考方向與實(shí)際方向

（1）電流的理論方向 物理學(xué)中規(guī)定電流的方向，是正電荷定向移動的方向（電荷指的是自由電荷）。在金屬導(dǎo)體中的電子是自由電子的定向移動；在酸，堿，鹽的水溶液中是正、負(fù)離子沿著相反方向的移動；在電源外部電流沿著正電荷移動的方向流動；在電源內(nèi)部由負(fù)極流回正極。

（2）電流的參考方向與實(shí)際方向 在實(shí)際工作中對于簡單的電路來說，很容易判明電流的方向，如圖1-4所示；但在計算和分析較復(fù)雜的電路時，某段電路中的電流方向一般很難確定，如圖1-5中的電阻R3中的電流。此時可以先假設(shè)電路中的電流方向，即假設(shè)電路中的電流的參考方向，然后進(jìn)行計算，如果解出電流值為正值，認(rèn)為電路中的實(shí)際電流方向和假設(shè)的電流方向一致；如果解出來的電流值為負(fù)值，說明電路中的實(shí)際電流方向和假設(shè)的電流方向相反，如圖1-6所示。

如何觀察電流的實(shí)際方向呢？最直觀的辦法是將直流電流表串聯(lián)到圖1-4中R3支路里，當(dāng)電流表指針出現(xiàn)反向偏轉(zhuǎn)時，此時的電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向（代表實(shí)際方向）與電路圖中所標(biāo)注電流方向（參考方向）相反。當(dāng)電流表指針出現(xiàn)正向偏轉(zhuǎn)時，此時的電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向（代表實(shí)際方向）與電路圖中所標(biāo)注電流方向（參考方向）一致。

二、電流的種類

根據(jù)電流的實(shí)際用途，電流的種類可以分為三大類，恒定電流、脈動電流和正弦交流電電流。三種電流的定義特點(diǎn)見表1-2。

三、電流的大小

電流的強(qiáng)弱用電流強(qiáng)度來表示。單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量叫做電流強(qiáng)度，簡稱電流，用符號I表示。如果在時間t內(nèi)，通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為Q，那么導(dǎo)體中流過的電流I為：

在國際單位制中，電流的單位是安培（A）。如果1秒（s）內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為1庫侖（C），則規(guī)定導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度為1安培，即

1安培（A）=1庫侖（C）/1秒（s）

常用的電流單位還有毫安（mA）、微安（μA）等，它們之間的換算關(guān)系為：

1mA=10-3A，1μA =10-6A

例1-1 在1min內(nèi)流過導(dǎo)體橫截面的電荷量為12C，求導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度是多少？

四、電流產(chǎn)生的五大效應(yīng)

我們研究和學(xué)習(xí)電流是為了更好掌握電流能在生產(chǎn)、生活和學(xué)習(xí)中給我們帶來更多的應(yīng)用。

1.熱效應(yīng)

利用電流的熱效應(yīng)來加熱的家電產(chǎn)品，有電爐、電烙鐵、電熨斗、電飯鍋、電烤爐等。焦耳定律就是計算電流產(chǎn)生多少熱量公式。

2.磁效應(yīng)

電流的磁效應(yīng)：任何通有電流的導(dǎo)線，都可以在其周圍產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象，稱為電流的磁效應(yīng)。

我們會在今后的學(xué)習(xí)中，了解到通電流的長直導(dǎo)線周圍，會有磁場產(chǎn)生，其磁力線的形狀為以導(dǎo)線為圓心一封閉的同心圓，且磁場的方向與電流的方向互相垂直。以及著名的右手和左手定則，具體參考項(xiàng)目四的內(nèi)容。電動機(jī)和變壓器就是電流的磁效應(yīng)具體應(yīng)用。

3.光效應(yīng)

電流的光效應(yīng)。例如利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED 。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。

4.聲效應(yīng)

電流的聲效應(yīng)。例如動圈式揚(yáng)聲器的基本原理是把一條有電流的導(dǎo)線與磁力線垂直的放進(jìn)磁鐵南北極間，導(dǎo)線就會受磁力線與電流兩者的互相作用而移動，在把一片振膜依附在這根導(dǎo)線上，隨著電流變化振膜就產(chǎn)生前后的運(yùn)動。目前百分之九十以上的錐盆單體揚(yáng)聲器都是動圈式的設(shè)計。還有電鈴、蜂鳴器、都是利用電流的磁效應(yīng)制成的。

5.化學(xué)效應(yīng)

電流通過導(dǎo)電的液體會使液體發(fā)生化學(xué)變化，產(chǎn)生新的物質(zhì)。電流的這種效果叫做電流的化學(xué)效應(yīng)。如電解，電鍍，電離等就屬于電流的化學(xué)效應(yīng)的例子。

基本技能

驗(yàn)電筆的使用

驗(yàn)電筆是用來判斷電路中是否有電的一種工具，分為氖泡式驗(yàn)電筆和數(shù)字式驗(yàn)電筆兩種。

一、驗(yàn)電筆的基本結(jié)構(gòu)

1.氖泡驗(yàn)電筆

（1）氖泡式驗(yàn)電筆的結(jié)構(gòu)

驗(yàn)電筆主要由工作觸頭、降壓電阻、氖泡、彈簧和金屬螺釘?shù)炔考M成。其結(jié)構(gòu)如圖1-7所示，各組成部件及其作用見表1-3。

（2）用氖管式驗(yàn)電筆觀察判斷電流的產(chǎn)生

正確使用驗(yàn)電筆的方法如圖1-8，當(dāng)用驗(yàn)電筆判斷被測物體是否帶電時，將工作觸點(diǎn)接觸被測體，如果被測體帶電，則被測體通過驗(yàn)電筆、人體、大地形成回路，其漏電電流使氖泡啟輝發(fā)光。如果驗(yàn)電筆接觸零線，則氖泡不亮。原因是什么？請同學(xué)們將任務(wù)二和任務(wù)三學(xué)習(xí)完成之后，自行解答。

（3）氖管式驗(yàn)電筆使用技巧

① 判斷交流電與直流電。 電筆判斷交直流，如果被測體帶交流電，則氖管較明亮，并且氖管通身亮；如果被測體帶直流電，則氖管較暗，且氖管只亮一端。

② 判斷直流電正負(fù)極方法。用驗(yàn)電筆判斷直流電的正、負(fù)極，此時觀察氖管要心細(xì)，如果是前端明亮則是負(fù)極，如果是后端明亮則為正極。

（4）使用低壓驗(yàn)電筆（試電筆）應(yīng)注意的事項(xiàng)

① 測試前應(yīng)在帶電體上進(jìn)行校核，確認(rèn)驗(yàn)電筆良好，以防做出錯誤判斷。

② 使用驗(yàn)電筆時，最好穿上絕緣鞋。

③ 避免在光線明亮的方向觀察氖泡是否啟輝，以免因看不清而誤判。

④ 有些設(shè)備，特別是測試儀表，往往因感應(yīng)而帶電。此外，某些金屬外皮也有感應(yīng)電。在這些情況下，用驗(yàn)電筆測試有電，不能作為存在觸電危險的依據(jù)。因此，還必須采用其他方法（如用萬用表測量）確認(rèn)其是否真正帶電。

2.電子驗(yàn)電筆

除了氖泡驗(yàn)電筆以外，目前市場上還有數(shù)字式驗(yàn)電筆，數(shù)字驗(yàn)電筆及其使用如圖1-9所示。

數(shù)字式驗(yàn)電筆由筆尖（工作觸頭）、筆身、指示燈、電壓顯示、電壓感應(yīng)通電檢測按鈕、電壓直接檢測按鈕、電池等組成，適用于檢測12～220V交直流電壓和各種電器。數(shù)字式驗(yàn)電筆除了具有氖管式驗(yàn)電筆通用的功能外，還有以下特點(diǎn)：

（1）當(dāng)右手指按檢測按鈕，并將左手觸及筆尖時，若指示燈發(fā)亮，則表示正常工作；若指示燈不亮，則應(yīng)更換電池。

（2）測試交流電時，切勿按電子感應(yīng)按鈕。將筆尖插入相線孔時，指示燈發(fā)亮，則表示有交流電；需要電壓顯示時，則按檢測按鈕，最后顯示數(shù)字為所測電壓值；未到高段顯示值75%時，顯示低段值。

二、技能練習(xí)

1.目的

用驗(yàn)電筆判斷待測體是否帶電。

2.器材

驗(yàn)電筆、各種電源。

3.步驟

（1）判斷待測體是否帶電。

（2）若帶電，所帶電是直流電還是交流電；若是直流電，被測端是正極還是負(fù)極。

任務(wù)三 電源及電動勢

在電工技術(shù)中所涉及的物理量很多，除了電流以外還有電壓、電位、電能、電動勢、電功率等，理解和掌握好這些物理量是學(xué)好電工基礎(chǔ)的前提條件。

基本知識

一、電壓

我們知道，物體的運(yùn)動是因?yàn)槭艿搅Φ淖饔茫姾勺龆ㄏ蛞苿有纬呻娏魇怯捎陔姾墒艿搅穗妶隽Φ淖饔谩?/p>

電荷在電場中受到力的作用，這種力叫電場力。在電場力的作用下，電荷沿力的方向移動一段距離，那么電場力就對電荷做了功，如圖1-10所示。電場力F把正電荷q從電場中a點(diǎn)移動到了b點(diǎn)，那么電場力對電荷q做的功為Wab=F×Lab。如果在電場中的電荷為nq，則受到的電場力為nF，電場力所做的功為nWab。即電場力所做的功與電荷量之比為一常數(shù)，這個常數(shù)就是電壓。電壓是用來衡量電場力移動電荷做功本領(lǐng)的物理量。

所謂電壓就是單位正電荷從a點(diǎn)移動到b點(diǎn)電場力所做的功，用Uab表示，即Uab

在國際單位制中，電壓的單位為伏（特），符號為V，表示的含義為：如果將1庫侖（C）的正電荷從a點(diǎn)移動到b點(diǎn)，電場力所做的功為1焦耳（J），則ab兩點(diǎn)之間的電壓為1伏特（V）。

常用的單位還有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV），它們之間的換算關(guān)系為：

1千伏（kV）=103伏（V）

1毫伏（mV）=10-3伏（V）

1微伏（μV）=10-3毫伏（mV）=10-6伏（V）

和電流一樣，電壓不僅有大小，也有方向。電壓總是對電路中某兩點(diǎn)而言的，常用雙下標(biāo)表示，如用Uab表示a、b兩點(diǎn)之間的電壓，a表示起點(diǎn)，b表示終點(diǎn)。在電路中，任意兩點(diǎn)之間的電壓的實(shí)際方向往往不能預(yù)先確定，和電流一樣，可以先假設(shè)電路中電壓的參考方向，并按參考方向進(jìn)行計算。如果計算結(jié)果為正值，說明假設(shè)的電壓參考方向和實(shí)際方向一致；若計算結(jié)果為負(fù)值，說明電壓的參考方向和實(shí)際方向相反。

例1-2 在如圖1-11中，已知電壓的參考方向和數(shù)值，試說明電阻R上電壓的實(shí)際方向。

解：在圖a中，電壓的參考方向由a到b，電壓為2V，說明電壓的實(shí)際方向和參考方向一致，即從a到b。

在圖b中，電壓的參考方向由c到d，但電壓為-3V，說明電壓的實(shí)際方向和參考方向相反，即電壓的實(shí)際方向由d到c。

例1-3 已知電場力將一帶電量為0.05C的電荷從a移動到b，電場力做功為6J，問a、b兩點(diǎn)之間的電壓為多少？

解：

二、電位

電壓是對電路中的某兩點(diǎn)而言的，在電工技術(shù)中常常用到。在電子技術(shù)中或分析較為復(fù)雜的電路時，要求解電路中某兩點(diǎn)的電壓，常常較為復(fù)雜，如果利用電位的概念去分析則十分方便。

如果在電路中選擇一點(diǎn)作為參考點(diǎn)，規(guī)定參考點(diǎn)的電位為零電位點(diǎn)，那么對于電路中某點(diǎn)的電位，就是電場力移動單位電荷從該點(diǎn)到參考點(diǎn)所做的功，電位的符號用V表示，電位的單位也是伏特（V）。

參考點(diǎn)為零電位點(diǎn)，電路中的其他點(diǎn)的電位都是針對這個基準(zhǔn)點(diǎn)而設(shè)置的，而參考點(diǎn)的選擇是任意的。在工程技術(shù)中選擇大地、機(jī)殼為參考點(diǎn)；而在電子技術(shù)中如果選擇較多元器件的交匯點(diǎn)為參考點(diǎn)，往往使分析或計算較為簡單。

由電位的定義可知，電位表示的也是電場力對電荷所做的功，這是與電壓的共同點(diǎn)；不同點(diǎn)是電位是指某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓，而電壓則表示的是任意兩點(diǎn)之間的電壓；某點(diǎn)的電位會隨著參考點(diǎn)的不同而改變，具有多值性，而某兩點(diǎn)的電壓值不會隨參考點(diǎn)的不同而改變，具有單一性。電路中任意兩點(diǎn)之間的電壓可以用這兩點(diǎn)之間的電位差來表示。

Uab=Va-Vb

Va、Vb分別表示a點(diǎn)、b點(diǎn)的電位，Uab表示a、b兩點(diǎn)之間的電壓，所以電壓又叫電位差（也稱電壓降）。

例1-4 如圖1-12所示，已知 Uab=12V，Ubc= 6V，分別以b、c為參考點(diǎn)，求a點(diǎn)、b點(diǎn)和c點(diǎn)的電位和a、c兩點(diǎn)之間的電壓Uac。

解：

（1）以b點(diǎn)為參考點(diǎn)，則Vb= 0

已知Uab=12（V），即Uab=Va-Vb=Va-0 =12（V）

所以，Va =12（V）

又已知Ubc= 6（V），即Ubc=Vb-Vc= 0-Vc= 6（V）

所以，Vc= -6（V）

a、c兩點(diǎn)的電壓為：

Uac= Va-Vc = 12-（-6）=18（V）

（2）以c點(diǎn)為參考點(diǎn)，則Vc=0

已知Ubc= 6（V），即Ubc= Vb-Vc= Vb-0 = 6（V）

所以，Vb= 6（V）

又Uab = Va-Vb =Va-6 =12（V）

所以，Va=12+6 =18（V）

a、c兩點(diǎn)之間的電壓為：

Uac= Va-Vc=18-0 =18（V）

由上面的計算可得：當(dāng)參考點(diǎn)變化時，a、b、c三點(diǎn)的電位跟著變化，但a、c兩點(diǎn)的電壓不變。

三、電源

當(dāng)電流流經(jīng)用電器時，用電器把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，為了使電路中能夠有源源不斷的電流，就需要一種把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置，這種裝置就是電源。電源的種類很多，有把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的干電池或蓄電池，有能把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電機(jī)，也有將太陽能轉(zhuǎn)化成電能的太陽能電池。不論什么類型的電源，其作用都是克服電場力將正電荷從電源的負(fù)極移動到電源的正極（或者將負(fù)電荷從電源的正極移動到電源的負(fù)極）。我們把電源所具有的這種力叫做非電場力（也叫非靜電力或電源力），如圖1-13所示。

在電源外部，電場力將正電荷從電源的正極通過用電器移送到電源的負(fù)極，稱為電源的外電路；它將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，電場力做功。在電源內(nèi)部，非靜電力將正電荷從電源的負(fù)極移送到電源的正極，非靜電力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)換為電能，稱為電源的內(nèi)電路。這樣，電源的外電路和電源的內(nèi)電路形成一個閉合回路，在閉合回路中就會有持續(xù)的電流。

四、電源的電動勢

在電源內(nèi)部，非靜電力把正電荷從電源的負(fù)極移送到電源的正極，為了衡量非靜電力做功能力的大小，引入電動勢這個物理量。即非靜電力將單位正電荷從電源的負(fù)極移動到電源的正極所做的功，用E表示。

電動勢的單位也是伏特。表示把1庫侖（C）的正電荷從電源的負(fù)極移動到電源的正極所做的功為1焦耳（J），則電源的電動勢就是1伏特（V）。

電源的電動勢不僅有大小而且有方向，電動勢的方向從電源的負(fù)極指向電源的正極，其大小等于電源兩端的電壓。電源的電動勢僅決定于電源本身，與外電路無關(guān)。

電動勢與電壓的關(guān)系：

電動勢和電壓的單位都是伏特，都表示做功能力的大小，所不同的是電動勢表示電源非靜電力做功的本領(lǐng)，而電壓表示電場力做功的本領(lǐng)；電動勢只存在于電源的內(nèi)部，電壓不僅存在于電源的內(nèi)部，而且也存在于電源的外部；電動勢與電壓的方向相反，電動勢是從低電位指向高電位（所以常稱為電勢升），而電壓是從高電位指向低電位（所以常稱為電壓降）。

五、電能（電功）

電能是物理學(xué)中的一種能量形式，和物理學(xué)中的其他能量形式有著密切的聯(lián)系，因此電能是一個重要的物理量。假設(shè)導(dǎo)體兩端的電壓為 U，通過導(dǎo)體的橫截面的電荷量為 q，根據(jù)電壓的定義可得出電場力對電荷q所做的功，即電路所消耗的電能為

W=Uq

由于

q=It

可得

W = UIt

上式表示，在一段電路中，電場力移動電荷通過導(dǎo)體所做的功W與加在這段電路兩端的電壓U、通過導(dǎo)體的電流I和通電時間t的乘積成正比。電場力做多少功，表示將多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。

在國際單位制中，W、U、I、t的單位分別是焦耳（J）、伏特（V）、安培（A）和秒（s）。在實(shí)際生活中，我們常用到電能的另一個單位是千瓦時（kW·h），1 kW·h俗稱1度電。表示1kW的用電器工作1h所消耗的電能。

1度= 1 kW·h =3.6×106J

例1-5 一臺29寸電視機(jī)在工作時，用電電壓為220V，通過的電流為0.5A，試求電視機(jī)一天工作5h所消耗的能量？

解：W = UIt = 220×0.5×5 =550W·h =0.55kW·h =0.55（度）

六、電功率

電功不能表示電流做功的快慢，電功率則可以表示電流做功快慢的物理量。人們把單位時間內(nèi)電流所做的功，稱為電功率，用字母P表示

由于W = UIt，代入上式得

式中，P、W、t、U、I的單位分別是瓦特（W）、焦耳（J）、秒（s）、伏特（V）和安培（A）。若電流在1s內(nèi)所做的功為1J，則電功率就是1W。常用的電功率的單位還有千瓦（kW）、毫瓦（mW）等。

1千瓦（kW）=103瓦特（W）

1毫瓦（mW）=10-3瓦特（W）

用電器上所標(biāo)明的電壓、功率為用電器的額定電壓和額定功率，所謂額定電壓是指用電器長期工作時所允許加的最高電壓。額定功率是指在額定電壓下，用電器所消耗的功率，如燈泡上的220V、40W即為額定電壓和額定功率。

在功率計算中，用正、負(fù)號表示吸收電能或發(fā)出電能，即吸收電能，功率用正號表示；發(fā)出電能，功率用負(fù)號表示。

例1-6 一標(biāo)有220V、40W的燈泡，正常發(fā)光時，通過燈絲的電流是多少？

解：由P = UI

可得：

基本技能

電壓的測量

常用的電壓的測量儀器是電壓表和萬用表，在初中物理課中我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了電壓表的使用。在電工和電子技術(shù)中，常用萬用表來測量電壓。

一、萬用表測量電壓

萬用表是一種可以測量多種物理量、具有多個量程的便攜式儀表。萬用表一般情況下主要測量電壓、電流和電阻，有的還可以測量晶體管、電容、電感、頻率等。常用的萬用表有指針式和數(shù)字式兩種。這里我們主要學(xué)習(xí)用指針式萬用表進(jìn)行電壓測量。

圖1-14是某種M47指針式萬用表，圖（a）是其整體圖，圖（b）是其表盤，圖（c）是操作盤。

1.萬用表的使用方法

使用萬用表前做到：

（1）萬用表水平放置。

（2）應(yīng)檢查表針是否停在表盤左端的零位。如有偏離，可用小螺絲刀輕輕轉(zhuǎn)動表頭上的機(jī)械零位調(diào)整旋鈕，使表針指零。

（3）將紅表筆插入標(biāo)有“+”號的插孔，黑表筆插入標(biāo)有“-”號的插孔。

（4）將選擇開關(guān)旋到相應(yīng)的項(xiàng)目和量程上，就可以使用了。

萬用表使用后，應(yīng)做到：

（1）拔出表筆。

（2）將選擇開關(guān)旋至“OFF”擋，若無此擋，應(yīng)旋至交流電壓最大量程擋，如“1000V”擋。

（3）若長期不用，應(yīng)將表內(nèi)電池取出，以防電池電解液滲漏而腐蝕內(nèi)部電路。

2.用萬用表測量直流電壓

測量步驟是：

（1）選擇量程。萬用表直流電壓擋標(biāo)有“”，有0.25V、1V、2.5V、10V、50V、250V、500V、1000V和2500V共九個量程。測量電壓（或電流）時要選擇好量程，如果用小量程去測量大電壓，則會有損壞的危險；如果用大量程去測量小電壓，那么指針偏轉(zhuǎn)太小，無法讀數(shù)。量程的選擇應(yīng)盡量使指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的2/3左右。如果事先不清楚被測電壓的大小時，應(yīng)先選擇最高量程擋，然后逐漸減小到合適的量程。

（2）測量方法。萬用表應(yīng)與被測電路并聯(lián)。紅表筆應(yīng)接被測電路高電位處，黑表筆應(yīng)接低電位處。

（3）正確讀數(shù)。仔細(xì)觀察表盤，直流電壓擋刻度線是第二條刻度線，用某一擋時，可用刻度線下第三行數(shù)字讀出相應(yīng)的數(shù)值，然后乘以倍率即是被測電壓值。注意讀數(shù)時，眼睛視線應(yīng)正對指針。

3.用萬用表測量交流電壓

測量步驟是：

（1）選擇量程。萬用表交流電壓檔標(biāo)有“”，有10V、50V、250V、500V和1000V共五個量程。量程的選擇和測量直流電壓時相同。

（2）測量方法。萬用表應(yīng)與被測電路并聯(lián)，但沒有高低電位之分。

（3）正確讀數(shù)。同測量直流電壓。

二、技能練習(xí)——用萬用表測量電壓

1.目的

學(xué)會用萬用表測量電壓。

2.器材

電池一塊、穩(wěn)壓源一個、開關(guān)一個、電阻兩個、導(dǎo)線若干，萬用表。

3.步驟

（1）電池電壓的測量

電池電壓一般為1.5V，用萬用表測量時，萬用表的擋位為______，黑表筆接______，紅表筆接______，讀值為 ______。

（2）穩(wěn)壓電源電壓測量

直流穩(wěn)壓電源一般為0～30V，如果測量其輸出電壓范圍，萬用表的擋位為_____，黑表筆接 ______，紅表筆接______，讀值為_______。

（3）交流電壓的測量

用萬用表測量市電電壓（電源插座），萬用表擋位應(yīng)該放在_______，測量時黑、紅表筆用不用區(qū)分接哪一個待測點(diǎn)（ ），讀值為______ 。

（4）電壓、電位的測量

原理圖如圖1-15所示（圖中元件參數(shù)自定）。

① 當(dāng)開關(guān)K打開時，用萬用表測量a、b電壓Uab =____V， c、d之間的電壓Ucd =____V。

② 閉合開關(guān)K，用萬用表測量a、d之間的電壓Uad =____V，a、b之間的電壓Uab =____V，b、c之間的電壓Ubc =____V。

③ 以c點(diǎn)為參考點(diǎn)，測量a、b、c點(diǎn)的電位，Va = V ，Vb= V， Vc = V。

④ 假如以b點(diǎn)為參考點(diǎn)，那么Va = V，Vb = V ，Uab = V。

通過上述測量，可以得到的結(jié)論，某點(diǎn)（如a點(diǎn)）的電位與參考點(diǎn)的選擇 關(guān)，而兩點(diǎn)之間的電壓（如Uab）與選擇的參考點(diǎn) 關(guān)。

（5）測量結(jié)束后，應(yīng)拔出表筆，將選擇開關(guān)置于交流電壓最大擋位，收好萬用表。

在上述測量過程中，讀值時需要注意______。

任務(wù)四 識別電阻

基本知識

一、電阻

1.導(dǎo)電、非導(dǎo)電物質(zhì)的分類

根據(jù)物體的導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱，一般可分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。其中導(dǎo)電性能良好的物體叫導(dǎo)體，導(dǎo)體內(nèi)部有大量的自由電荷，如銀、銅、鋁等都是導(dǎo)體；導(dǎo)電能力很差的物體叫絕緣體，絕緣體中幾乎沒有自由電荷存在，如玻璃、膠木、陶瓷等都是絕緣體；導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體叫半導(dǎo)體，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨外界條件變化導(dǎo)電能力有較大的變化，如硅、鍺等。

2.電阻

導(dǎo)體中存在著大量的自由電荷，自由電荷在電場力的作用下定向移動形成電流。但在自由電荷移動的過程中不斷地與其他原子發(fā)生碰撞，阻礙了自由電荷的定性運(yùn)動。這種對自由電荷運(yùn)動的阻礙作用叫電阻，用字母R表示。

3.電阻定律

任何物體都有電阻，而導(dǎo)體的電阻是由導(dǎo)體本身的性質(zhì)所決定的，不隨導(dǎo)體兩端的電壓改變而改變。導(dǎo)體電阻的大小不僅和導(dǎo)體的材料有關(guān)，還和導(dǎo)體的尺寸有關(guān)。經(jīng)驗(yàn)證明，在溫度一定時，一定材料制成的導(dǎo)體的電阻跟它的長度成正比，跟它的橫截面積成反比，還與導(dǎo)體的材料有關(guān)系，這就是電阻定律。

式中 R——導(dǎo)體的電阻，單位是歐姆，符號為Ω；

ρ——電阻率，導(dǎo)體的電阻率是由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定的，單位是歐姆米，符號是Ω ·m，常見導(dǎo)體的電阻率見表1-4；

L——導(dǎo)體的長度，單位是米，符號為m；

S——導(dǎo)體的橫截面，單位是平方米，符號是m2。

在國際單位制中，電阻的常用單位還有千歐（kΩ）和兆歐（MΩ）；

1kΩ=103Ω

1MΩ=103kΩ=106Ω

由表1-4可知，銀的導(dǎo)電性能最好，但銀的價格昂貴，用它做導(dǎo)線不太經(jīng)濟(jì)，只作為一些電氣設(shè)備的觸點(diǎn)使用，在現(xiàn)實(shí)生活中常用銅做導(dǎo)線。

例1-7 一根銅導(dǎo)線長L=2000m，截面積S=2mm2，導(dǎo)體的電阻是多少？

解：查表1-1可知，銅的電阻率p=1.7×10-8Ω?m，由電阻定律可得

二、電阻與溫度的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)證明導(dǎo)體的電阻還與溫度有關(guān)。人們把溫度升高1℃時，導(dǎo)體電阻的拜年話與原電阻的比值稱為溫度系數(shù)，用字母a表示，單位1/℃.

如果在溫度為t1時，導(dǎo)體的電阻為R1；在溫度為t2時，導(dǎo)體的電阻為R2，那么電阻的溫度系數(shù)是

在通常情況下，幾乎所有的金屬材料的電阻率都隨溫度的升高而增大，即 a〉0，稱為正溫度系數(shù)。由于電阻率較小，當(dāng)溫度變化較小時，對電阻的影響不大，一般不予考慮。但當(dāng)溫度變化較大時，溫度對電阻的影響不容忽視。有些材料（如碳）在溫度升高時，導(dǎo)體的電阻值反而減少時，即 a〈0，稱為負(fù)溫度系數(shù)。具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻在電路中常用作溫度補(bǔ)償用。還有些合金材料（如錳銅、康銅等）的電阻溫度系數(shù)很小，導(dǎo)體的電阻幾乎不隨溫度的變化而變化，常用來制造標(biāo)準(zhǔn)電阻用。此外，有些稀有材料及其合金在超低溫下，失去了對電流的阻礙作用（即電阻為零），這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)現(xiàn)象，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超導(dǎo)技術(shù)逐步應(yīng)用到電子通信、醫(yī)療衛(wèi)生等方面。

例1-8一個40W的白熾燈泡，白熾燈的燈絲是鎢絲，正常工作時電阻約為1210Ω，工作溫度為2000℃，求其常溫）25℃）時的電阻？

解：有電阻溫度系數(shù)公式

可得：

由表1-1可得鎢的溫度系數(shù)為0.0044，將數(shù)據(jù)代入公式可得：

可見，溫度變化較大時，溫度對電阻的影響較大，電阻的變化不可忽視。

基本技能

常用電阻器的識別和測量

一、常用電阻器的識別

在日常的生產(chǎn)生活中會用到各種各樣的電阻，有些設(shè)備需要電阻值較大的電阻，有些設(shè)備需要功率值較大的電阻，這就需要制作一些電阻元件。利用導(dǎo)體的電阻性能，將一些電阻率較高的材料制成具有一定阻值的實(shí)體元件，用它來控制電路中的電流電壓的大小，我們稱為電阻器，常常簡稱為電阻，它是構(gòu)成電路最基本的元件之一。

1.電阻器的分類

電阻器一般分為固定電阻器和可變電阻器兩大類，固定電阻器和可變電阻器的符號見表1-1。常用的固定電阻器有線繞電阻、各種膜電阻和實(shí)心電阻三類。可變電阻器的阻值可在一定范圍內(nèi)變化，如電位器、電阻箱等。常用的電阻器外形如圖1-16所示。

圖1-16 常見電阻器外形

常用固定電阻器的構(gòu)造特點(diǎn)見表1-5。

2.電阻器的主要指標(biāo)

電阻器的指標(biāo)有標(biāo)稱阻值、允許偏差、標(biāo)稱功率、最高工作電壓、穩(wěn)定性、溫度等，其中主要指標(biāo)包括標(biāo)稱值、允許偏差（誤差）和標(biāo)稱功率。

（1）標(biāo)稱阻值

標(biāo)稱阻值是指根據(jù)國家的統(tǒng)一阻值標(biāo)準(zhǔn)而生產(chǎn)的電阻器阻值，表1-6列出了E24系列的標(biāo)稱系列值，電阻器的標(biāo)稱值為表中所列之中的10n倍，n為整數(shù)。

（2）允許偏差

允許偏差表示電阻器的精度，常用百分?jǐn)?shù)表示，是指電阻器實(shí)際值和標(biāo)稱值的差值，與標(biāo)稱值相除的百分?jǐn)?shù)。常見的誤差值見表1-7。

（3）標(biāo)稱功率

標(biāo)稱功率是指電阻器允許承受的最大功率。

在電路圖中，通常不加功率標(biāo)注的電阻均為1/8（W）的，如果電路對電阻的功率值有特殊要求，就按圖1-17所示的符號標(biāo)注，或用文字說明。實(shí)際中不同功率的電阻體積是不同的，一般來說，功率越大，電阻的體積就越大。例如，電工用的啟動線繞電阻大家可以參考圖1-16和1-18進(jìn)行學(xué)習(xí)。

3.電阻器的標(biāo)稱方法

標(biāo)稱阻值的常見表示方法有直標(biāo)法、色標(biāo)法和數(shù)碼法。

（1）直標(biāo)法：就是在電阻的表面直接用數(shù)字和單位符號標(biāo)出產(chǎn)品的標(biāo)稱阻值，其允許誤差直接用百分?jǐn)?shù)表示，如圖1-19所示。它的優(yōu)點(diǎn)是直觀，一目了然。但體積小的電阻則無法這樣標(biāo)注。

（2）色標(biāo)法：用不同色環(huán)標(biāo)明阻值及誤差，色標(biāo)法標(biāo)志清晰，從各個角度都容易看清標(biāo)志。各種顏色表示的數(shù)值見表1-7的規(guī)定。

色環(huán)電阻的識別方法見表1-8，注意電阻的標(biāo)稱值的單位是歐姆（?）。

（3）數(shù)碼法

對于體積較小的電阻（如貼片電阻），由于體積較小，無法用上述兩種方法表示其阻值，其阻值常用數(shù)碼法表示。

數(shù)碼法表示電阻的方法是：用一個三位有效數(shù)字表示電阻值的大小，如472，其中前兩位數(shù)字表示數(shù)值的大小，第三位數(shù)字表示0的個數(shù)（如果是9，表示0.1倍），單位為?。如472表示4700?，119表示1.1?。

二、常用電阻器的測量

在任務(wù)三中我們練習(xí)過用萬用表測量電壓，現(xiàn)在我們來學(xué)習(xí)如何用萬用表測量電阻的阻值。

萬用表測量電阻阻值的擋位叫歐姆擋，共有R×1、R×10、R×100、R×1k和R×10k五個擋位，用萬用表測量電阻時，應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：

（1）機(jī)械調(diào)零。在使用之前，應(yīng)該先調(diào)節(jié)指針定位螺絲使電流示數(shù)為零，避免不必要的誤差。

（2）選擇合適的倍率擋。萬用表歐姆擋的刻度線是不均勻的，所以倍率擋的選擇應(yīng)使指針停留在刻度線較稀的部分為宜，且指針越接近刻度尺的中間，讀數(shù)越準(zhǔn)確。一般情況下，應(yīng)使指針指在刻度尺的1/3～2/3。

（3）歐姆調(diào)零。測量電阻之前，應(yīng)將2個表筆短接，同時調(diào)節(jié)“歐姆（電氣）調(diào)零旋鈕”，使指針剛好指在歐姆擋刻度線右邊的零位。如果指針不能調(diào)到零位，說明電池電壓不足。并且每換一次倍率擋，都要再次進(jìn)行歐姆調(diào)零，以保證測量準(zhǔn)確。

（4）讀數(shù)：仔細(xì)觀察表盤，歐姆擋刻度線是第一條刻度線，表頭的讀數(shù)乘以倍率，就是所測電阻的電阻值。

三、技能練習(xí)——電阻的識別、測量

1.目的

識別電阻阻值、功率；用萬用表測量電阻的阻值。

2.材料

阻值、功率不同的電阻10個，萬用表一塊。

3.步驟

（1）電阻的識別

① 阻值的識別

將10只電阻插在硬紙板上。把電阻進(jìn)行編號，序號為1～10，根據(jù)電阻上的色環(huán)，寫出它們的標(biāo)稱值及誤差，將數(shù)值填入表1-9中。

② 功率的識別

用已掌握的電阻功率的知識，識別10個電阻的功率，將數(shù)值填入表1-9。

（2）電阻的測量

① 將萬用表按要求調(diào)整好，并置于R×100擋，將歐姆擋進(jìn)行調(diào)零。

② 分別測量上述識別的10只電阻，將數(shù)值填入表1-9。測量時注意讀數(shù)應(yīng)乘以倍率。

③ 若測量時指針偏角太大或太小，應(yīng)換擋后再測。換擋后應(yīng)再次調(diào)零才能使用。

④ 相互檢查。10只電阻中你測量正確的有幾只？將測量值和標(biāo)稱值相比較了解各電阻的誤差。

（3）測量結(jié)束后，應(yīng)拔出表筆，將選擇開關(guān)置于交流電壓最大擋位，收好萬用表。

任務(wù)五 歐姆定律的應(yīng)用

基本知識

一、部分電路歐姆定律

大量實(shí)驗(yàn)表明，在一段不包括電源的電路中，通過導(dǎo)體的電流，與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比。這個結(jié)論是物理學(xué)中一個十分重要的定律，是德國物理學(xué)家歐姆首先在19世紀(jì)初期用實(shí)驗(yàn)的方法研究得出的，叫做部分電路歐姆定律。它揭示了一段電路中電阻、電壓、電流三者之間的關(guān)系。

如果用I表示通過導(dǎo)體的電流，U表示導(dǎo)體兩端的電壓，R表示這段導(dǎo)體兩端的電阻，那么部分電路歐姆定律可以表示為

式中 電流（I）的單位是安培（A）；

電壓（U）的單位是伏特（V）；

電阻（R）的單位是歐姆（Ω）。

值得注意的是：電阻值不隨電壓、電流的變化而變化的電阻叫線性電阻，如線繞電阻，金屬膜電阻等，線性電阻的阻值只與元件本身的材料和尺寸有關(guān)系，由線性電阻組成的電路是線性電路；阻值隨電壓、電流的變化而變化的電阻，叫非線性電阻，如半導(dǎo)體二極管，含有非線性電阻的電路是非線性電路。歐姆定律只適用于線性電路。

一般把電阻兩端的電壓U和通過電阻的電流I之間的對應(yīng)關(guān)系，稱為伏安特性，表示兩者之間變化關(guān)系的曲線稱為伏安特性曲線。

通過實(shí)驗(yàn)，可以得到線性電阻和非線性電阻的伏安特性曲線，如圖1-20所示，圖中以電壓為橫軸，電流為縱軸。

例1-9 某白熾燈接在220V直流電源上，正常工作時流過的電流為445mA，求此電燈的電阻。

解：根據(jù)，有

二、全電路歐姆定律

全電路是指含有電源的電路，如圖1-21所示，圖中虛線框內(nèi)代表一個電源，電源的內(nèi)部一般都有電阻，這個電阻稱為電源內(nèi)阻，用r表示；事實(shí)上內(nèi)阻在電源內(nèi)部，與電源不分開，因而不單獨(dú)畫出，在電源符號邊注明電阻值就可以了。電源內(nèi)部的電路叫內(nèi)電路，電源以外 的電路叫外電路。

在開關(guān)K閉合時，負(fù)載電阻R上有電流，這是因?yàn)殡娮鑳啥擞须妷旱脑颍@個電壓由電源電動勢 E 產(chǎn)生，稱為負(fù)載電壓UR，而電源兩端的壓降稱為電源的路端電壓，此時兩者的大小相等，為U=UR=IR，在開關(guān)斷開時U=E（在數(shù)值上），在開關(guān)閉合時，UR＜E，這是為什么呢？

這是因?yàn)樵陔娏髁鬟^電源內(nèi)部時，在內(nèi)阻上產(chǎn)生了電壓降Ur，Ur=Ir。可見在電路閉合時，U與E之間的關(guān)系為

U=E-Ir

即

式中，電流、電動勢（電壓）、電阻的單位分別是安培（A）、伏特（V）和歐姆（Ω）。

也就是說，在一個閉合電路中，電流強(qiáng)度的大小與電源的電動勢成正比，與電路中內(nèi)電阻和外電阻之和成反比。這個規(guī)律稱為全電路歐姆定律。

例1-10 在圖1-21電路中，電源電動勢為6V，內(nèi)阻r = 0.2Ω，外電阻R = 9.8Ω，求電路中的電流，路端電壓和電源的內(nèi)壓降。

解：

U=E-Ir=6-0.6×0.2=5.88（V）

或

U=UR=IR=0.6×9.8=5.88（V）

Ur=Ir=0.6×0.2=0.12（V）

三、電源的外特性

由公式 U = E-Ir可知，電路的路端電壓與電源的電動勢 E、電路中的電流 I 和電源的內(nèi)阻r三個量有關(guān)系。在通常情況下，電源的電動勢和電源的內(nèi)阻都可以認(rèn)為是不變的，并且r?R，因而電路中的電流主要受R變化的影響。當(dāng)外電阻R較大時，電路中的電流I較小，路端電壓較高，此時我們稱電路的負(fù)載較輕，當(dāng)外電阻為∞時，此時電路的電流為0，路端電壓U=E，稱為空載。反之，當(dāng)外電阻R較小時，電路中的電流I較大，路端電壓較低，此時我們稱電路的負(fù)載較重，如果外電阻R為0，此時電路中的電流很大，可能損壞電源設(shè)備，過載是指電路中的電流超過了電路所允許的電流。為了防止短路事故，在電路中串接有保險絲，同時絕對不允許將一根導(dǎo)線或電流表直接接在 電源的兩端。人們把電源端電壓隨負(fù)載電流變化的關(guān)系稱為電源的外特性，繪成的曲線稱為外特性曲線，如圖1-22所示。

路端電壓的高低不僅和負(fù)載電阻有關(guān)，還與電源內(nèi)阻的大小有關(guān)，在負(fù)載電流不變的情況下，內(nèi)阻越小，路端電壓就越高；內(nèi)阻越大，路端電壓就越低。當(dāng)內(nèi)阻為零時，路端電源U的大小就恒等于電源的電動勢E，此時的電源稱為理想電源。

四、電阻元件上消耗的能量與功率

電流做功的過程就是將電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能的過程，我們在任務(wù)三中已學(xué)過電功和電功率的計算方法，結(jié)合部分電路歐姆定律的知識，我們可以推導(dǎo)出當(dāng)負(fù)載是純電阻時電功和電功率的計算方法。

已知電功的計算公式為

W =UIt

將部分電路歐姆定律代入，可得出電阻R上消耗的電功為

在國際單位制中U、I、R、t、W的單位分別是伏特（V）、安培（A）、歐姆（Ω）、秒（s）和焦耳（J）。

同理，將部分電路歐姆定律代入電功率的計算公式，可得出負(fù)載是純電阻時的功率的計算公式為

在國際單位制中，P的單位為瓦特（W）。

在這里需要特別指出的是，當(dāng)負(fù)載是純電阻電路時，上述等式才能成立，如果電路中存在電解槽、電動機(jī)等（將電能轉(zhuǎn)化為熱能以外的能量），W =UIt和P=UI 將仍然成立，而和將不再成立，因?yàn)榇藭r等式不再成立。

例1-11 一個標(biāo)有100Ω，1/8（W）的電阻，問其流過的電流和所加電壓的最大值是多少？

解：根據(jù)P=I 2R，得最大電流為

所加最高電壓為

U =IR= 0.035 ×100=3.5（V）

基本技能

電流和電功測量儀表的使用

一、電流測量儀器的使用

電流的大小可以用電流表測量，也可以用萬用表電流擋（實(shí)驗(yàn)中常用的儀表）測量。我們以萬用表為例說明電流的測量方法。

測量步驟是：

（1）選擇量程。萬用表直流電流擋，有0.05mA、0.5 mA、5 mA、50 mA、500 mA和5A六個量程。測量電流（或電壓）時要選擇好量程，如果用小量程去測量大電流，則會有燒表的危險；如果用大量程去測量小電流，那么指針偏轉(zhuǎn)太小，無法準(zhǔn)確讀數(shù)。量程的選擇應(yīng)盡量使指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的2/3左右。如果事先不清楚被測電流的大小時，應(yīng)先選擇最高量程擋，然后逐漸減小到合適的量程。

（2）測量方法。萬用表應(yīng)與被測電路串聯(lián)。電流應(yīng)該從紅表筆流進(jìn)電流表，黑表筆流出電流表。

（3）正確讀數(shù)。仔細(xì)觀察表盤，直流電流擋刻度線是第二條刻度線，用某一擋時，可用刻度線下第三行數(shù)字讀出相應(yīng)的數(shù)值，然后乘以倍率即是被測電壓值。注意讀數(shù)時，眼睛視線應(yīng)正對指針。

（4）測量結(jié)束后，應(yīng)拔出表筆，將選擇開關(guān)置于交流電壓最大擋位，收好萬用表。

二、電能的測量儀表

1.電度表（電功表）的使用

電度表是用來測量電路消耗電能多少的設(shè)備，常見的電度表如圖1-23所示。

電度表的讀數(shù)可以從電度表上直接讀出，最后一位為小數(shù)，圖1-23中兩電度表的讀數(shù)分別是0.2度和0.6度。某一段時間電路所消耗的電能，是電度表在兩個時間的讀數(shù)的差值。

2.電度表（電功表）的接線

電度表有四個接線端子，接線端子中的1、3端子接進(jìn)線，2、4端子接輸出線，如圖1-23所示。

三、技能練習(xí)

1.目的

（1）用萬用表測量電路中的電流；

（2）電度表電路的組裝。

2.器材

（1）同任務(wù)三技能練習(xí)中電壓的測量。

（2）10A電度表一個，閘刀一個，2kW左右用電器一個，導(dǎo)線若干。

3.步驟

（1）電流的測量

① 照圖1-15連接電路。

② 將穩(wěn)壓電源電壓調(diào)到10V，估算電路中的電流。

③ 將萬用表調(diào)到 電流擋，測量電流時，開關(guān)應(yīng) ，將萬用表串接到d、c兩點(diǎn)，d點(diǎn)接 表筆，c點(diǎn)接 表筆，測量值為 。

④ 將穩(wěn)壓電源調(diào)到15V，重復(fù)上述測量過程。

（2）電度表的連接

① 照圖1-24連接電路。

② 記下電度表的讀數(shù)，閉合閘刀，工作半小時左右，斷開閘刀，記下電度表的讀數(shù)，將電度表的讀數(shù)填入表格，并計算電路所消耗的電能。

四、安全用電

1.觸電 當(dāng)人體觸及帶電導(dǎo)體或接觸設(shè)備的帶電部分，就有電流流過人體，如果遭受到電的傷害，就稱為觸電。

人體觸電時，電流對人體造成的傷害可分為兩大類：一類是電流通過人體，引起內(nèi)部器官的創(chuàng)傷，叫做“電擊”；另一類是電流通過人體，引起外部器官的創(chuàng)傷，叫做“電灼傷”。

2.觸電的危害 當(dāng)人體觸電時，電流會使人體的各種生理機(jī)能失常或遭受破壞，如燒傷、呼吸困難、心臟麻痹等，嚴(yán)重時會危及生命。觸電對人的損害程度由下列幾種情況決定。

（1）通過人體電流的大小 通過人體電流的大小對人體的影響，如表1-11所示。

從上表可知，當(dāng)頻率為50～60Hz（我國日常用電為220V、50Hz，有些國家用的是110V、60Hz，也有的用240V、60Hz）交流電流大于10mA或直流電流大于50mA時，就有可能危及生命。為了使電流不至于超過上述數(shù)值，我國規(guī)定安全電壓為36V、24V及12V三種（根據(jù)場所潮濕程度而定）。

（2）電流通過人體的時間 電流作用于人體時間的長短，直接關(guān)系到人體各器官的損害程度。因此，當(dāng)發(fā)生觸電事故時，應(yīng)立即切斷電源，或使觸電者迅速安全地脫離電源。

（3）電流通過人體的途徑 電流如果沿著人的脊柱通過（即電流從手流到腳，或者流過心臟）是最危險的，所以雙手觸電危險性最大。

（4）觸電傷害程度 觸電者的健康狀況和身體狀況不同，其觸電傷害程度是不同的。如心臟病、肺結(jié)核病、神經(jīng)病和內(nèi)分泌器官病患者，觸電極其危險。

（5）人體電阻對人身觸電的影響 人體觸電時，當(dāng)接觸的電壓一定時，流過人體的電流大小就決定于人體電阻的大小。人體電阻越小，通過人體的電流就越大，也就越危險。另外，人體皮膚越濕，電阻越小，通過人體的電流就越大，給人體造成的傷害也越重。

3.人體觸電的類型 人體觸電事故多種多樣，就其形式來說可分為雙線觸電、單線觸電和跨步電壓觸電三種。

（1）雙線觸電 如果人體的不同部位同時分別接觸同一個電源的兩根導(dǎo)線（包括同時接觸兩根火線或一根火線和一根零線），即為雙線觸電。這時電流從一根導(dǎo)線經(jīng)過人體流至另一根導(dǎo)線，在電流回路中只有人體電阻，其電壓為線電壓或相電壓，如圖1-25所示。在這種情況下，觸電者即使是穿上絕緣鞋或者是站在絕緣臺上也起不了保護(hù)作用。所以，兩線觸電是最危險的。

（2）單線觸電

若電動機(jī)電器的絕緣損壞（擊穿）或絕緣性能不好（漏電）時，其外殼便會帶電，如果人體與帶電外殼接觸或接觸到帶電的一根火線，這就是單線觸電，如圖1-26所示。為了防止這種事故，電氣設(shè)備常采用保護(hù)接地和保護(hù)接零措施。

（3）跨步電壓

當(dāng)架空線路的一根帶電導(dǎo)線斷落在地上時，就在地面上以導(dǎo)線落地點(diǎn)為中心，形成了一個電勢分布區(qū)域，落地點(diǎn)與帶電導(dǎo)線的電勢相同，離落地點(diǎn)越遠(yuǎn)，電流越分散，地面電勢也越低。如果人或牲畜站在距離電線落地點(diǎn)8～10m以內(nèi)，就可能發(fā)生觸電事故，這種觸電叫做跨步電壓觸電。如圖1-27所示。

人受到跨步電壓時，電流雖然是沿著人的下身，從一支腳經(jīng)腿、胯部又到另一支腳與大地形成通路，雖然沒有經(jīng)過人體的重要器官，但是因?yàn)槿耸艿捷^高的跨步電壓作用時，雙腳會抽筋，使身體倒在地上。這不僅使作用于身體上的電流增加，而且使電流經(jīng)過人體的路徑改變，完全可能流經(jīng)人體重要器官，如從頭到手或腳。人倒地后，電流在體內(nèi)持續(xù)作用幾秒鐘就會致命。所以一個人當(dāng)發(fā)覺受到跨步電壓威脅時，應(yīng)趕快把雙腳并在一起，或盡快用一條腿跳著離開危險區(qū)。

此外，在各種形式的短路和帶負(fù)載斷開電路等情況下，人體都可能由于發(fā)生電弧而被燒傷。

4.預(yù)防觸電的保護(hù)措施 為了更好地使用電能，防止觸電事故的發(fā)生，必須加強(qiáng)安全用電常識的教育，普及安全用電知識，以便更好地掌握安全用電的方法，使用各種電氣設(shè)備時嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。預(yù)防觸電的保護(hù)措施如表1-12所示。

5.觸電的現(xiàn)場處理措施

（1）脫離電源

若發(fā)現(xiàn)有人觸電，切不可驚慌失措，應(yīng)保持頭腦冷靜，迅速有效地采取措施。可以及時撥打110，或用如圖1-28所示的安全方法，使觸電者脫離電源。

（2）現(xiàn)場急救

當(dāng)觸電者脫離電源后，如果神志清醒且皮膚又未灼傷，可將其抬至通風(fēng)的地方休息；若觸電者呼吸停止，心臟也停止跳動，在醫(yī)務(wù)人員到達(dá)之前，可采用人工呼吸和心臟擠壓的急救方法使觸電者恢復(fù)心跳，見表1-13。

五、電氣火災(zāi)的原因及其預(yù)防

（1）電器火災(zāi)的原因

① 電氣設(shè)備過熱

電氣設(shè)備工作時會發(fā)熱主要是電流的熱效應(yīng)造成的：因?yàn)樵O(shè)備的電路中存在電阻，當(dāng)電流通過電阻時就會產(chǎn)生熱量，這就是電流的熱效應(yīng)。電流的熱效應(yīng)使設(shè)備溫度升高，當(dāng)溫度過熱超過設(shè)備內(nèi)部或周圍材料的燃點(diǎn)時就可能引發(fā)火災(zāi)。

引起電氣設(shè)備過熱的主要原因，如表1-14所示。

② 電火花和電弧

在生產(chǎn)和生活中，電氣設(shè)備正常運(yùn)行或正常操作時產(chǎn)生電火花和電弧是常見的現(xiàn)象。如電動機(jī)電刷與滑環(huán)接觸處在正常運(yùn)行中就會有電火花；開關(guān)斷開電路時，會產(chǎn)生很強(qiáng)的電弧；拔掉插頭或接觸器斷開電路時有電火花發(fā)生。當(dāng)然如果電路發(fā)生短路或接地事故時產(chǎn)生的電弧更大；設(shè)備絕緣不良、電器閃爍等也都會有電火花、電弧產(chǎn)生。電火花、電弧的溫度很高，特別是電弧溫度可高達(dá)6000℃。這么高的溫度不僅能引起可燃物燃燒，還能使金屬熔化、飛濺，是非常危險的火源。

（2）電氣火災(zāi)的預(yù)防

在各類生產(chǎn)和生活場所，廣泛存在著可燃的物質(zhì)，如可燃?xì)怏w、可燃粉塵和纖維等。當(dāng)這些可燃物質(zhì)在空氣中的含量超過其危險濃度或遇到電氣設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的火花、電弧等高溫時，可燃物質(zhì)就會被引燃從而發(fā)生電氣火災(zāi)事故。電氣火災(zāi)的預(yù)防方法如下：

① 排除可燃、易爆物

保持良好通風(fēng)，使現(xiàn)場可燃、易爆的氣體、粉塵和纖維濃度降低到不至于引起火災(zāi)和爆炸的限度內(nèi)。加強(qiáng)可燃物的密封，減少和防止可燃物泄漏。

② 排除電氣火源

在設(shè)計安裝電氣裝置時，應(yīng)嚴(yán)格按照防火規(guī)程的要求來選擇、布置和安裝電氣裝置。對運(yùn)行中能產(chǎn)生火花、電弧和高溫危險的電氣設(shè)備和裝置，不應(yīng)安裝在易燃易爆的危險場所；必須在易燃易爆場所安裝的電氣設(shè)備，應(yīng)采用密封的防爆電器。

③ 電加熱設(shè)備的火災(zāi)預(yù)防

正在使用的電加熱設(shè)備必須有人看管，人離開時切斷電源。電加熱設(shè)備必須裝在陶瓷或耐火磚等耐熱、隔熱材料內(nèi)，使用時遠(yuǎn)離易燃和可燃物。電加熱設(shè)備在導(dǎo)線絕緣損壞或沒有過載電流保護(hù)時，不得使用。

④ 選擇合適的導(dǎo)線和電器

電源線的安全載流量必須滿足電器設(shè)備的容量要求；當(dāng)電氣設(shè)備增多、電功率過大時，應(yīng)及時更換原有電路中不合要求的導(dǎo)線及有關(guān)設(shè)備。

⑤ 選擇合適的保護(hù)裝置

電路中要裝設(shè)熔斷器或自動空氣開關(guān)。

⑥ 選擇絕緣性能好的導(dǎo)線

對熱能電器應(yīng)選用棉織物護(hù)套線絕緣。

⑦ 處理好電路中的連接處

電路中的連接處要連接牢固，接觸良好，避免短路。

⑧ 正確選擇產(chǎn)品的類型

必須根據(jù)使用場所的特點(diǎn)，正確選擇產(chǎn)品的類型。如在戶外應(yīng)安裝防雨式燈具，在有易燃、易爆氣體的車間、倉庫內(nèi)，應(yīng)安裝防爆燈。

⑨ 安裝時留有一定的安全距離

如日光燈線路不要緊貼在天花板或木屋頂上，應(yīng)有一定的安全距離，并且鎮(zhèn)流器上的灰塵要定期清掃，以利散熱。

⑩ 發(fā)現(xiàn)損壞及時更換

如線路老化絕緣層被破壞或燈具有損壞時應(yīng)及時更換。

（3）發(fā)生電氣火災(zāi)的處理

① 發(fā)現(xiàn)電子裝置、電氣設(shè)備、電纜等冒煙起火時，要盡快切斷電源。

② 使用沙土或?qū)Ｓ脺缁鹌鬟M(jìn)行滅火。

③ 在滅火時避免將身體或滅火工具觸及導(dǎo)線或電氣設(shè)備。

④ 若不能及時滅火，應(yīng)立即撥打119報警。

項(xiàng)目評價

一、思考與練習(xí)

1.填空題

（1）電路的工作狀態(tài)一般有三種：通路狀態(tài)、____和____。

（2）在一定溫度下，一定材料制成的電阻與它的長度成____，與它的面積成____。

（3）電荷的____形成電流，電流的方向規(guī)定為____的運(yùn)動方向；衡量電流的大小的物理量是____；電流的國際單位是____。

（4）若Uab=5V，則Uba= ，說明Uab與Uba方向 ，干電池是 電，市電是 。

（5）電功率用字母____表示，其國際單位是____；電能用字母____表示，其國際單位是____。家庭中使用的電度表測量的是____，單位是____（俗稱度）。

2.選擇題

（1）導(dǎo)線中的電流I=1.6mA，10min通過導(dǎo)體橫截面的電量為（ ）。

A.1.6×10-2C

B.0.96 C

C.0.096C

D.1.96C

（2）一根粗細(xì)均勻的導(dǎo)線，其兩端電壓為U時，通過的電流是I，若將該導(dǎo)線均勻拉長為原來的兩倍，要使電路中的電流仍為I，則導(dǎo)線兩端所加的電壓應(yīng)為（ ）。

A.U/2

B.U

C.2U

D.4U

（3）燈泡A為“6V，12W”，燈泡B為“9V，12W”，燈泡C為“12V，12W”，它們都在各自的額定電壓下工作，下面的說法正確是（ ）。

A.三個燈泡一樣亮

B.三個燈泡電阻相等

C.三個燈泡的電流相等

D.燈泡C最亮

（4）一條均勻電阻絲對折后，接到原來的電路中，在相同的時間里，電阻絲所產(chǎn)生的熱量是原來的（ ）。

A.1/2

B.1/4

C.2

D.4

（5）一個電源上分別接上2Ω和8Ω的電阻時，兩個電阻所消耗的功率相等，則電源的內(nèi)阻是（ ）。

A.1Ω

B.2Ω

C.4Ω

D.8Ω

3.簡答題

（1）“110V，500W”的電阻絲，能否用“220V，500W”的電阻絲的一半來代替，為什么？

（2）試分別說明電壓與電位、電壓與電動勢的區(qū)別與聯(lián)系。

（3）造成人體觸電的原因有哪些？

（4）如何防止觸電事故的發(fā)生？

（5）觸電后如何急救？

（6）產(chǎn)生電氣火災(zāi)的原因有哪些？

（7）如何預(yù)防電加熱設(shè)備引起的火災(zāi)？

（8）預(yù)防白熾燈引發(fā)火災(zāi)的措施有哪些？

4.計算題

（1）在某閉合電路中，電源內(nèi)阻r =0.2Ω，外電路的路端電壓為1.9V，電路中的電流為0.5A，求電源的電動勢和外電阻。

（2）電源的電動勢為4.5V，與外電阻為9Ω的負(fù)載電阻構(gòu)成閉合電路，測得電源兩端的電壓為1.8V，求電源的內(nèi)阻。

（3）一個5A的保險絲，電阻為0.01Ω，求其熔斷時兩端的電壓是多少？

（4）在一電路中，已知Va= -6V，Vb= -8V，Vc= 0，Vd= 4V，Ude= -3V，求：Uab、Ubc、Udb和Ve。

二、項(xiàng)目評價標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)目評價標(biāo)準(zhǔn)見表1-15。

三、項(xiàng)目小結(jié)

1.電路一般都是由電源、負(fù)載、連接導(dǎo)線和控制裝置（開關(guān)）四部分組成的電路有通路、斷路、短路三種工作狀態(tài)。

2.基本物理量

電學(xué)中的基本物理量，見表1-16。

3.定律及其應(yīng)用

（1）電阻定律：在溫度一定時，一定材料制成的導(dǎo)體的電阻跟它的長度成正比，跟它的橫截面積成反比，還與導(dǎo)體的材料有關(guān)系，這就是電阻定律。

（2）歐姆定律

部分電路歐姆定律：電路中的電流與電阻兩端的電壓成正比，與電阻成反比，即

全電路歐姆定律：閉合電路中的電流與電源的電動勢成正比，與電路中的總電阻成反比，即

4.技能要求

（1）通過實(shí)例了解電路的結(jié)構(gòu)與工作狀態(tài)。

（2）用驗(yàn)電筆判斷待測體是否帶電及帶電類型。

（3）電阻的識別。

（4）能用萬用表測量電阻、電壓、電位、電流。