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1、中职电工基础教案 201 页第一章电路基础知识1.1 库仑定律一、电荷1、自然界中只有正、负电荷，电荷间作用力为“同性相斥，异性相吸”。2、电量电荷的多少叫电量，电量的单位是库仑。1 个电子电量 e=1.61019C。任何带电物体所带电量等于电子（或质子）电量或者是它们的整数倍，因此，把 1.61019C 称为基元电荷。二、库仑定律1、库伦定律的内容在真空中两个电荷间作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，这就是库仑定律。若两个点电荷 q1，q2 静止于真空中，距离为 r，则 q1 受到 q2 的作用力 F12为式中 F12、q1、q2、r 诸参
2、数单位都已确定，分别为牛（N）、库（C）、库（C）、米（m）由实验测得1k=9109 Nm2C2q2 受到 q1 的作用力 F21 与 F12 互为作用力与反作用力，它们大小相等，方向相反，统称静电力，又叫库仑力。2、注意事项：（1）、库仑定律只适用于计算两个点电荷间的相互作用力，非点电荷间的相互作用力，库仑定律不适用。（2）、应用库仑定律求点电荷间相互作用力时，不用把表示正、负电荷的“”、“”符号带入公式中，计算过程中可用绝对值计算，其结果可根据电荷的正、负确定作用力为引力或斥力以及作用力的方向。三、例题讲解，【例题 1】两个点电荷电荷量 q1?4?10?6C，q2?1.2?10?6C，在真
3、空中的距离 r?0.4m，求两个点电荷间作用力的大小及方向。解：根据库仑定律q1q24?10?6?1.2?10?69F?k2?9?10?0.27N 2r0.4 作用力的方向在两个点电荷的连线上。因为同带负电荷，所以作用力为斥力。【例题 2】两个点电荷分别带电荷量 qA 和 qB，当它们间的距 2离 r1?3m 时，相互作用力 F1?2?10?6N，当它们间的距离 r2?1m 时，相互作用力 F2 是多大？解：根据库仑定率，可列出如下两个方程F1?kqAqB（1）r12F2?kqAqB 2r2（2）由（1）/（2）得F1r12?2 F2r2则：F1r122?10?6?32F2?2?1.8?10?
4、5N 2r21IV.小结（1）电荷间相互作用规律：同性相斥，异性相吸，大小用库仑定律F?kq1q2 来计算。2r（2）电荷间作用力为一对相互作用力，遵循牛顿第三定律。（3）库仑定律适用条件：真空中静止点电荷间的相互作用力（均匀带电球体间、均匀带电球壳间也可）。341.2 电场和电场强度一、电场1、定义：存在于电荷周围空间，对电荷有作用力的特殊物质叫电场。电荷与它周围空间的电场是一个统一的整体。2、电场具有两个重要特性：A、位于电场中的任何带电体，都要受到电场力的作用。B、带电体在电场中受到电场力的作用而移动时，电场力对带电体做功，这说明电场具有能量。二、电场强度1、定义：检验电荷在电场中某一点
5、所受电场力 F 与检验电荷的电荷量 q 的比值叫做该点的电场强度，简称场强。用公式表示为E?Fq（定义式）式中F电场力，单位为牛顿，符号为 N；q电荷量，单位是库仑，符号为 C；E电场强度，单位是伏特每米，符号为 V/m。注意：（1）电场强度单位：NC（2）大小：电场中某点的场强在数值上等于单位电荷在该点受到的电场力。（3）方向：规定电场中某点场强的方向为正电荷在该点受到的电场力的方向。5场强是矢量。一般电场中不同点，场强的大小及方向不同，场强大的地方，电场强，场强小的地方，电场弱，通常我们也把场强的大小和方向叫做电场的强弱和方向。三、电力线1、定义：为了形象地描述电场中各点场强的大小和方向，
6、采用了电力线（假想曲线）图示法，在电场中画出一系列从正电荷出发到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点的切线方向都和该点的电场强度方向一致，这些曲线叫做电力线。2、几种常见电力线如图 1-3（教材）所示。3、思考：任意两条电力线都不会相交，这是为什么？答：如果相交，则交点就会有两个切线方向，而同一点场强的大小和方向是唯一的。四、例题讲解，例题：检验电荷的电荷量 q?3?10?9C，在电场中 P 点受到的电场力F=18N，求该点电场强度。若检验电荷放在 P 点，电荷量 q'?6?10?9C，检验电荷所受电场力是多少？解：根据电场强度的定义E?F189?6?10V/m?9q3?10由于电场中某点
7、场强与检验电荷无关，所以 P 点场强不变，q'所受电场力 F为6F'?Eq'?6?109?6?10?9?36N1.3 电流一、电流1、定义：电荷的定向运动叫做电流。电流是一个表示带电粒子定向运动的强弱的物理量，表征电流强弱的物理量为电流强度，它是一个矢量。2、电流强度的定义：电流强度在量值上等于通过导体横截面的电荷量 q 和通过这些电荷量所用时间 t 的比值。用公式表示为I?q（定义式）t式中q电荷量，单位是库仑，符号为C；t 时间，单位是秒，符号为 s；I 电流强度，单位是安培，符号为 A。电流的常用单位还有毫安（mA）和微安（?A）：1A?103mA?106?A二、
8、电流的方向1、方向规定正电荷定向运动的方向为电流方向。在金属导体中，电流的方向与自由电子运动方向相反；在电解液中，电流方向与正离子运动方向相同。2、参考方向事先假定一个电流方向（假想的电流方向）。用箭头在电 7路图中标明电流的参考方向，最后根据计算结果的符号判断电流真实方向。结果为正，则电流实际方向与所设参考方向一致；结果为负，则电流实际方向与所设参考方向相反。电流强度是一个标量，电流方向只表明电荷的定向运动方向。3、按照电流的大小、方向变化与时间的关系，电流可以分为以下三类：（如图 1-4 教材）所示；（1）电流的大小和方向都不随时间变化，这样的电流叫直流电流或稳恒电流，如图 1-4a 所示
9、；（2）如果电流的大小随时间变化，但方向不随时间变化的电流叫脉动电流，如图 1-4b 所示；（3）如果电流的大小和方向都时间变化，这样的电流叫交流电流，如图 1-4c 所示。三、.例题讲解例题：在 5min 时间内，通过导体横截面的电荷量为 3.6C，求电流是多少安，合多少毫安？解题点要：（1）、注意带入数值的单位必须是国际标准单位；（2）、注意电流强度单位安培、毫安、微安之间的换算关系。解：根据电流的定义式I?q3.6?0.012A?12mA t5?60 81.4 电压和电位一、电压为了衡量电场力做功能力的大小，引入电压这个物理量。1、定义：电场力把电荷由 a 移动到 b 所做的功 W，与被
10、移动电荷电荷量 q 的比值，可用下式表示：Uab?Wab（电压定义式）q（式 1-4）式中 q由 a 点移动到 b点的电荷量，单位是库仑，符号为 C；Wab电场力将 q 由 a 移动 b 所做的功，单位为焦耳，符号为 J；Uaba、b 两点间的电压，单位是伏特，符号为 V。在国际单位制中，电压的常用单位还有千伏（kV）和毫伏（mV）：1kV=103 V1V=103 mV二、电位1、定义：正电荷在电路中某点所具有的能量与电荷所带电量的比叫做该点的电位。2、参考点的选定一般选定大地或设备的外壳为参考点且规定为零电位。用+、-标在电路图中。如果计算结果电压为正值，那么 9电压的这个真实方向与参考方向
11、一致；如果计算结果电压为负，那么电压的真实方向和参考方向相反。3、电压方向的确定：如果用符号 Va 表示 a 点电位，Vb 表示 b 点电位。若选取 a 点为参考点，即 Va=0，则 Vb<0；若选取 b 点为参考点，即 Vb=0，则 Va>0。不论如何选取参考点，a 点电位永远高于 b 点电位。由此可见，电场力对正电荷做功的方向就是电位降低的方向。因此规定电压的方向有高电位指向低电位，即电位降低的方向。电压的方向可以用高电位指向低电位的箭头表示，也可以用高电位表+，低电位标-来表示。电路中电压大小的计算：在电路中 a，b 两点间的电压等于 a，b 两点间的电位之差。即Uab?Ua
12、?Ub（式 1-5）两点间的电压也叫两点间电位差。讲到电压必须说明是哪两点间的电压。三、例题讲解教课书 P11101.5 电源和电动势一、电源1、定义：电源是把其它形式的能转换成电能的装置。2、种类：干电池或蓄电池把化学能转换成电能；光电池把太阳的光能转化成电能；发电机把机械能转化成个电能等等。二、电源电动势A电源力 电源力是存在于电源内部的，能使正电荷从负极源源不断地流向正极的一种非静电性质的力。它的存在保证了正负极之间的电压不变，这样电路中才能有持续不变的电流。B电动势 在电源内部，电源力不断地把正电荷从低电位点移动到高电位点。在这个过程中，电源力要克服电场力做功，这个做功过程就是电源将其
13、它形式的能转换成电能的过程。对于不同的电源，电源力做功的性质和大小不同，为此引入电动势这个概念。电动势是用来表征电源生产电能本领大小的物理量。1、电动势定义：在电源内部，电源力把正电荷从低电位点（负极板）移动到高电位点（正极板）反抗电场力所做的功与被移动电荷的电荷量之比，叫做电源的电动势。用公式表示为：11E?W（电源电动势定义式）（式 1-6）q式中 W电源力移动正电荷所做的功，单位为焦耳，符号为 J；Q电源力移动的电荷量，单位是库仑，符号为 C；E电源电动势，单位是伏特，符号为 V。2、电源电动势的方向：电源电动势的方向规定为由电源的负极（低电位点）指向正极（高电位电）。在电源内部的电路中
14、，电源力移动正电荷形成电流，电流的方向是从负极指向正极；在电源外部电路中，电场力移动正电荷形成电流，电流方向是从电源正极流向电源负极.三、例题讲解略。（见教材1.5 例题）121.6 电阻和电阻定律一、电阻1、定义：表示物质对带电粒子定向移动存在阻碍作用的物理量称为电阻。在一般条件下，任何物质都存在分子热运动，所以任何物体都有电阻。当有电流流过时，都要消耗一定的能量。二、电阻定律1、内容在温度不变时，一定材料制成的导体的电阻跟它的长度成正比，跟它的截面积成反比。这个实验规律叫做电阻定律。2、用公式表示L SR?（式 1-7）式中电阻率，单位是欧姆米，符号为 m，L导体的长度，单位是米，符号为 m；S导体的截面积，