物理电学教学讲解课件

物理电学教学讲解课件第一章电学基础概念电荷与电场电流电压电阻欧姆定律探索物质的基本电性质，了解正负电荷的相掌握电学三要素的定义、关系和测量方法学习最重要的电学基础定律及其实际应用互作用规律电荷的本质与分类电荷的基本性质电荷是物质的基本属性之一，就像质量一样不可分割在原子结构中，质子携带正电荷，电子携带负电荷，中子不带电正电荷和负电荷在数量上相等，使原子整体呈电中性电荷的最小单位是元电荷e，约为

1.602×10⁻¹⁹库仑所有电荷都是元电荷的整数倍，这体现了电荷的量子化特性电荷守恒定律电场与电场强度电场的概念电场强度的定义电场的应用电场是带电体周围存在的一种特殊物电场强度E定义为单位正电荷在电场中质，具有传递电力相互作用的功能虽某点受到的电场力，公式为E=F/q单然我们无法直接看到电场，但可以通过位是牛顿每库仑（N/C），也等效于伏它对试验电荷的作用力来感知其存在特每米（V/m）电场强度是矢量，方电场线是描述电场分布的直观工具，线向为正电荷受力方向的疏密表示场强大小电荷间的相互作用力库仑定律的表述库仑定律是电学的基础定律，描述了静止点电荷间的相互作用力定律表述为两个点电荷之间的作用力与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力沿着连接两电荷的直线方向其中k为库仑常数，约为

9.0×10⁹N·m²/C²这个公式与万有引力定律形式相似，但电力可以是引力也可以是斥力电荷作用规律•同性电荷相斥正正相斥，负负相斥•异性电荷相吸正负相吸•作用力遵循牛顿第三定律大小相等，方向相反库仑定律的发现为电学理论奠定了基础，使我们能够定量计算电荷间的相互作用，为后续电场、电势等概念的建立提供了重要支撑摩擦起电现象摩擦起电是最常见的起电方式之一，当玻璃棒与丝绸摩擦时，玻璃棒失去电子带正电，丝绸得到电子带负电这个过程完美诠释了电荷守恒定律电荷总量不变，只是重新分布摩擦前状态玻璃棒和丝绸都呈电中性，正负电荷数量相等摩擦过程电子从玻璃棒转移到丝绸上，发生电荷分离摩擦后状态玻璃棒带正电，丝绸带负电，总电荷为零电流、电压与电阻的定义电流（I）电压（U）电阻（R）电流是指单位时间内通过导体横截面的电荷电压是电路中两点间的电势差，是推动电流电阻表示导体对电流的阻碍程度，是材料固量，反映了电荷流动的强弱程度公式为流动的电动力单位是伏特（V），表示每有的电学性质单位是欧姆（Ω），电阻大I=Q/t，单位是安培（A）1安培等于每秒库仑正电荷从高电势点移到低电势点时电场小取决于材料的电阻率、长度、横截面积和通过1库仑的电荷量电流方向规定为正电力所做的功电压是电路分析的核心物理温度理解电阻概念有助于设计合适的电路荷移动的方向，与电子实际移动方向相反量，决定了电流的流向和大小元件欧姆定律详解欧姆定律的核心内容欧姆定律是电路分析的基础，由德国物理学家欧姆发现定律表述为在恒定温度下，导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比这个简单的公式揭示了电压、电流、电阻三者之间的线性关系通过这个定律，我们可以计算电路中任意一个未知量，为电路设计和故障诊断提供了重要工具实际应用举例在家用电灯电路中，220V的电压通过60W的灯泡时，根据P=UI和V=IR可以计算出•电流I=P/U=60W/220V≈

0.27A•电阻R=U/I=220V/

0.27A≈815Ω这说明普通白炽灯泡的电阻约为800欧姆，工作电流约为

0.27安培电功与电功率113600焦耳瓦特焦耳电功的基本单位，等于1牛顿·米的功电功率的基本单位，等于每秒1焦耳的功率1度电（1千瓦时）包含的能量电功的概念与计算电功率的意义电功表示电流通过导体时电场力所做的功，也就是电能转化为其他形式电功率描述电能转换的快慢，即单位时间内消耗或产生的电能公式能量的总量电功的计算公式为为日常生活中，我们用度（千瓦时）作为电功的实用单位，1度电功率的大小直接影响电器的工作效果，也是选择导线规格和保护装置=1kW·h=

3.6×10⁶J的重要依据功率越大的电器，在相同时间内消耗的电能越多第二章电路基础与分析深入学习电路的组成、分析方法和基本定律，掌握串并联电路特性，学会运用基尔霍夫定律分析复杂电路，为实际电路设计和故障排除奠定理论基础电路的组成与分类电源导线提供电能的装置，维持电路中的电压包括直连接电路各元件，提供电流通路通常由铜或流电源（电池、直流电源）和交流电源（发电铝制成，电阻很小，在理想情况下可忽略机、变压器等）负载控制元件消耗电能的元件，将电能转换为其他形式的能控制电路通断的装置，如开关、继电器等用量如电灯（光能）、电热器（热能）、电动于控制电路的工作状态机（机械能）电路按连接方式可分为串联电路和并联电路串联电路中各元件依次连接，电流只有一条路径；并联电路中各元件分别连接，电流有多条路径串联电路特性电流特性串联电路中，电流处处相等这是因为电荷守恒，流入某点的电荷必须等于流出该点的电荷，所以I₁=I₂=I₃=I总电压特性串联电路中，总电压等于各元件电压之和U总=U₁+U₂+U₃这体现了能量守恒，电源提供的总能量等于各负载消耗的能量之和并联电路特性电压特性电流特性电阻特性各支路电压相等，都等于电源电压总电流等于各支路电流之和I总总电阻的倒数等于各电阻倒数之和1/R总U₁=U₂=U₃=U总这是并联连接的基本特=I₁+I₂+I₃电流在节点处分流=1/R₁+1/R₂+1/R₃征并联电路的重要特点•各支路独立工作，一个支路断开不影响其他支路•总电阻小于任一分电阻•电流按电阻反比分配I₁:I₂:I₃=1/R₁:1/R₂:1/R₃•功率按电阻反比分配P₁:P₂:P₃=1/R₁:1/R₂:1/R₃家庭电路就是典型的并联电路，各个电器可以独立控制，互不影响基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律（KCL）基尔霍夫电压定律（KVL）对于电路中的任意节点，流入节点的电流总和等于流出节点的电流总对于电路中的任意闭合回路，沿回路一周各段电压的代数和等于零和这是电荷守恒定律在电路中的体现，数学表达为∑I入=∑I出，或这是能量守恒定律的体现，数学表达为∑U=0∑I=0应用KVL时需要选择合适的绕行方向，电压的正负号按照选定方向确KCL不仅适用于节点，也适用于任意闭合面这个定律为分析复杂电定这个定律使我们能够建立电路方程组路提供了重要工具基尔霍夫两个定律是电路分析的基础工具，结合欧姆定律，可以解决任意复杂的电阻网络问题掌握这些定律的应用方法是学好电路分析的关键电路分析实例分析步骤与方法010203标记节点和回路设定电流方向应用KCL列节点方程在电路图上清楚标记各个节点，选择独立的回为每条支路设定电流方向（可任意选择），如果对每个独立节点应用电流定律，列出电流方程组路，为后续列写方程做准备计算结果为负，说明实际方向与假设相反0405应用KVL列回路方程求解方程组对每个独立回路应用电压定律，注意电压正负号的确定联立所有方程，求解各支路电流和节点电压串联与并联电路对比比较项目串联电路并联电路连接方式各元件依次连接各元件分别连接电流关系I₁=I₂=I₃=I总I总=I₁+I₂+I₃电压关系U总=U₁+U₂+U₃U₁=U₂=U₃=U总总电阻R总=R₁+R₂+R₃1/R总=1/R₁+1/R₂+1/R₃互相影响一处断开全部停止各支路独立工作典型应用手电筒、节日彩灯家庭电路、汽车电路第三章电容与电感学习电容器和电感器的基本原理，了解它们在直流和交流电路中的不同表现，掌握电磁感应现象的基本规律，为理解更复杂的交流电路奠定基础电容的定义与工作原理电容器的基本结构电容器由两个相互绝缘的导体板（称为极板）组成，中间用绝缘介质隔开当在极板间施加电压时，极板上会积累电荷，形成电场电容器具有储存电荷和电场能量的能力电容的定义电容C定义为电容器所储存的电荷量Q与极板间电压U的比值影响电容大小的因素电容的单位是法拉（F），常用单位还有微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）1F=10⁶μF=10⁹nF=10¹²pF•极板面积S面积越大，电容越大•极板间距d距离越小，电容越大•介质的介电常数ε介电常数越大，电容越大电感的定义与磁场关系电感的基本概念电感与磁场电感的应用电感是线圈对电流变化的阻碍能力，用载流线圈周围会产生磁场，磁场强度与电感在电子电路中广泛应用，如滤波符号L表示，单位是亨利（H）当线圈电流成正比当电流变化时，磁场也随器、振荡器、变压器等在直流电路中的电流发生变化时，会在线圈中产生之变化，变化的磁场会在线圈中产生感中，电感相当于短路；在交流电路中，感应电动势，这种现象称为自感电感应电动势电感器具有储存磁场能量的电感对电流的变化产生阻碍作用，这种的大小取决于线圈的匝数、截面积、长能力，储存的能量为E=½LI²阻碍称为感抗，其大小与频率成正比度和铁芯材料电磁感应现象法拉第电磁感应定律1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象当通过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电动势这个发现揭示了磁生电的基本规律其中ε是感应电动势，Φ是磁通量，负号表示楞次定律感应电流的方向总是阻碍引起它的磁通量的变化产生感应电动势的条件•闭合回路中的磁通量发生变化•导体在磁场中做切割磁感线运动电磁感应是现代电力工业的基础，发电机、变压器、电磁炉等•磁场强度发生变化设备都是基于这一原理工作的理解电磁感应对于掌握电磁学•回路面积发生变化具有重要意义交流电与直流电直流电（DC）特性直流电的电流方向恒定不变，电压和电流的大小可能变化但方向不变典型的直流电源有电池、直流发电机、整流电源等直流电易于储存，在电子设备、电动汽车等领域应用广泛交流电（AC）特性交流电的电流方向周期性变化，我国标准交流电频率为50Hz，即每秒改变方向100次家用交流电的有效值为220V，峰值约为311V交流电易于变换电压等级，适合长距离输送两种电流的数学描述直流电I=I₀（常数）交流电i=I₀sinωt+φ，其中I₀为峰值，ω为角频率，φ为初相位交流电的有效值定义为在相同时间内产生相同焦耳热的直流电的数值，正弦交流电的有效值等于峰值除以√2电容、电感在交流电路中的作用容抗与电容的频率特性感抗与电感的频率特性在交流电路中，电容器对交流电流产生阻碍作用，这种阻碍称为容抗，电感器对交流电流的阻碍作用称为感抗，用XL表示用XC表示感抗与频率成正比频率越高，感抗越大；频率越低，感抗越小电感器对直流电相当于短路，对高频交流电阻碍很大容抗与频率成反比频率越高，容抗越小；频率越低，容抗越大电容电感在交流电路中产生90°的相位滞后，即电感两端的电压超前电流器对直流电相当于开路，对高频交流电阻碍很小90°电容在交流电路中还会产生90°的相位超前，即电容两端的电压滞后电流90°90°90°0°电容相位电感相位电阻相位电压滞后电流的相位差电压超前电流的相位差电压与电流同相位第四章电磁学基础与应用探索电场与磁场的相互关系，学习电流产生磁场的规律，了解电磁铁的工作原理和应用，掌握电磁感应在实际设备中的运用电磁场与电磁力电场产生磁场磁场产生电场变化的电场产生磁场，这是麦克斯韦理论的重要内容变化的磁场产生电场，这就是电磁感应的本质电流磁效应电磁波传播电流周围产生磁场，遵循右手定则确定方向电场和磁场相互激发，形成向外传播的电磁波右手定则的应用右手定则用于判断电流产生的磁场方向让右手拇指指向电流方向，四指弯曲的方向就是磁场的方向对于环形电流，右手拇指指向磁场方向，四指弯曲方向为电流方向这个规律不仅适用于直线电流，也适用于环形电流和螺线管掌握右手定则是理解电磁现象的重要工具电磁铁与其应用电磁铁的基本结构增强电磁铁磁场的方法电磁铁由线圈和铁芯组成当线圈通电时，铁芯被磁化成为磁铁；断电1增加电流时，磁性消失电磁铁的优点是磁性可控，磁力大小可调电流越大，产生的磁场越强2增加线圈匝数匝数越多，磁场叠加效果越显著3使用软铁芯铁芯能将磁场强度提高数百倍4改进铁芯形状U型或马蹄形铁芯效果更好电磁感应应用实例电动机原理发电机原理电铃工作过程电动机利用通电导体在磁场中受力的原理工作发电机基于电磁感应原理，当导体在磁场中做切按下按钮→电路接通→电磁铁通电→铁芯被磁化当线圈在磁场中通电时，会受到安培力作用产生割磁感线运动时，会产生感应电动势通过外力→吸引衔铁→小锤敲击铃铛→同时触点分离→电转动通过换向器改变电流方向，使线圈持续转驱动线圈在磁场中转动，将机械能转换为电能，路断开→电磁铁失磁→衔铁复位→触点重新接通动，将电能转换为机械能是电力系统的核心设备→形成循环，产生连续铃声第五章电学实验与综合复习通过实验验证理论知识，学习正确使用电学仪器，掌握实验安全规范，综合复习前面章节的核心内容，培养理论联系实际的能力常用电学实验介绍电阻测量实验电流电压测量伏安特性曲线使用万用表直接测量电阻，或用伏安法测电流表必须串联在电路中，电压表必须并联通过改变电路中的电压和电流，测量多组数量伏安法分为内接法和外接法，根据待测在待测元件两端使用前要检查表针是否归据，绘制U-I图像线性元件的伏安特性曲线电阻与电表内阻的关系选择大电阻用内接零，选择合适量程先用大量程试测，再选是直线，斜率等于电阻；非线性元件的曲线法，小电阻用外接法择合适量程是曲线实验中要注意选择合适的量程，读数时要估读数时要正视表盘，避免视差记录数据时实验中要注意保护电路元件，避免电流过大读到最小刻度的下一位要注意有效数字烧坏器件实验室仪器与安全注意事项常用电学仪器实验安全规范数字万用表电气安全注意事项可测量电压、电流、电阻等多种电学量，精度高，使用方便•实验前检查电路连接，确保无误后再通电直流电源•不要用湿手接触电器设备•电路通电时不要改动连接提供稳定的直流电压，通常可调节输出电压和限流•使用合适的电压等级，避免过载•实验结束后要关闭电源，整理器材示波器•发生故障时立即断电，寻求老师帮助显示电压波形，测量频率、周期、峰值等参数信号发生器产生各种波形的交流信号，频率和幅度可调课程总结与学习建议电路分析熟练运用欧姆定律和基尔霍夫定律分析电路电荷与电场掌握电荷守恒、库仑定律、电场强度等基本概念电容电感理解储能元件在直流和交流电路中的不同表现实验技能培养动手能力，学会正确使用电学仪器电磁现象掌握电磁感应、电磁力等电磁学基本规律学习方法建议继续学习的方向理论与实践相结合通过实验验证理论，加深理解电学是现代科技的基础，掌握了这些基本概念后，同学们可以进一步学习多做练习题掌握电路分析的基本方法和技巧•模拟电子技术和数字电子技术注重概念理解不要死记公式，要理解物理意义•电机与电力系统建立知识联系将各章节内容有机联系起来•电磁场理论•现代电子器件原理希望同学们保持对电学的兴趣，在实践中不断深化理解，为将来的学习和工作打下坚实基础！。