欧姆定律验证任务训练

一、任务目的

1.熟悉电压、电流和电阻三者之间的关系。

2.熟悉电压表、电流表的使用方法。

二、任务设备、仪器

任务电路板　可自制　1 块

12 V 稳压电源1 台

直流电压表　0～50 V　1 只

直流电流表　0～100 mA　1 只

电阻器　100 Ω、200 Ω、400 Ω、1 kΩ各　1 只

三、任务内容及步骤

1.按图1.6.1 接好电路。

2.当R 分别为100 Ω、200 Ω、400 Ω、1 kΩ，改变稳压电源输出电压，当其分别为0、1、2、4、6、8、10 V 时，读出电流表相应的指标数值，并记入表1.6.1 中。

图1.6.1　验证欧姆定律电路图

表1.6.1　验证欧姆定律任务表

四、任务报告

1.根据任务表1.6.1 中记录的数据描绘出电压、电流关系曲线；当R 为定值时，横坐标为电压，纵坐标为电流，绘出电流随电压变化的关系曲线，说明曲线的特征。

2.根据表格记录的数据说明电压相同时，电阻阻值与电流的关系。

3.根据表格记录的数据说明电流相同时，电阻两端电压与阻值的关系。

知识拓展

电路的三种状态

以最简单的直流电路（见图1.7.1）为例，分别讨论电源有载工作、开路与短路时的电流、电压和功率。

一、电源有载工作

1.电压和电流

如图1.7.1（a）所示，当开关S 闭合后电源与负载接通，电源处于通路，电路中有电流流过，这就是电源有载工作。运用欧姆定律可列出电路中的电流：

和负载电阻两端的电压：

并由上两式可得出：

图1.7.1　电路的三种状态

（a）通路状态；（b）短路状态；（c）开路状态

由上式可见，电源端电压小于电动势，两者之差为电流通过电源内阻所产生的电压降R0I。电流越大，则电源端电压下降得越多。表示电源端电压U 与输出电流I 之间关系的曲线，称为电源的外特性曲线，如图1.7.2 所示，其斜率与电源内电阻有关。电源内阻一般很小。当ro ≪R 时，则U≈E。说明当电流（负载）变动时，电源的端电压变动不大，即所带负载能力强。

图1.7.2　电源的外特性曲线

2.功率

电功率（简称功率）所表示的物理意义是电路元件或设备在单位时间内吸收或发出的电能。两端电压为U、通过电流为I的任意二端元件（可推广到一般二端网络）的功率大小为

或

功率的国际单位制单位为瓦特（W），常用的单位还有毫瓦（mW）、千瓦（kW），它们与W 的换算关系是：

发出或吸收功率的器件：一个电路最终的目的是电源将一定的电功率传送给负载，负载将电能转换成工作所需要的一定形式的能量。即电路中存在发出功率的元件（供能元件）和吸收功率的元件（耗能元件）。

习惯上，通常把耗能元件吸收的功率写成正数，把供能元件发出的功率写成负数，而储能元件（如理想电容、电感元件）既不吸收功率也不发出功率，即其功率P= 0。

通常所说的功率P又叫做有功功率或平均功率。

3.电能

电能是指在一定的时间内电路元件或设备吸收或发出的电能量，用符号W 表示，其国际单位制为焦耳（J），电能的计算公式为

通常电能用千瓦小时（kW · h）来表示大小，也叫做度（电）：

即功率为1 000 W 的供能或耗能元件，在1 h 的时间内所发出或消耗的电能量为1 度。

4.电气设备的额定值

为了保证电气设备和电路元件能够长期安全地正常工作，规定了额定电压、额定电流、额定功率等铭牌数据。(www.xing528.com)

额定电压——电气设备或元器件在正常工作条件下允许施加的最大电压。

额定电流——电气设备或元器件在正常工作条件下允许通过的最大电流。

额定功率——在额定电压和额定电流下消耗的功率，即允许消耗的最大功率。

额定工作状态——电气设备或元器件在额定功率下的工作状态，也称满载状态。

轻载状态——电气设备或元器件在低于额定功率的工作状态，轻载时电气设备不能得到充分利用或根本无法正常工作。

过载（超载）状态——电气设备或元器件在高于额定功率的工作状态，过载时电气设备很容易被烧坏或造成严重事故。

轻载和过载都是不正常的工作状态，一般是不允许出现的。使用时，电压、电流和功率的实际值不一定等于它们的额定值。

二、电源短路

如图1.7.1（b）所示，当电源a、b 两端的导线直接相连接，电源被短路，此时会因为输出电流过大造成电源严重过载。若没有保护措施，就会酿成不良后果，因此，要绝对避免发生短路。

电源短路时，外电路的电阻可视为零，在电流的回路中仅有很小的电源内阻ro，此时的电流很大，称为短路电流。在电源短路时，由于负载电阻为零，所以电源的端电压也为零，这时电源的电动势全部降在内阻上。

如上所述，电源短路时的特征可用下列各式表示为

三、电源开路

如图1.7.1（c）所示，电路中开关S 断开，电路被断开没有电流通过，电源则处于开路（空载）状态，又叫断路。开路时外电路的电阻对电源来说等于无穷大，因此，电路中电流为零。这时电源的端电压等于电源电动势，电源不输出电能。

如上所述，电源开路时的特征可用下列各式表示为

先导案例解决

这个实验就是制作了一个水果电池。水果电池就是说在水果里面插入化学活性不同的金属，这样由于水果里面有酸性电解质，可以形成一个原电池。水果电池的发电原理是两种金属片的电化学活性是不一样的，其中更活泼的那边的金属片能置换出水果中的酸性物质的氢离子，由于产生了正电荷，整个系统需要保持稳定（或者说是产生了电场，电场造成下列结果），所以在组成原电池的情况下，由电子从回路中保持系统的稳定，这样的话理论上来说电流大小直接和果酸浓度相关，在此情况下，如果回路的长度改变，势必造成回路的改变，所以也会造成电压的改变。将LED 的正极连接到插入苹果的铜片上，将LED 的负极连接到插入苹果的锌片上，LED 就发光了！

生产学习经验

1.计算过程中要特别注意电流和电压的参考方向与实际方向的关系；

2.注意理想电路元器件与实际元器件的区别；

3.在电路分析时，先从直流电路出发，得出一般规律，然后将这些规律和结论扩展到交流电路中去。

本章小结

BENZHANGXIAOJIE

本章介绍了电路的基本概念，内容包括以下几项。

1.电路

电路是由各种元器件（或电工设备）按一定方式连接起来的总体，为电流的流通提供了路径。电路的基本组成包括电源、负载、控制元器件和连接导线共4 个部分。电路有通路、开路、短路3 种状态。

由理想元器件构成的电路叫做实际电路的电路模型，也叫做实际电路的电路原理图，简称为电路图。

2.电流

在电场力作用下，电路中电荷沿着导体的定向运动即形成电流，其方向规定为正电荷流动的方向（或负电荷流动的反方向），其大小等于在单位时间内通过导体横截面的电量，称为电流强度（简称电流）。

电流的大小及方向都不随时间变化的称为直流电流。电流的大小及方向均随时间呈周期性变化的称为交流电流。

3.电压

电压是指电路中A、B 两点之间的电位差，其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B 点所做的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。

电压的大小及方向都不随时间变化的称为直流电压。电压的大小及方向均随时间呈周期性变化的称为交流电压。

4.电阻

（1）电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件，电阻定律为。

电阻元件的电阻值一般与温度有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1 ℃时电阻值发生变化的系数，即。

（2）电阻元件的伏安特性关系服从欧姆定律，即U=RI 或。其中，电阻R 的倒数G 叫做电导，其国际单位制为西门子（S）。

5.电功率和电能

负载电阻所消耗的功率为

6.焦耳定律

电流通过导体使导体发热，产生的热量由焦耳定律确定，公式为：Q=I2Rt。由于电阻发热等原因，各种电气设备都要规定额定值。

7.电路中各点电位的计算

在电路中选定某一点O 为电位参考点，就是规定该点的电位为零，即Vo=0。当电路中的零电位点确定后，电路中任意一点的电位等于该点与参考点之间的电位差。