第一章電路基礎知識
1.1 庫侖定律
一、電荷
1、自然界中只有正、負電荷，電荷間作用力為「同性相斥，異性相吸」。
2、電量
電荷的多少叫電量，電量的單位是庫侖。1個電子電量e=1.6×10－19c。
任何帶電物體所帶電量等於電子（或質子）電量或者是它們的整數倍，因此，把1.6×10－19c稱為基元電荷。
二、庫侖定律
1、庫倫定律的內容
在真空中兩個電荷間作用力跟它們的電量的乘積成正比，跟它們間的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上，這就是庫侖定律。若兩個點電荷q1，q2靜止於真空中，距離為r，則q1受到q2的作用力f12為
式中f12、q1、q2、r諸引數單位都已確定，分別為牛（n）、庫（c）、庫（c）、公尺（m）由實驗測得
k = 9×109 n·m2／c2
q2受到q1的作用力f21與f12互為作用力與反作用力，它們大小相等，方向相反，統稱靜電力，又叫庫侖力。
2、注意事項：
（1）、庫侖定律只適用於計算兩個點電荷間的相互作用力，非點電荷間的相互作用力，庫侖定律不適用。
（2）、應用庫侖定律求點電荷間相互作用力時，不用把表示正、負電荷的「＋」、「－」符號帶入公式中，計算過程中可用絕對值計算，其結果可根據電荷的正、負確定作用力為引力或斥力以及作用力的方向。
三、例題講解，
【例題1】兩個點電荷電荷量，，在真空中的距離，求兩個點電荷間作用力的大小及方向。
解：根據庫侖定律
作用力的方向在兩個點電荷的連線上。因為同帶負電荷，所以作用力為斥力。
【例題2】兩個點電荷分別帶電荷量和，當它們間的距離時，相互作用力，當它們間的距離時，相互作用力是多大？
解：根據庫侖定率，可列出如下兩個方程
1）2）
由（1）/（2）得
則iv.小結
（1）電荷間相互作用規律：同性相斥，異性相吸，大小用庫侖定律來計算。
（2）電荷間作用力為一對相互作用力，遵循牛頓第三定律。
（3）庫侖定律適用條件：真空中靜止點電荷間的相互作用力（均勻帶電球體間、均勻帶電球殼間也可）。
1.2 電場和電場強度
一、電場
1、定義：存在於電荷周圍空間，對電荷有作用力的特殊物質叫電場。
電荷與它周圍空間的電場是乙個統一的整體。
2、電場具有兩個重要特性：
a、位於電場中的任何帶電體，都要受到電場力的作用。
b、帶電體在電場中受到電場力的作用而移動時，電場力對帶電體做功，這說明電場具有能量。
二、電場強度
1、 定義：檢驗電荷在電場中某一點所受電場力f與檢驗電荷的電荷量q的比值叫做該點的電場強度，簡稱場強。用公式表示為
定義式）
式中 f—電場力，單位為牛[頓]，符號為n；
q—電荷量，單位是庫[侖]，符號為c；
e—電場強度，單位是伏[特]每公尺，符號為v/m。
注意：（1）電場強度單位：n／c
（2）大小：電場中某點的場強在數值上等於單位電荷在該點受到的電場力。
（3）方向：規定電場中某點場強的方向為正電荷在該點受到的電場力的方向。
場強是向量。一般電場中不同點，場強的大小及方向不同，場強大的地方，電場強，場強小的地方，電場弱，通常我們也把場強的大小和方向叫做電場的強弱和方向。
三、電力線
1、定義：為了形象地描述電場中各點場強的大小和方向，採用了電力線（假想曲線）圖示法，在電場中畫出一系列從正電荷出發到負電荷終止的曲線，使曲線上每一點的切線方向都和該點的電場強度方向一致，這些曲線叫做電力線。
2、幾種常見電力線如圖1-3（教材）所示。
3、思考：任意兩條電力線都不會相交，這是為什麼？
答：如果相交，則交點就會有兩個切線方向，而同一點場強的大小和方向是唯一的。
四、例題講解，
例題：檢驗電荷的電荷量，在電場中p點受到的電場力f=18n，求該點電場強度。若檢驗電荷放在p點，電荷量，檢驗電荷所受電場力是多少？
解：根據電場強度的定義
由於電場中某點場強與檢驗電荷無關，所以p點場強不變，所受電場力f』為
1.3電流
一、電流
1、定義：電荷的定向運動叫做電流。
電流是乙個表示帶電粒子定向運動的強弱的物理量，表徵電流強弱的物理量為電流強度，它是乙個向量。
2、電流強度的定義：
電流強度在量值上等於通過導體橫截面的電荷量q和通過這些電荷量所用時間t的比值。用公式表示為
定義式）
式中 q——電荷量，單位是庫[侖]，符號為c；
t ——時間，單位是秒，符號為s；
i ——電流強度，單位是安[培]，符號為a。
電流的常用單位還有毫安（ma）和微安（）：
二、電流的方向
1、方向
規定正電荷定向運動的方向為電流方向。
在金屬導體中，電流的方向與自由電子運動方向相反；在電解液中，電流方向與正離子運動方向相同。
2、參考方向
事先假定乙個電流方向（假想的電流方向）。用箭頭在電路圖中標明電流的參考方向，最後根據計算結果的符號判斷電流真實方向。結果為正，則電流實際方向與所設參考方向一致；結果為負，則電流實際方向與所設參考方向相反。
電流強度是乙個標量，電流方向只表明電荷的定向運動方向。
3、按照電流的大小、方向變化與時間的關係，電流可以分為以下三類：（如圖1-4教材）所示；
（1） 電流的大小和方向都不隨時間變化，這樣的電流叫直流電流或穩恆電流，如圖1-4a所示；
（2） 如果電流的大小隨時間變化，但方向不隨時間變化的電流叫脈動電流，如圖1-4b所示；
（3） 如果電流的大小和方向都時間變化，這樣的電流叫交流電流，如圖1-4c所示。
三、.例題講解
例題：在5min時間內，通過導體橫截面的電荷量為3.6c，求電流是多少安，合多少毫安？
解：根據電流的定義式
解題點要：
（1）、注意帶入數值的單位必須是國際標準單位；
（2）、注意電流強度單位安培、毫安、微安之間的換算關係。
1.4 電壓和電位
一、電壓
為了衡量電場力做功能力的大小，引入電壓這個物理量。
1、定義：
電場力把電荷由a移動到b所做的功w，與被移動電荷電荷量q的比值，可用下式表示：
電壓定義式） （式1-4）
式中 q——由a點移動到b點的電荷量，單位是庫[侖]，符號為c；
wab——電場力將q由a移動b所做的功，單位為焦[耳]，符號為j；
uab——a、b兩點間的電壓，單位是伏[特]，符號為v。
在國際單位制中，電壓的常用單位還有千伏（kv）和毫伏（mv）：
1kv = 103 v1v = 103 mv
二、電位
1、定義：
正電荷在電路中某點所具有的能量與電荷所帶電量的比叫做該點的電位。
2、參考點的選定
一般選定大地或裝置的外殼為參考點且規定為零電位。用「+、-」標在電路圖中。如果計算結果電壓為正值，那麼電壓的這個真實方向與參考方向一致；如果計算結果電壓為負，那麼電壓的真實方向和參考方向相反。
3、電壓方向的確定：
如果用符號va表示a點電位，vb表示b點電位。若選取a點為參考點，即va=0，則vb<0；若選取b點為參考點，即vb=0，則va>0。不論如何選取參考點，a點電位永遠高於b點電位。
由此可見，電場力對正電荷做功的方向就是電位降低的方向。因此規定電壓的方向有高電位指向低電位，即電位降低的方向。電壓的方向可以用高電位指向低電位的箭頭表示，也可以用高電位表「+」，低電位標「-」來表示。
電路中電壓大小的計算：
在電路中a，b兩點間的電壓等於a，b兩點間的電位之差。即
式1-5）
兩點間的電壓也叫兩點間電位差。講到電壓必須說明是哪兩點間的電壓。
三、例題講解
教課書p11
1.5 電源和電動勢
一、電源
1、定義：電源是把其它形式的能轉換成電能的裝置。
2、種類：乾電池或蓄電池把化學能轉換成電能；光電池把太陽的光能轉化成電能；發電機把機械能轉化成個電能等等。
二、電源電動勢
a．電源力
電源力是存在於電源內部的，能使正電荷從負極源源不斷地流向正極的一種非靜電性質的力。它的存在保證了正負極之間的電壓不變，這樣電路中才能有持續不變的電流。
b．電動勢
在電源內部，電源力不斷地把正電荷從低電位點移動到高電位點。在這個過程中，電源力要克服電場力做功，這個做功過程就是電源將其它形式的能轉換成電能的過程。對於不同的電源，電源力做功的性質和大小不同，為此引入電動勢這個概念。
電動勢是用來表徵電源生產電能本領大小的物理量。
1、電動勢定義：
在電源內部，電源力把正電荷從低電位點（負極板）移動到高電位點（正極板）反抗電場力所做的功與被移動電荷的電荷量之比，叫做電源的電動勢。用公式表示為：
（電源電動勢定義式）（式1-6）
式中 w——電源力移動正電荷所做的功，單位為焦[耳]，符號為j；
q——電源力移動的電荷量，單位是庫[侖]，符號為c；
e——電源電動勢，單位是伏[特]，符號為v。
2、電源電動勢的方向：
電源電動勢的方向規定為由電源的負極（低電位點）指向正極（高電位電）。
在電源內部的電路中，電源力移動正電荷形成電流，電流的方向是從負極指向正極；在電源外部電路中，電場力移動正電荷形成電流，電流方向是從電源正極流向電源負極.
三、例題講解
《電工基礎》教案
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