任务二
电路的基本元件

任务工单

知识储备

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·思政聚焦——欧姆及其伟大成就。

【资讯】

一、电阻元件

1.电阻的概念

电荷在电场力作用下做定向运动时，通常要受到阻碍作用。物体对电流的阻碍作用称为该物体的电阻，用符号 R 表示。电阻的单位是欧姆（Ω），简称为欧。

常用电阻的单位还有千欧（kΩ）和兆欧（MΩ）

1MΩ=1000kΩ=10 ⁶ Ω

电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件的总称，如电炉、白炽灯及电阻器等。

2.电导

电阻的倒数称为电导，电导是表征材料的导电能力的一个参数，用符号 G 表示。电导与电阻的关系为

G =1 /R

电导的单位是西门子（S），简称为西。

3.电阻元件的伏安关系（欧姆定律）

1827年，德国科学家欧姆总结出：施加于电阻元件上的电压与通过它的电流成正比。图2-6a所示电路中， U 、 I 为关联参考方向，其伏安关系为

称之为欧姆定律。

若电压与电流为非关联参考方向时，如图2-6b所示，其数学表达式为

U = -IR

在以后的电路分析中，如不加特别说明，均为关联参考方向。根据欧姆定律，电阻两端电压与电流的关系曲线称为伏安特性曲线。如果加在电阻两端的电压和流过电阻的电流呈线性关系，则电阻称为线性电阻，其伏安特性曲线如图2-7a所示。如果加在电阻两端的电压和流过电阻的电流不呈线性关系，则电阻称为非线性电阻，其伏安特性曲线如图2-7b所示。

4.电阻元件的识别

电阻阻值的标识方法有直标法、文字符号法、色标法和数码法。

（1）直标法

直接用数字表示电阻的阻值和误差。如图2-8所示，电阻上印有“390Ω±5%”，则表示阻值为390Ω，误差为5%。

（2）数标法

用数字和文字符号或两者有规律的组合来表示电阻的阻值。文字符号Ω、K、M前面的数字表示阻值的整数部分，文字符号后面的数字表示阻值的小数部分。例如，标有“3K6”的电阻，其阻值为3.6kΩ，该方法常见于贴片电阻或进口器件上。如图2-9所示，电阻器上的103，代表标称阻值为10×10 ³ Ω=10000Ω=10kΩ。

（3）色标法

用不同颜色的色环表示电阻的阻值和误差。常见的色环电阻有四环电阻和五环电阻，其中五环电阻属于精密电阻。

★注意事项：

读取色环电阻的阻值时应注意以下几点：

①熟记图2-10中色环对应关系。

②先找出标志误差的色环，从而排定顺序。最常见的表示电阻误差的颜色是金、银、棕，尤其是金环和银环（比如：四环电阻多以金色作为误差环，五环电阻多以棕色作为误差环）。

③当色环电阻标记不清或个人辨色能力差时，可采用万用表测量。

【 例2-2 】已知一只五色环的电阻，其色环序列为：红、黑、黑、棕、棕，请用电阻的色标法识别电阻的阻值。

解 ：五色环电阻的前三环为有效位，故依次写出颜色对应的有效值为200；然后第四环数字代表为10的倍率，棕色即10 ¹ ，电阻的阻值则为

200×10=2000=2k

最后一环代表允许偏差值，棕色表示±1%的允许偏差。所以该电阻为阻值2kΩ允许偏差为±1%的电阻。

二、实际电源的电路模型

电源的电路模型一般分为两种：电压源和电流源。

1.电压源

（1）理想电压源

输出电压不受外电路影响，只依照自己固有的随时间变化的规律变化的电源，称为理想电压源。

电路符号如图2-11所示。

理想电压源具有如下几个性质：

①它对外输出的电压 U _s 是恒定值，与流过它的电流无关，即与接入电路的方式无关。

②流过理想电压源的电流由它本身与外电路共同决定，即与它相连接的外电路有关。

（2）实际电压源

理想电压源是从实际电源中抽象出来的理想化元件，在实际中是不存在的。其端电压都随着电流变化而变化，例如当电池接上负载后，其电压就会降低，这是由于电池内部有电阻的缘故。所以可以用一个理想电压源和一个电阻串联来模拟，此模型称为实际电压源模型。

电路符号如图2-12所示。

电阻 R ₀ 叫做电源的内阻。

实际电压源的端电压为

U = U _s -IR ₀

图2-13是实际直流电压源伏安特性曲线。

2.电流源

（1）理想电流源

理想电流源也是一个二端理想元件。与电压源相反，通过理想电流源的电流与电压无关，不受外电路影响，只依照自己固有的随时间变化的规律而变化，这样的电源称为理想电流源。

电路符号如图2-14所示。

理想电流源具有如下几个性质：

①理想电流源的输出电流是常数，与它两端的电压无关，即与接入电路的方式无关。

②加在理想电流源两端的电压由它本身与外电路共同决定，即与它相连接的外电路有关。

（2）实际电流源

理想电流源是从实际电源中抽象出来的理想化元件，在实际中也是不存在的。像光电池这类实际电源，由于其内部存在损耗，接通负载后输出电流降低。这样的实际电源，可以用一个理想电流源和一个电阻并联来模拟，此模型称为实际电流源模型。

电路符号如图2-15所示。

【引导问题】

问题[2-8] 欧姆定律反映了在（　　）的一段电路中，电流与这段电路两端的电压及电阻的关系？

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问题[2-9] 欧姆定律是适用于线性电路，还是非线性电路？

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问题[2-10] 如何确定色环电阻器的第一环？

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问题[2-11] 定性画出理想电压源的伏安特性曲线。

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问题[2-12] 定性画出理想电流源的伏安特性曲线。

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问题[2-13] 定性画出实际电流源的伏安特性曲线。

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任务实施

一、任务准备

从表2-8中选出任务过程中所需要设备、元器件及工具，并查阅资料在图标下面注明参数。

二、防护措施（见表2-9）

三、任务分配（见表2-10）

四、任务步骤

1.电阻识读与测量

（1）电阻识读

1）某四色环标定的电阻4条色环如图2-16所示分别是红、黑、红、金，识读电阻填入表2-11中。

2）某五色环标定的电阻5条色环如图2-17所示分别是红、红、黑、红和红，识读电阻值填入表2-12中。

当色环电阻标记不清或个人辨色能力差时，可采用万用表测量。

（2）电阻测量

用数字万用表测量电阻时，直接按所选量程及单位读数。测量时，将量程开关拨至Ω范围内的合适量程，红表笔（正极）插入Ω/V，黑表笔（负极）插入COM孔。

注意 ：如果被测电阻超出所选量程的最大值，万用表将显示过量程“1”，这时应选择更高的量程。对大于1MΩ的电阻，要等待几秒稳定后再读数。

2.电阻元件的伏安特性

通过对电路中电压、电流的测量，分析电压、电流与电阻的关系。

（1）按照图2-18所示电路图，连接好电路。

（2）用两块万用表，分别拨在直流电压档和直流电流档。闭合开关S，观察发光二极管VL的亮度。

（3）分别读取电压、电流值，将结果填入表2-13中。

（4）改变电阻箱 R 的阻值，重新测量 R 两端电压以及电路中的电流，将结果填入表2-13中。

（5）利用欧姆定律，计算 R 的实测阻值，也填入表2-13中。

从表2-11可以看出， R 的阻值越大，其两端电压（　　），流过它的电流（　　），发光二极管越（　　）。

五、结果分析（见表2-14）

评价反馈

任务总结

请简单总结任务的完成过程及一些心得体会。

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