电工基础教案(修改)

1第一章电路的基本知识和基本定律教学内容:1、电路的基本组成、电路的三种工作状态和额定电压电流、功率等概念2．掌握电流、电压、电功率、电能等基本概念。3．掌握电阻定律、欧姆定律、焦尔定律。重难点：欧姆定律教学进程:见下面第一节电路及电路图一、电路的基本组成电路的基本组成包括以下四个部分：(1)电源(供能元件)：为电路提供电能的设备和器件(如电池、发电机等)。(2)负载(耗能元件)：使用(消耗)电能的设备和器件(如灯泡等用电器)。(3)控制器件：控制电路工作状态的器件或设备(如开关等)。(4)联接导线：将电器设备和元器件按一定方式联接起来(如各种铜、铝电缆线等)。二．电路的状态(1)通路(闭路)：电源与负载接通，电路中有电流通过，电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。(2)开路(断路)：电路中没有电流通过，又称为空载状态。(3)短路(捷路)：电源两端的导线直接相连接，输出电流过大对电源来说属于严重过载，如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。第二、三、四、五、六节电流、电压、电位、电动势、电阻一、电流电路中电荷沿着导体的定向运动形成电流，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)，用符号I或i(t)表示，讨论一般电流时可用符号i。二、电压电压是指电路中两点A、B之间的电位差(简称为电压)，其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所作的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。三、电位在电路中选定某一点A为电位参考点，就是规定该点的电位为零，即UA=0。电位参考点的选择方法是：(1)在工程中常选大地作为电位参考点；(2)在电子线路中，常选一条特定的公共线或机壳作为电位参考点。在电路中通常用符号“⊥”标出电位参考点。2电路中某一点M的电位UM就是该点到电位参考点A的电压，也即M、A两点间的电位差，即UM=UMA四、电阻电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件，例如灯泡、电热炉等电器。电阻定律：SlR五、电动势衡量电源的电源力大小及其方向的物理量叫做电源的电动势。电动势通常用符号E或e(t)表示，E表示大小与方向都恒定的电动势(即直流电源的电动势)，e(t)表示大小和方向随时间变化的电动势，也可简记为e。电动势的国际单位制为伏特，记做V。电动势的方向规定为从电源的负极经过电源内部指向电源的正极，即与电源两端电压的方向相反。第六节欧姆定律一、部分电路欧姆定律电阻元件的伏安关系服从欧姆定律，即U=RI或I=U/R=GU二、全电路欧姆定律图中r表示电源的内部电阻，R表示电源外部联接的电阻(负载)。闭合电路欧姆定律的数学表达式为rREIrIRIE或外电路两端电压U=RI=ErI=ErRR，显然，负载电阻R值越大，其两端电压U也越大；当Rr时(相当于开路)，则U=E；当Rr时(相当于短路)，则U=0，此时一般情况下的电流(I=E/r)很大，电源容易烧毁。第七节电路中各点电位的计算计算电路中某点电位的方法是：确认电位参考点的位置；确定电路中的电流方向和各元件两端电压的正负极性；从被求点开始通过一定的路径绕到电位参考点，则该点的电位等于此路径上所有电压降的代数和：电阻元件电压降写成RI形式，当电流I的参考方向与路径绕行方向一致时，选取“”号；反之，则选取“”号。电源电动势写成E形式，当电动势的方向与路径绕行方向一致时，选取“”号；反之，则选取“”号。第八节电功与电功率一、电功率3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P=UI二、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，其国际单位制为焦尔(J)，电能的计算公式为W=P·t=UIt三、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。四、焦尔定律电流通过导体时产生的热量(焦尔热)为Q=I2Rt本章小结一、电路二、电流三、电压四、电功率与电能五、电阻作业：教材P20-234第二章直流电路教学内容:1、掌握电阻串、并联的特点2、熟悉简单直流电路的分析计算方法3、掌握复杂直流电路的分析计算方法重难点：复杂直流电路的分析计算方法教学进程：见下面第一节电阻的串联电阻串联电路的特点设总电压为U、电流为I、总功率为P。1.等效电阻:R=R1R2…Rn2.分压关系：IRURURURUnn22113.功率分配：22211IRPRPRPRPnn特例：两只电阻R1、R2串联时，等效电阻R=R1R2,则有分压公式URRRUURRRU21222111，第二节电阻的并联电阻并联电路的特点设总电流为I、电压为U、总功率为P。1.等效电导:G=G1G2…Gn即nRRRR1111212.分流关系：R1I1=R2I2=…=RnIn=RI=U3.功率分配：R1P1=R2P2=…=RnPn=RP=U2特例：两只电阻R1、R2并联时，等效电阻2121RRRRR，则有分流公式第三节电阻的混联在电阻电路中，既有电阻的串联关系又有电阻的并联关系，称为电阻混联。对混联电路的分析和计算大体上可分为以下几个步骤：1.首先整理清楚电路中电阻串、并联关系，必要时重新画出串、并联关系明确的电路图；52.利用串、并联等效电阻公式计算出电路中总的等效电阻；3.利用已知条件进行计算，确定电路的总电压与总电流；4.根据电阻分压关系和分流关系，逐步推算出各支路的电流或电压。第四节直流电桥平衡条件惠斯通电桥法可以比较准确的测量电阻，其原理如图2-22所示。R1、R2、R3、为可调电阻，并且是阻值已知的标准精密电阻。R4为被测电阻，当检流计的指针指示到零位置时，称为电桥平衡。此时，B、D两点为等电位，被测电阻为3124RRRR惠斯通电桥有多种形式，常见的是一种滑线式电桥。第五节负载获得最大功率的条件容易证明：在电源电动势E及其内阻r保持不变时，负载R获得最大功率的条件是R=r，此时负载的最大功率值为REP42max电源输出的最大功率是第六节基尔霍夫定律一、常用电路名词以图3-1所示电路为例说明常用电路名词。1.支路：电路中具有两个端钮且通过同一电流的无分支电路。如图3-1电路中的ED、AB、FC均为支路，该电路的支路数目为b=3。2.节点：电路中三条或三条以上支路的联接点。如图3-1电路的节点为A、B两点，该电路的节点数目为n=2。3.回路：电路中任一闭合的路径。如图3-1电路中的CDEFC、AFCBA、EABDE路径均为回路，该电路的回路数目为l=3。4.网孔：不含有分支的闭合回路。如图3-1电路中的AFCBA、EABDE回路均为网孔，该电路的网孔数目为m=2。二、基尔霍夫电流定律(节点电流定律)1．电流定律(KCL)内容电流定律的第一种表述：在任何时刻，电路中流入任一节点中的电流之和，恒等于从该节点流出的电流之和，即流出流入II例如图3-2中，在节点A上：I1I3=I2I4I5max22222PRErEPEM6电流定律的第二种表述：在任何时刻，电路中任一节点上的各支路电流代数和恒等于零，即0I一般可在流入节点的电流前面取“+”号，在流出节点的电流前面取“”号，反之亦可。例如图3-2中，在节点A上：I1I2+I3I4I5=0。在使用电流定律时，必须注意：(1)对于含有n个节点的电路，只能列出(n1)个独立的电流方程。(2)列节点电流方程时，只需考虑电流的参考方向，然后再带入电流的数值。为分析电路的方便，通常需要在所研究的一段电路中事先选定(即假定)电流流动的方向，叫做电流的参考方向，通常用“→”号表示。电流的实际方向可根据数值的正、负来判断，当I0时，表明电流的实际方向与所标定的参考方向一致；当I0时，则表明电流的实际方向与所标定的参考方向相反。2．KCL的应用举例(1)对于电路中任意假设的封闭面来说，电流定律仍然成立。如图3-3中，对于封闭面S来说，有I1+I2=I3。(2)对于网络(电路)之间的电流关系，仍然可由电流定律判定。如图3-4中，流入电路B中的电流必等于从该电路中流出的电流。(3)若两个网络之间只有一根导线相连，那么这根导线中一定没有电流通过。(4)若一个网络只有一根导线与地相连，那么这根导线中一定没有电流通过。三、基夫尔霍电压定律(回路电压定律)1.电压定律(KVL)内容在任何时刻，沿着电路中的任一回路绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零，即0U以图3-6电路说明基夫尔霍电压定律。沿着回路abcdea绕行方向，有Uac=Uab+Ubc=R1I1+E1，Uce=Ucd+Ude=R2I2E2，Uea=R3I3则Uac+Uce+Uea=0即R1I1+E1R2I2E2+R3I3=0上式也可写成R1I1R2I2+R3I3=E1+E2对于电阻电路来说，任何时刻，在任一闭合回路中，各段电阻上的电压降代数和等于各电源电动势的代数和，即。ERI2．利用RI=E列回路电压方程的原则(1)标出各支路电流的参考方向并选择回路绕行方向(既可沿着顺时针方向绕行，也可沿着反时针方向绕行)；7(2)电阻元件的端电压为±RI，当电流I的参考方向与回路绕行方向一致时，选取“+”号；反之，选取“”号；(3)电源电动势为E，当电源电动势的标定方向与回路绕行方向一致时，选取“+”号，反之应选取“”号。第七节支路电流法以各支路电流为未知量，应用基尔霍夫定律列出节点电流方程和回路电压方程，解出各支路电流，从而可确定各支路(或各元件)的电压及功率，这种解决电路问题的方法叫做支路电流法。对于具有b条支路、n个节点的电路，可列出(n1)个独立的电流方程和b(n1)个独立的电压方程。第八节电压源和电流源及其等效变换一、电压源通常所说的电压源一般是指理想电压源，其基本特性是其电动势(或两端电压)保持固定不变E或是一定的时间函数e(t)，但电压源输出的电流却与外电路有关。实际电压源是含有一定内阻r0的电压源。二、电流源通常所说的电流源一般是指理想电流源，其基本特性是所发出的电流固定不变(Is)或是一定的时间函数is(t)，但电流源的两端电压却与外电路有关。实际电流源是含有一定内阻rS的电流源。三、两种实际电源模型之间的等效变换实际电源可用一个理想电压源E和一个电阻r0串联的电路模型表示，其输出电压U与输出电流I之间关系为U=Er0I实际电源也可用一个理想电流源IS和一个电阻rS并联的电路模型表示，其输出电压U与输出电流I之间关系为U=rSISrSI对外电路来说，实际电压源和实际电流源是相互等效的，等效变换条件是r0=rS，E=rSIS或IS=E/r0第九节叠加定律叠加定理的内容当线性电路中有几个电源共同作用时，各支路的电流(或电压)等于各个电源分别单独作用时在该支路产生的电流(或电压)的代数和(叠加)。在使用叠加定理分析计算电路应注意以下几点:(1)叠加定理只能用于计算线性电路(即电路中的元件均为线性元件)的支路电流或电压(不能直接进行功率的叠加计算)；(2)电压源不作用时应视为短路，电流源不作用时应视为开路；(3)叠加时要注意电流或电压的参考方向，正确选取各分量的正负号。8第十节戴维南定理一、二端网络的有关概念1.二端网络：具有两个引出端与外电路相联的网络。又叫做一端口网络。2.无源二端网络：内部不含有电源的二端网络。3.有源二端网络：内部含有电源的二端网络。二、戴维宁定理任何一个线性有源二端电阻网络，对外电路来说，总可以用一个电压源E0与一个电阻r0相串联的模型来替代。电压源的电动势E0等于该二端网络的开路电压，电阻r0等于该二端网络中所有电源不作用时(即令电压源短路、电流源开路)的等效电阻(叫