电工基础教案

电工基础教案樊书林2014年第一章电路基础知识§1-1电流和电压教学目的：1、了解电路的基本组成和电路的基本状态；2、注意电路的基本物理量及物理意义；3、掌握电路基本物理量的数值确定；教学重点：1、电路的基本组成；2、电路的基本物理量；教学难点：电动势、电位（电势）的物理意义；教学过程及内容：（一）复习1、力的三要素（由力引申到电的性质，也需要几个量来确定）2、任何物体的移动都要经过某一路径，电也不例外。（二）新课引入：电路的基本物理量一、电路和电路图电路----电流所流过的路径1、电路的组成-----电源，用电器（负载），控制装置，导线说明各组成部分的作用，种类，符号等2、电路图----用国家（国标）统一规定的的符号来表示电路连接情况的的图叫做电路图R最简单的电路图和实物图电路的三种状态：通路：又称为闭路，电路构成闭合回路，有电流流过。开路：又称为断路，电路断开，电路中无电流流过短路：指电源未经负载而直接由导体构成闭合回路。此时电源输出电流将比允许的通路工作电流大很多倍，电路会因为短路而损耗大量能量。通常不允许短路。短接：有用的短路。二．描述电路的几个物理量1、电流：电荷的定向移动形成电流。是电流强度的简称。电流强度是描述电流强弱的物理量，是指在单位时间（一定时间）通过导体横截面的电量的多少，用I表示即I＝tQ单位：安培（A）1A=103mA=106µA电流的测量：电路中电流的大小，可用电流表（安培表）进行测量。测量时应注意几点为：对交、直流电流应分别使用交流电流表和直流电流表。电流表必须串联到电路中。直流电流表表壳接线柱上标明的“＋”、“－”记号，应和电路的极性相一致，不能接错，否则指针要反转，影响正常测量，容易损坏电流表。合理选择电流表的量程。电流的方向：电流是一个矢量，既有大小，又有方向。习惯上把正电荷移动的方向规定为电流的方向，应此，自由电子和负离子移动的方向与电流方向相反。将大小和方向都不随时间变化的电流称之为稳衡电流。简称直流；将大小和时间都随时间作相应变化的电流，称为交变电流，简称交流。itOitO电流密度：当电流在导体的截面上均匀分布时，该电流与导体横截面积的比值。J＝SI单位：A/m导线允许的电流密度随导体横截面积的不同而和同3、电压电压又称电位差，是衡量电场力作功本领大小的物理量。UAB＝WAB/Q现将一电场中的电荷Q由A点移到B点，电场力做工为WAB单位：1伏（V）=1焦耳（J）/1库伦（C）电路中电压的大小，可用电夺表（伏特表）进行测量，串联在电路中。测量时应注意几点为：对交、直流电流应分别使用交流电压表和直流电压表。电压表必须并联到电路中。直流电压表表壳接线柱上标明的“＋”、“－”记号，应和被测两点的电位相一致，即“＋”端接高电位“－”接低电位，不能接错，否则指针要反转，影响正常测量，容易损坏电流表。合理选择电流表的量程。电压与电流一样，不仅有大小，还有方向。规定电流流进端为电压的正端，电流流出端为电压的负端。电压的方向由正指向负。如图，电流有负载的a端流向b端，则a端为正，b端为负，用Uab表示+-EIUab参考正方向：任选一个方向作为参考正方向。3、电动势衡量电源转换本领大小的物理量。在电源内部，非静电力（电源力）作功，不断将正电荷由负极送到正极所作的功。E＝QW电动势方向：在电源内部由负极指向正极（电动势只存在于电源内部）4、电位物理学中的电位又称为电势。在电路中任选一点为零参考点，则某点的电位就为该点到零参考点之间的电压。一般取大地为参考点，电子线路共公点（机壳）Uab＝Ua-Ub计算电位：从该点出发，沿着任选的一条路径“走”到零电位点，该点的电位就等于“走”这条路径所经过的全部电位降（电压）的代数和。1）、若电路中没有已知的接地点，则可任选取一个零电位点。2）、标出电源和负载的极性。3）、求A点电位时，就选定一条从A点到零点的路径。可选择不同路径到达零电位点。例如图所示：负载两端的电压为Uab=Va-Vb，由于b点接地，Vb=0.所以Uab=Vaab课堂小结：一、电路及电路图二、描述电路的几个物理量1、电流2、电压3、电动势4、电位作业P231、2§1-2电阻教学目的：1、掌握导体电阻的计算公式及电阻率；2、了解导体电阻值跟温度关系；3、熟悉用万用表测导体电阻；教学重点：导体电阻的计算公式教学过程及内容：（一）复习：电路的几个基本物理量；（二）新课引入：实际中任何物体运动都会遇到阻力，在空气中称为空气阻力，在水中有水的阻力。同样，带电粒子在导体中运动也会遇到阻碍作用，我们把这种阻碍作用称之为电阻。电阻用R或者r表示，单位：欧姆（Ω）单位换算：常用单位还有千欧（KΩ）、兆欧（MΩ）1MΩ=103KΩ=106Ω注意！电阻是任何一种导体都客观存在的，它不随导体两端的电压变化而变化，即使导体两端没有电压（即没有接入电路），导体中的电阻仍然存在。实验证明：当温度一定时，导体的电阻跟导体的长度成正比，跟到提的粗细成（横截面积S）反比，并且与导体的材料性质有关。即R=ρsL式中，ρ为导体的材料性质的量，成为电阻率或者电阻系数。单位是欧米（Ω·m）。根据图1-19不同材料，电阻率是不同的。各种材料的电阻率都随温度的变化而变化。通常来说，金属的电阻率随温度增加而增加，；电解液、半导体和绝缘体相反；而有些合金，几乎不变化。热敏电阻使用万用表的注意事项；小结1、电阻的计算公式及电阻率21万用表测量电阻作业§1-3欧姆定律1.教学目的和要求:掌握电路中欧姆定律的基本概念。2.教学重点:欧姆定律在电路中的应用4.教学内容:一、部分电路欧姆定律内容：在不包含电源的电路中，流过导体的电流与这段导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。I=RU二、全电路欧姆定律电源内部的电路成为内电路，电源内部电阻称为内阻；电源外部的电路称为外电路，外电路的电阻称之为外阻。在全电路中电流强度与电源的电动势成正比，整个电路内、外电阻之和成反比。I＝rRE几个重要的公式：①在闭合电路中电源电动势等于U内与U外之和：E=U内+U外②电源端电压与电源电动势的关系为：U=E-Ir可见：当电源电动势E和内阻r一定时，电源端电压U讲随负载电流I的变化而变化，我们讲这种关系称之为外特性，起关系曲线称之为电源的外特性曲线IOU=IRU外=Ir三、电路的三种状态通路：开关SA接到位置“3”处，I＝rRE电源特性曲线.当电源电动势与内阻一定时，端电压随输出电流的增大而下降。同窗把通过大电流的负载称为大负载，反之······开路：开关接到位置“2”时，I＝0，相当于R→∞或者电路中某处导线断开，此时电路中电流为零，内阻压降为零，U=E-Ir，即电源的开路电压等于电动势短路开关SA接到位置“1”时，相当于电源两级被导线直接相连，此时I短=E/r,由于电源内阻很小，所以I极大，禁止！损坏电源AV12GBrSAR3小结：电路的欧姆定律作业：P233§1-4电功与电功率教学目的：1·了解电功2·理解电功率的意义3·负载的额定值4·负载获得最大功率的条件教学重点：1·电功率的含义2·负载获得最大功率的条件教学难点：负载获得最大功率的条件教学过程及内容：一、电功：电流所做的功称之为电功W=UIt单位：焦耳（J）1千瓦时=1度=3.6×106J二、电功率：衡量电做功快慢的物理量或者说电流在单位时间内所做的功用字母P小时，单位为瓦特（W）P=tW=UI=I2R=U2/R注意：通用情况为纯电阻电路，因为后两个式子有欧姆定律推导，而欧姆定律是针对纯电阻而言。当负载电阻一定时，由P＝UI可知，电功率与电流的平方或电压的平方成正比当流过负载的电流一定时，由P＝I2R可知电功率与电阻值成正比。当加在负载两端的电压一定时，由P＝U2/R可知，电功率与电阻值成反比。三、负载的额定值将电气设备安全工作时所允许的最大值称为额定值（额定电流、电压、功率）满载：额定功率下的工作状态轻载，超载四、焦耳－楞次定律电流通过导体使导体发热的现象，叫做电流的热效应。Q＝I2Rt四·负载获得最大功率的条件当负载电阻与电源内阻相等时，即R=r.此时，最大功率为Pmax=E2/4r五、负载的额定值1、最高容许温度电气设备连续工作时，不使设备的绝缘老化（损坏）所能承受的最高容许温度。稳定温度：电气设备连续工作时，单位时间内设备所产生的热量与发出的热量相等，温度不再升高的温度。2、额定电流：电气设备长时间连续工作，稳定温度达到最高容许温度时的电流。3、额定电压：电气设备长时间连续工作时，承受的电压。4、额定功率：电气设备安全工作时所允许的最大功率课堂小结第二章直流电路§2-1串联电路1.教学目的和要求:掌握电路中电阻的串联。2.教学重点:电阻的串联应用3.教学过程及内容:1、电阻串联的特点：⑴同一串联电路各元件通过相同电流。I＝I1＋I2+`````⑵串联电路总电压等于各串联元件上电压和。U＝U1＋U2＋…``⑶串联电路总电阻（等效）等于各串联电阻之和。R＝R1＋R2⑷各串联电阻上分配的电压与该电阻成正比。⑸各电阻消耗的电功率与该电阻成正比。举例在实际工作中，电阻串联有如下应用：用几个电阻串联以获得较大的电阻。采用几个电阻串联构成分压器，使同一电源能供给几种不同数值的电压。当负载的额定电压低于电源电压时，可串联电阻的方法将负载接入电源。限制和调节电路中电流的大小。扩大电压表的量程。例2-1（教材P27）小结：电阻串联计算§2-2并联电路1.教学目的和要求:掌握电路中电阻的并联。2.教学重点:电阻的并联应用3.教学过程及内容:一、电阻的并联电路1、并联电阻的特点：⑴各并联支路两端承受同一电压U。⑵总电流等于各并联支路电流之和。I＝I1＋I2＋…⑶并联电路等效电阻倒数等于各并联电阻倒数之和。⑷并联电路中各并联电阻上分配的电流与电导成正比。⑸各并联电阻上消耗的功率与该电阻成反比。举例在实际工作中，电阻并联有如下应用：凡是额定工作电压相同的负载都采用并联的工作方式每个负载都是独立的回路。采用几个电阻串联获得较小的电阻。扩大电流表的量程。小结：电阻并联计算§2-3混联电路一、电阻的混联一般分析计算电路步骤如下：⑴按照电阻串、并联关系逐步化简电路，求出整个电路等效电阻。⑵按照欧姆定律总电流。⑶按分流、分压关系求各支路电压和电流。举例：例2-2（教材P31）例2-3（教材P31）小结：电阻串联、并联与混联计算§2-4直流电桥教学目的：掌握直流电桥平衡条件教学重点：平衡条件教学过程及内容：一、如图所示为一个直流电桥电路我们将四个电阻称之为桥臂。其中，Rx位待测电阻。B、D间介入检流计G。调整其余三个已知电阻阻值。当G的读数位零时，称为电桥平衡。电桥平衡时B、D两点间电位相等。可得结果：R1R=R2RX说明电桥平衡条件为：电桥对臂电阻乘积相等。可用来测量未知电阻阻值。二、不平衡电桥电桥另一种用法：将RX调整至电桥平衡时，此时检流计G为零。当RX发生变化时，电桥失去平衡，根据检流计G的指示值及与RX的对应关系，可间接测知RX的变化情况。这种方式在测量和控制技术中有着广泛的应用。课堂小结：§2-5基尔霍夫定律教学目的：掌握基尔霍夫定律两条定律，并能解决简单问题教学重难点：基尔霍夫两条定律教学过程及内容：一、准备知识节点：三条后三条以上含有电路元件的电路汇聚的点支路：任意两个节点间有电路元件的电路回路：任一闭合路径。网孔：两个条件：1·回路。2·回路不可再分二、基尔霍夫第一定律（节点电流）在任一瞬间，流经某一节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和或者说：流入或流出该节点的电流代数和恒等于零ΣI进=ΣI出ΣI=0物理意义：说明电路中电流的连续性，因为电流是电荷连续运动形成的，电路中任一节点都不可能持续不断地聚积电荷。不论哪种方式，流进为正，流出为负三、基尔霍夫第二定律在任一闭合回路中，各段电路电压降的代数和恒等于零ΣU=0或者说在任意回路循环方向上，回路中电动势的代数和恒等于电阻上电压降的代数和ΣE=ΣIR关于基尔霍夫第二定律，两种方式的正负而言，电阻一致，即电流参考方向与回路循环方向一致取正，相反取负；而对于电源来说