电工电子技术与技能程周主编第1章教案.docx

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电工电子技术与技能程周主编第1章教案

1 直流电路

【课题】

1.1 电路的基本结构

【教学目标】

描述简单电路的基本结构及电气定理图。

【教学重点】

电路的组成。

【教学难点】

电路组成中辅助设备的说明。

【一、复习】

只有构成通路，电路中才有电流。

开关是构成电路通路的重要条件。

【二、引入新课】

通过实例（如手电筒或家庭照明电路）分析，引入电路的组成。

【三、讲授新课】

1．电路：

一个基本的电流回路。

电路如图1.1所示。

图1.1 手电筒的结构与电路图

2．电路组成：

电源、负载、导线和开关。

（1）电源：

是将非电能形态的能量转换成电能的供电设备，例如，发电机、电池等。

（2）负载：

是将电能转换成非电能形态能量的用电设备，例如，电动机、照明灯等。

（3）连接导线：

传送信号、传输电能。

（4）辅助设备：

保证电路安全、可靠地工作（例如控制电路通、断的开关及保障安全用电的熔断器），而且使电路自动完成某些特定工作成为可能。

【四、小结】

1．电路定理图不考虑电气元件的实际安装位置和实际连线情况，只是把各元件按接线顺序用符号展开在平面图上，用直线将各元件连接起来。

2．电路的组成：

【五、习题】一、是非题：

1，2，3

【课题】

1.2 电路的常用基本物理量

【教学目标】

描述电路的常用基本物理量。

【教学重点】

电流、电压的方向与参考方向；电位的概念；电功率的计算。

【教学难点】

电流、电压的参考方向；电位的概念。

【教学过程】

【一、复习】

1．电子带负电，是负电荷。

失去电子的原子核带正电，是正电荷。

2．电荷间有力的作用。

同种电荷相斥，异种电荷相吸。

3．电路中电流从高电位流向低电位。

【二、引入新课】

描述电路的规律需要物理量，本节所介绍的物理量有些是物理中已经学过的，有的是新概念。

【三、讲授新课】

1.2.1 电流

1．电流：

电路中带电粒子在电源作用下有规则地移动（习惯上规定正电荷移动的方向为电流的实际方向）。

2．电流参考方向：

是预先假定的一个方向，参考方向也称为正方向，在电路中用箭头标出。

（1）图1.2（a），I=3A计算结果为正，表示电流实际方向与参考方向一致。

（2）图1.2（b），I=-3A计算结果为负，表示电流实际方向与参考方向相反。

注意：

电流的正、负只有在选择了参考方向之后才有意义。

图1.2 电流的方向

特例：

交流电的实际方向是随时间而变的。

如果某一时刻电流为正值，即表示该时刻电流的实际方向与参考方向一致；如果是负值，则表示该时刻电流的实际方向与参考方向相反。

3．电流的大小为

I=

电流的单位是安（培）（A）。

常用的电流单位还有毫安（mA）、微安（

A）等。

1A=103mA=106

A

4．电流对负载有各种不同的作用和效应，如表1.1所示。

表1.1电流的作用和效应

热效应总出现

磁效应总出现

光效应在气体和一些半导体中出现

化学效应在导电的溶液中出现

对人体生命的效应

电熨斗、电烙铁、熔断器

继电器线圈、开关装置

白炽灯、发光二极管

蓄电池的充电过程

事故、动物麻醉

1.2.2 电位与电压

1．电位：

就像空间的每一点都有一定的高度一样，电路中每一点都有一定的电位。

电位用字母V表示，不同点的电位用字母V加下标表示。

例如，VA表示A点的电位值。

计算电位要先指定一个电位的起点，称为零电位点（或参考点），该点的电位值规定为0。

原则上零电位点是可以任意指定的，而在实际应用中，对于强电的电力电气线路，以大地为参考点，用符号“

”表示；在弱电的电子电路中，一般以装置的外壳或底板为参考点，用符号“┴”表示。

2．电压：

正是由于空间高度的差异，才会引起液体从高处向低处流动，电路中电流的产生也必须有一定的电位差，在电源外部通路中，电流从高电位点流向低电位点。

电路中A、B两点的电位之差称为这两点的电压，即

电压的方向：

规定由高电位点（标“＋”）指向低电位点（标“－”）。

图1.3电压及电动势的方向

电压（电位）的单位：

国际单位制为伏（用V表示），常用的还有毫伏（mV）、微伏（μV）。

例1.1如图1.4所示，求分别以C点和A点为参考点时，A、B、C三点的电位以及UAB

图1.4例1.1附图

结论：

参考点选择不同，电位也不同，但两点之间的电压不变，即电位与参考点有关，而电压与参考点无关。

1.2.3 电动势

1．电动势的定义：

在电源内部，非静电力将正电荷从电源负极移到正极所做的功W与其电量Q之比称为电动势，用E表示，即

电动势的单位为伏[特]（V）。

2．电动势的方向规定由电源负极指向电源正极，如图1.5所示。

图1.5 电动势的方向

1.2.4 电能

1．电能：

若导体两端电压为U，通过导体横截面积的电荷量为Q，电场力所做的功就是电路所消耗的电能：

W=QU=UIt

2．电能的单位为焦[耳]（J）。

在实际应用中常以千瓦时（kW⋅h）（曾称度）作为电能的单位。

1kWh时在数值上等于功率为1kW的用电器工作1h所消耗的电能。

1度=1kW⋅h=1000W⨯3600s=3.6⨯

W⋅s=3.6⨯106J

3．电能的测量是利用电能表（俗称电度表），如图1.6所示。

图1.6 电度表及接线

1.2.5 电功率

1．电功率：

用电设备单位时间（t）里所消耗的电能（W）叫做电功率：

=UI

若是纯电阻电路：

P=UI=I2R=

[例1.2]一台25in彩电的额定功率是120W，共计工作5h，若每千瓦时的电费是0.55元，则电费是多少？

[例1.3] 一台电炉的额定电压为220V，额定电流为5A，该电炉电功率为多大？

[解] P=UI=220⨯5W=1100W=1.1kW

【四、小结】

1．电流是一种物理现象，又是一个表示带电粒子定向运动强弱的物理量（电流会使导线发热，指的是物理现象；电路中有3A的电流，是指其电流的强弱）。

2．电流的参考方向是任意假定的，在电路图中用箭头标示。

如果有了电流的参考方向又有了电流的正值或负值，才可以判定出导体中电流的真实方向。

3、电压的实际方向，习惯上规定高电位点指向低电位点。

4．电动势不仅有大小，也有方向。

它的实际方向习惯上规定由低电位点指向高电位点（经内电路）。

电动势单位与电压单位一致是“伏［特］”。

5．为了描述某点电位高低，在选定一零电位点（参考点）以后，就可以用电位概念来表征某点电位的高低了。

6．电位的值与参考点的选择有关，而电压与电位参考点的选择无关。

7．电路所消耗的电能是指在电场力的作用下，该电路两端电压使电路中电荷移动所做的功。

8．电功率数学表达式为

P=UI

P=UI=RI2=U2/R

【五、习题】

一、是非题：

4；二、选择题：

1、2、3；计算题：

1、2。

【课题】

1.3 电阻元件与欧姆定律

【教学目标】

描述欧姆定律。

【教学重点】

欧姆定律。

【教学难点】

电流和电压参考方向选择不一致情况下的欧姆定律表达式的描述。

【教学过程】

【一、复习】

1．电流的参考方向与实际方向。

2．电路的组成。

【二、引入新课】

由一般电路图可以看出，影响电路电流大小的物理量主要是电阻及电动势。

它们与电流之间的关系受什么约束呢？

这正是本节所研究的问题。

【三、讲授新课】

1.3.1 电阻

1．电阻的概念：

导体对电流的阻碍作用用电阻这一参数表示。

2．在温度不变的条件下，电阻R与导体的长度l成正比，与导体的横截面积A成反比，即

3．ρ为比例系数，称为电阻率，单位是欧米（·m）

电阻率ρ与导体的材料和温度有关。

导体的电阻率<10－6·m，绝缘体的电阻率>107·m，半导体的电阻率在10－6·m和107·m之间。

1.3.2 常用电阻元件

1．线性性电阻

（1）电阻参数标注：

①直接标注在电阻上；②色环标注。

色环表示的意义如表1.2所示。

表1.2 色标符号规定

颜  色

有效数字

乘  数

允许偏差（%）

工作电压/V

银色

10-2

±10

金色

10-1

±5

黑色

0

10-0

4

棕色

1

101

±1

6.3

红色

2

102

±2

10

橙色

3

103

16

黄色

4

104

25

绿色

5

105

±0.5

32

蓝色

6

106

±0.25

40

紫色

7

107

±0.1

50

灰色

8

108

63

白色

9

109

+50/-20

无色

±20

（2）二位有效数字色环标记：

如图1.7所示，该电阻的阻值为2700

，允许偏差±5%；

（3）三位有效数字色环标记：

如图1.8所示，该电阻的阻值为33200

，允许偏差±1%。

图1.7 两位有效数字色标示例

图1.8 三位有效数字色标示例

1.3.3 欧姆定律

1、欧姆定律

内容：

电阻元件中的电流和电阻元件两端的电压成正比，与其阻值成反比。

[例1.5]试求220V/40W的白炽灯在正常发光时的电阻和电流是多少？

2、电阻元件的电流、电压关系

电阻的电流、电压关系特性：

将电阻两端电压与流过电阻电流的关系用图形表示。

在电阻为恒定值时，电流、电压关系特性如图1.9所示。

图1.9 电阻的电流、电压特性

注意：

电阻越小，这条直线越陡。

1.3.4 线性电阻和非线性电阻

1．线性电阻：

电压、电流特性如图1.10（a）所示，电阻是常数。

2．非线性电阻：

电压、电流特性如图1.10（b）所示，电阻不是常数。

（a）（b）

图1.10 电阻的电流、电压特性

3．非线性电阻

（1）热敏电阻外形如图1.11所示。

图1.11 热敏电阻

（2）热敏电阻：

负温度系数热敏电阻，简称NTC（NegativeTemperatureCoefficient）电阻；应用于温度测量和温度调节，还可以作为补偿电阻，对具有正温度系数特性的元件（例如晶体管）进行补偿；抑制小型电动机、电容器和白炽灯在通电瞬间所出现的大电流（冲击电流）。

正温度系数热敏电阻，简称PTC（PositiveTemperatureCoefficient）电阻。

PTC电阻可用于小范围的温度测量、过热保护和延时开关。

（3）压敏电阻：

如图1.12所示。

图1.12 压敏电阻

【四、小结】

1．线性电阻元件电流、电压特性直线的斜率能反映电阻值的大小。

2．工程应用中常用电阻元件为：

3、会使用欧姆定律解题

【五、习题】

三、计算题：

2

【课题】

1.4 电阻的连接

【教学目标】

解释电阻负载的串联、并联和计算。

【教学重点】

1．等效的概念。

2．分压公式及分流公式。

【教学难点】

1．串联、并联等效电阻的计算。

2．分压公式及分流公式的灵活应用。

【教学过程】

【一、复习】

欧姆定律。

【二、引入新课】

电阻的串联和并联在物理学中已经介绍过了，在本节内容中要教给同学的是其在工程上的应用。

【三、讲授新课】

1.4.1 电阻的串联

串联形式如图1.13所示。

图1.13 负载的串联

串联时：

（1）电路中流经各负载电阻的电流I相同。

（2）各负载电阻两端电压分别为

U1=R1I，U2=R2I，U3=R3I

（3）电源总电压等于各负载电阻两端电压之和

U=U1+U2+U3

（4）串联后的等效电阻为

R=R1+R2+R3

[例1.6] 求图1.14所示电路中的总电阻、总电流、各电阻上的电压降、总电压降。

图1.14 例1.6附图

[解] 电路总电阻

R=R1+R2+R3=（2+3+7）

=12

总电流

A=20A

R1电阻上电压降

U1=IR1=20´2V=40V

R2电阻上电压降

U2=IR2=20´3V=60V

R3电阻上电压降

U3=IR3=20⨯7V=140V

总电压为各电阻上电压降之和，即

U=U1+U2+U3=（40+60+140）V=240V

[例1.7] 将一个标称值为6.3V/0.3A的指示灯与一个100

的可变电阻串联起来，接在24V的电压上（如图1.15所示），若要使指示灯两端电压达到额定值，可变电阻的阻值应调节到多大？

图1.15 例1.7附图

[解] 可变电阻在这里起分压作用，其两端电压

U1=U-U2=（24-6.3）V=17.7V

因为流过可变电阻和流过指示灯的电流相等，所以可变电阻的阻值应调节到

RP=

在串联了分压电阻以后，可以使额定电压较小的负载在较高的电源电压下工作。

选择分压电阻时，应使负载得到额定的电压和电流。

1.4.2 电阻的并联

并联形式如图1.16所示。

图1.16 负载的并联

并联时：

（1）电路中各负载端电压U与电源电压相同。

（2）各负载电阻中的电流分别为

I1=

，I2=

，I3=

（3）电源发出的总电流等于各负载电流之和

I=I1+I2+I3

（4）并联后的等效电阻为

[例1.8] 求图1.17所示电路中流过各电阻的电流及总电流。

图1.17 例题1.8附图

[解] 根据欧姆定律，各电阻电流分别为

I1=

A=30A

I2=

A=15A

I3=

A=10A

总电流

I=I1+I2+I3=（30+15+10）A=55A

总电阻

=

R≈2.2

或

R=

=

≈2.2

1.4.3 电阻的混联

1．混联电路举例

图1.18 电阻的混联

图1.19 例1.9附图

【四、小结】

1．串联是多个电阻依次连接并通过同一电流。

电阻串联有分压的作用。

2．并联是将多个电阻连接在两个公共节点之间，承受同一电压。

电阻并联有分流作用。

3．无论是串联还是并联等效电阻，都是从电路的端口对外电路等效的，其内部是不能等效的。

4．在只要求估算时，阻值相差很大的两个电阻串联，小电阻的分压作用可以忽略不计；阻值相差很大的两个电阻并联，大电阻的分流作用可以忽略不计。

【五、习题】

二、选择题：

4；三、计算题：

4。

【课题】

1.5 基尔霍夫定律

【教学目标】

描述基尔霍夫定律。

【教学重点】

基尔霍夫定律。

【教学难点】

应用基尔霍夫第二定律列独立方程式。

【教学过程】

【一、复习】

1．电位的概念。

2．全电路欧姆定律。

【二、引入新课】

基尔霍夫定律是电工基础理论中十分重要的定律，应用欧姆定律可以求解一般电路，但复杂电路的求解必须应用基尔霍夫定律（或其他求解复杂电路的的定理）。

【四、讲授新课】

1.5.1 基尔霍夫第一定律——电流定律（KCL）

1．支路：

一段不分岔的电路。

2．结点：

有三条或三条以上支路的连接点。

3．基尔霍夫第一定律：

任一瞬时电路在结点上电流的代数和为零，即

åI=0

[例1.10] 列写出图1.20电路中结点A的基尔霍夫第一定律表达式。

图1.20 具有两个结点的电路

[解] 对于结点上的电流，假设流入结点电流为正，流出结点电流为负。

那么

I1+I2+（-I3）=0

或

I1+I2=I3

可见，基尔霍夫第一定律也可描述为流入结点电流的代数和等于流出结点电流的代数和。

1.5.2 基尔霍夫第二定律——电压定律（KVL）

1．回路：

在电路中由支路组成的任一闭合路径。

注意：

图1.20所示电路中除了有回路Ⅰ和回路Ⅱ以外，沿电路外围由电动势E1、电阻R1、R3也构成一个回路。

2．基尔霍夫第二定律：

任一瞬时沿回路绕行一周，所有电动势的代数和等于所有电压降的代数和，即

åE=åU

或

åE=åRI

[例1.11] 列写出图1.20电路中回路Ⅰ的基尔霍夫第二定律表达式。

[解] 设定回路Ⅰ的绕行方向为顺时针方向，那么电动势方向与绕行方向一致时为正，相反时为负；电压降方向由电流方向决定，所以电流方向与绕行方向一致时为正，相反时为负。

E1-E2=R1I1-R2I2

或

E1+R2I2=E2+R1I1

【四、小结】

1．基尔霍夫电流定律（KCL）

åE=0反映了汇合到电路中任一结点的各支路电流间的相互制约关系。

基尔霍夫电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。

2．基尔霍夫电压定律（KVL）

åU=0反映了一个回路中各段电压间的相互制约关系。

基尔霍夫电压定律可以推广应用于开路电路。

【五、习题】

一、是非题：

5；三、计算题：

5、6。