电工与电子技术C授课教案.docx

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电工与电子技术C授课教案

电工与电子技术C

张丽2009年教案

72学时=（讲课）54学时+（实验）18学时

教学方式：

多媒体（包括用Powerpoint制作电子教案、用Flash制作动画来解释抽象或微观的物理现象、采用EWB软件进行仿真实验辅助教学）为主，手写板书为辅，外加必要的实物展示等多种教学方式的有机结合。

教学方法：

引入导入式、探究式和启发式等多种教学方法，调动学生的兴趣，实现与学生良好互动，使学生参与其中，提高教学效果。

学习要求：

课前预习、简要地做笔记、按时完成作业。

教材：

唐介主编.电工学（少学时）.高等教育出版社。

主要参考书：

1.秦曾煌主编.电工学（上、下）.高等教育出版社；

2.姚海彬主编.电工技术

（1）.高等教育出版社；

3.WilliamH.Hayt,Jr.JackE.KemmerlyStevenM.Durbin著，李春茂改编.EngineeringCircuitAnalysis（电路基础）.电子工业出版社；

4.王鸿明主编.电工技术与电子技术（上、下）.清华大学出版社；

5.叶淬主编.电工电子技术.电力出版社；

6.杨志忠.数字电子技术[M].北京：

高等教育出版社。

考试方式及成绩评定:

闭卷考试。

考试成绩，作业情况，出勤情况等全面考虑：

卷面考试成绩+平时综合成绩。

授课班级：

测绘2007；地质2007-1，2；资环2007；地信2007。

上课地点：

教112

上课时间：

周一上午3、4节；周二上午3、4节；周四下午5、6节。

详细教案:

第1、2学时

课题

直流电路

教学

目的

1.了解电路的作用和组成。

2.了解电路的通路、开路和短路状态；了解电源的有载、空载和短路状态。

理解额定值、负载大小和电功率平衡的概念。

重点

难点

1.电路的作用和组成。

2.电路的通路、开路和短路三种工作状态的特点。

教学方法

多媒体（为主）+板书（为辅）

授课

班级

测绘2007

地信2007

地质2007-1，2

资环2007

授课

日期

月日

月日

月日

月日

月日

月日

月日

主要教学内容

1.1　电路的作用和组成

1.电路的概念：

电流流通的路径。

2.电路的组成

电源：

将非电形态的能量转化为电能的供电设备。

负载：

将电能转化为非电形态的能量的用电设备。

连结导线：

沟通电路、输送电能。

3.电路的作用:

（1）能量的传输和转换；

（2）传递和处理电信号

1.2　电路的状态

1.通路：

电路的状态——通路；电源的状态——有载

电源产生的电功率为EI；电源输出的电功率为USI；负载取用的电功率为ULI。

2.开路：

当某部分电路与电源断开，该部分电路中没有电流，亦无能量的输送和转换，这部分电路的状态称为开路。

特点：

I＝0，U视电路而定。

3.短路：

当某部分电路的两端用电阻可以忽略不计的导线或开关连接起来，使得该部分电路中的电流全部被导线或开关所旁路，这部分电路的状态称为短路。

特点：

U＝0，I视电路而定。

（但并不是所有的短路都是有害的，比如短接保护）。

课后

小结

1.电工基础课研究的主要对象是什么

2.电路的通路、开路和短路三种工作状态的特点

第3、4学时

课题

直流电路

教学

目的

1.了解电路中的参考点的意义，掌握电位的计算。

2.理解参考方向和关联参考方向的意义。

3.了解电路模型的概念。

理解理想电阻元件的耗能特性、理想电压源的恒压特性和理想电流源的恒流特性。

重点

难点

1.参考方向和关联参考方向。

2.电路模型。

教学方法

多媒体（为主）+板书（为辅）

授课

班级

测绘2007

地信2007

地质2007-1，2

资环2007

授课

日期

月日

月日

月日

月日

月日

月日

月日

主要教学内容

1.3　电路中的参考点

将电路中的某一点选作参考点，并规定其电位为零。

电路中其它任何一点与参考点之间的电压便是该点的电位。

1.4电路中的参考方向

1.电路基本物理量的实际方向

2.电路基本物理量的参考方向

（1）参考方向

（2）参考方向的表示方法

（3）实际方向与参考方向的关系

1.5　理想电路元件

电路模型

（一）理想无源元件

1.理想电阻元件

２.理想电容元件

3．理想电感元件

（二）理想电源元件

1.理想电压源（恒压源）

２.理想电流源（恒流源）

实际电源的模型；电压源与电流源的等效变换

课后

小结

1.二点的电位与电压的关系

2.什么叫电路模型？

建立电路模型时应注意什么问题？

3.电压源与电流源的等效变换的注意事项。

第5、6学时

课题

直流电路

教学

目的

1.理解电路的基尔霍夫定律。

2.掌握用支路电流法、叠加原理和等效电源定理分析电路的方法。

重点

难点

1.电路的基尔霍夫定律。

2.用支路电流法、叠加原理和等效电源定理分析电路的方法。

教学方法

多媒体（为主）+板书（为辅）

授课

班级

测绘2007

地信2007

地质2007-1，2

资环2007

授课

日期

月日

月日

月日

月日

月日

月日

月日

主要教学内容

1.6　基尔霍夫定律

支路：

电路中的每一个分支。

一条支路流过一个电流，称为支路电流。

结点：

三条或三条以上支路的联接点。

回路：

由支路组成的闭合路径。

（一）基尔霍夫电流定律（KCL）

在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。

即:

Ｉ入=Ｉ出

或:

Ｉ=0

（二）基尔霍夫电压定律（KVL）

在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。

在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。

即：

U=0

1.7　支路电流法

支路电流法：

以支路电流为未知量、应用基尔霍夫定律（KCL、KVL）列方程组求解。

支路电流法的解题步骤:

1.在图中标出各支路电流的参考方向，对选定的回路标出回路循行方向。

2.应用KCL对结点列出（n－1）个独立的结点电流方程。

3.应用KVL对回路列出b－（n－1）个独立的回路电压方程（通常可取网孔列出）。

4.联立求解b个方程，求出各支路电流。

1.8　叠加原理

原理内容:

在含有多个电源的线性电路中，任一支路的电流和电压等于电路中各个电源分别单独作用时在该支路中产生的电流和电压的代数和。

使用要领:

1.当考虑某一电源单独作用时，应令其他电源中US＝0，IS＝0，即应将其他理想电压源短路、其他理想电流源开路。

2.最后叠加时要注意各个电源单独作用时的电流和电压分量的参考方向是否与总的电流和电压的参考方向一致，一致时前面取正号，不一致时前面取负号。

3.叠加原理只能用来分析和计算电流和电压，不能用来计算功率。

1.9　等效电源定理

（一）戴维宁定理

任何一个有源二端线性网络都可以用一个电动势为E的理想电压源和内阻R0串联的电源来等效代替

等效电源的电动势E就是有源二端网络的开路电压U0，即将负载断开后a、b两端之间的电压。

等效电源的内阻R0等于有源二端网络中所有电源均除去（理想电压源短路，理想电流源开路）后所得到的无源二端网络a、b两端之间的等效电阻。

（二）诺顿定理

任何一个有源二端线性网络都可以用一个电流为IS的理想电流源和内阻R0并联的电源来等效代替。

等效电源的电流IS就是有源二端网络的短路电流，即将a、b两端短接后其中的电流。

等效电源的内阻R0等于有源二端网络中所有电源均除去（理想电压源短路，理想电流源开路）后所得到的无源二端网络a、b两端之间的等效电阻

课后

小结

1.基尔霍夫定律内容。

2.用支路电流法、叠加原理和等效电源定理分析电路方法分析电路时过程及注意事项。

第7、8学时

课题

电路的瞬态分析

教学

目的

1.理解电路的暂态和稳态、零输入响应、零状态响应、全响应的概念，以及时间常数的物理意义。

2.储能元件的物理特性。

3.掌握换路定则及初始值的求法。

重点

难点

掌握换路定则及初始值的求法

教学方法

多媒体（为主）+板书（为辅）

授课

班级

测绘2007

地信2007

地质2007-1，2

资环2007

授课

日期

月日

月日

月日

月日

月日

月日

月日

主要教学内容

2.1暂态分析的基本概念

（一）稳态和暂态

稳态：

电路的结构和元件的参数一定时，电路的工作状态一定，电压和电流不会改变。

换路：

电路在接通、断开、改接以及参数和电源发生突变等等。

暂态（过渡状态）：

电路在过渡过程中所处的状态。

电路在换路后出现过渡过程的原因：

电路中有储能元件——电容C或电感L

（二）激励和响应

激励（输入）：

电路从电源（包括信号源）输入的信号。

响应（输出）：

电路在外部激励的作用下，或者在内部储能的作用下产生的电压和电流。

全响应=零输入响应+零状态响应

2.2储能元件和换路定律

（一）电容:

电压与电流的关系:

（二）电感:

电压与电流的关系:

（三）换路定理:

电容电压、电感电流在换路瞬间不能突变

注意：

1.换路瞬间，uC、iL不能突变。

其它电量均可能突变，变不变由计算结果决定；2.稳态值用u（∞）i（∞）表示；暂态值用u（0）i（0）表示。

课后

小结

1.储能元件的电压电路关系。

2.换路定律的内容。

第9、10学时

课题

电路的瞬态分析

教学

目的

1.理解电路的零输入响应、零状态响应、全响应的概念，以及时间常数的物理意义。

2.掌握一阶线性电路分析的三要素法。

重点

难点

RL和RC一阶线性电路分析的三要素法

教学方法

多媒体（为主）+板书（为辅）

授课

班级

测绘2007

地信2007

地质2007-1，2

资环2007

授课

日期

月日

月日

月日

月日

月日

月日

月日

主要教学内容

2.3RC电路的暂态分析

（一）RC电路的零输入响应

（二）RC电路的零状态响应

（三）RC电路的全响应

2.4RL电路的暂态分析

（一）RL电路的零输入响应

（二）RL电路的零状态响应

（三）RL电路的全响应

2.5一阶电路暂态分析的三要素法

一阶电路:

凡是含有一个储能元件或经等效简化

后含有一个储能元件的线性电路，在进行暂态分析时，所列出的微分方程都是一阶微分方程式。

三要素表达式：

三个要素：

ƒ（0）待求响应的初始值；ƒ（∞）待求响应的稳态值；τ时间常数

课后

小结

1.三要素法的表达式

2.三个要素的求法以及去求解的时候得注意事项。

第11、12学时

课题

交流电路

教学

目的

1.理解正弦交流电中频率、角频率与周期之间，瞬时值、有效值与最大值之间，相位、初相位与相位差之间的关系。

2.掌握正弦交流电的相量表示法及其运算。

重点

难点

1.正弦交流电基本物理量。

2.正弦交流电的相量表示法及其运算。

教学方法

多媒体（为主）+板书（为辅）

授课

班级

测绘2007

地信2007

地质2007-1，2

资环2007

授课

日期

月日

月日

月日

月日

月日

月日

月日

主要教学内容

3.1正弦交流电的基本概念

正弦交流电:

按正弦规律变化的交流电。

正弦交流电的三要素：

最大值角频率初相位

（一）交流电的周期、频率、角频率

周期T：

变化一周所需要的时间（s）

频率f：

1s内变化的周数（Hz）。

角频率ω：

正弦量1s内变化的弧度数。

ω=2πf

（二）交流电瞬时值、最大值、有效值

（三）交流电的相位、初相位、相位差

i=100sin（314t+30°）A；u=311sin（314t－60°）V

相位:

ωt+ψ

初相位:

ψi=30°,ψu=－60°

相位差:

同频率的正弦电量的初相位之差。

=ψu－ψi=－60O－30°=－90°

3.2正弦交流电的相量表示法

正弦交流电可以用一个复平面中处于起始位置的固定矢量表示

复数的表示方法和计算方法：

1.复数的表示方法

2.复数的运算方法

复数的运算：

加、减、乘、除法。

课后

小结

1.正弦交流电基本物理量以及相关物理量之间的关系。

2.正弦交流电的相量表示法。

第13、14学时

课题

交流电路

教学

目的

1.理解R、L、C在交流电路中的作用；

2.掌握串联交流电路中的阻抗、阻抗模和阻抗角的计算；理解串联交流电路中电压与电流的相量关系、有效关系和相位关系；

重点

难点

1.R、L、C在交流电路中向量形式的欧姆定律；

2.串联交流电路中的阻抗、阻抗模和阻抗角；串联交流电路中电压与电流的相量关系、有效关系和相位关系；

教学方法

多媒体（为主）+板书（为辅）

授课

班级

测绘2007

地信2007

地质2007-1，2

资环2007

授课

日期

月日

月日

月日

月日

月日

月日

月日

主要教学内容

3.3单一参数交流电路

（一）纯电阻电路

（二）纯电感电路

（三）纯电容电路

3.4串联交流电路

（一）R、L、C串联电路

复数阻抗:

Z=R+j（XL－XC）=R+jX=√R2+X2∠arctan（X/R）

阻抗:

│Z│=√R2+X2=U/I

阻抗角:

=arctan（X/R）=ψu－ψi

阻抗三角形；电压三角形

感性电路：

0°＜＜90°

容性电路：

－90°＜＜0°

（二）阻抗串联电路

Z=Z1+Z2=（R1+R2）+j（X1+X2）Z=∑Zi

课后

小结

1.R、L、C在交流电路中向量形式的欧姆定律；

2.串联交流电路中的阻抗、阻抗模和阻抗角；串联交流电路中电压与电流的相量关系、有效关系和相位关系；

第15、16学时

课题

交流电路

教学

目的

1.掌握串联、并联和简单混联电路的计算方法；

2.理解有功功率、无功功率和视在功率的定义并掌握其

计算方法；无功功率的补偿7.电路发生谐振时的特点。

重点

难点

1.有功功率、无功功率和视在功率的定义及其计算方法以及无功功率的补偿。

2.电路的谐振。

教学方法

多媒体（为主）+板书（为辅）

授课

班级

测绘2007

地信2007

地质2007-1，2

资环2007

授课

日期

月日

月日

月日

月日

月日

月日

月日

主要教学内容

3.5并联交流电路：

Z=Z1∥Z2其中：

Z1=R1+jXLZ2=R2－jXC

3.6交流电路的功率

（一）瞬时功率：

i=Imsinωtu=Umsin（ωt+）

p=ui=UmImsin（ωt+）sinωt=UIcos+UIcos（2ωt+）

（二）有功功率：

P=UIcosIP=Icos称为电流的有功分量

（三）无功功率：

Q=UIsinIQ=UIsinIQ——I的无功分量

（四）视在功率：

S=UI（V·A）=√P2+Q2P=ScosQ=Ssin=Ptan

功功率守恒；无功功率守恒；视在功率不守恒。

3.7电路的功率因数

（一）功率因数。

（二）功率因数和电路参数的关系。

功率因数由负载性质决定。

与电路的参数和频率有关，与电路的电压、电流无关。

（三）功率因数是高好还是低好？

（四）功率因数低有什么害处？

（五）造成功率因数低的原因

（六）提高功率因数的办法：

并补偿电容

3.8电路中的谐振

什么叫谐振？

在既有电容又有电感的电路中，当电源的频率和电路的参数符合一定的条件时，电路总电压与总电流的相位相同，整个电路呈电阻性。

（一）串联谐振：

1.谐振的条件及谐振频率；2.串联谐振的特点：

（二）并联谐振：

1.谐振的条件；2.并联谐振电路的特点：

课后

小结

1.有功功率、无功功率和视在功率的物理意义及其计算方法以及无功功率的补偿时电容的计算。

2.电路的谐振：

串联谐振和并联谐振。

第17、18学时

课题

供电与用电

教学

目的

1.掌握三相电源和三相负载的联结方式。

理解并掌握对称三相电路中的电压、电流和功率的计算。

2.了解三相四线制供电系统中中性线的作用。

3.了解电力系统的组成；

重点

难点

1.对称三相电路中的电压、电流和功率的计算。

2.三相四线制供电系统中中性线的作用。

教学方法

多媒体（为主）+板书（为辅）

授课

班级

测绘2007

地信2007

地质2007-1，2

资环2007

授课

日期

月日

月日

月日

月日

月日

月日

月日

主要教学内容

4.1三相电源

三相交流电的产生（同步发电机）:

表达式:

e1=Emsinωte2=Emsin（ωt–120o）e3=Emsin（ωt–240o）

相序：

三相电动势由超前相到滞后相的顺序。

（一）三相电源的星形联结

1.相电压与线电压的关系

结论:

（1）相电压对称:

Up=U1=U2=U3线电压也对称:

Ul=U12=U23=U31

（2）U12=√3U1（大小关系）U12超前U130o（相位关系）

推出一般结论:

Ul=√3UpUl超前于与之对应的Up30o

2.相电流与线电流的关系：

⑴相电流和线电流都是对称的。

⑵Ip=Il并且相位相同。

（二）三相电源的三角形联结

1.相电压与线电压的关系：

结论:

相电压对称和线电压都对称。

Up=Ul且相位相同。

2.相电流与线电流的关系：

结论：

相电流和线电流对称。

Il=√3IpIl滞后于与之对应的Ip30o

4.2三相负载

（一）三相负载的星形联结

1.线电压与相电压的关系。

结论:

负载的线电压和相电压都对称。

Ul=√3UpUl超前于与之对应的Up300

当负载对称时:

Z1=Z2=Z3

三相对称电源+三相对称负载=三相对称电路

2.相电流与线电流的关系

结论:

若负载对称,相电流和线电流就对称。

Ip=Il相位相同。

（二）三相负载的三角形联结

1.相电压与线电压的关系

结论：

⑴相电压对称、线电压也对称。

⑵Up=Ul

2.相电流与线电流的关系

结论：

⑴若负载对称，相电流和线电流对称Il=3Ip，Il滞后于与之对应的Ip30o。

⑵若负载不对称,由于电源电压对称,故负载的相电压对称,但相电流和线电流不对称。

4.3三相电路的功率

4.4电力系统

电力传输过程：

电力网额定电压等级为:

3kV、6kV、10kV、110kV、220kV、330kV、500kV

低压供电系统的连接方式：

1.放射式：

2.树干式：

课后

小结

1.三相电源和三相负载的联结方式。

对称三相电路中的电压、电流和功率的计算。

2.三相四线制供电系统中中性线的作用

第19、20学时

课题

供电与用电

教学

目的

1.了解触电的种类和安全用电的重要性。

2.了解接地和接零保护的作用和使用条件。

3.了解静电保护和电器防火防爆的常识。

重点

难点

1.触电的种类和安全用电的重要性。

2.接地和接零保护的作用和使用条件。

教学方法

多媒体（为主）+板书（为辅）

授课

班级

测绘2007

地信2007

地质2007-1，2

资环2007

授课

日期

月日

月日

月日

月日

月日

月日

月日

主要教学内容

4.5触电事故

触电：

指人体接触带电体时，电流流经人体造成的伤害。

触电事故又分为：

直接接触触电和间接接触触电。

1.直接触电

2.间接触电：

是指人体接触到正常情况下不带电,仅在事故下才带电的部分而发生的触电事故。

⑴电击:

电流通过人体内部,影响呼吸系统、心脏和神经系统，造成人体内部组织的破坏乃至死亡。

⑵电伤：

电流的热效应、化学效应、机械效应等对人体表面或外部造成的局部伤害。

4.6触电防护

（一）安全电压：

常规环境下：

交流电压为50V；直流电压为120V

我国规定的工频安全电压额定值分别为：

42V、36V、24V、12V和6V。

（二）保护接地和保护接零

1.接地:

⑴工作接地:

为保证电力设备和设备达到正常工作要求而进行的接地。

如电源中性点接地,防雷装置接地等。

⑵保护接地:

为保证人身安全,防止间接触电,而将设备的外壳可导电金属部分接地。

2.保护接地和保护接零

⑴IT系统:

电源中性点不接地的三相三线制供电系统,电器设备的金属外壳接地。

也称为保护接地

⑵TN系统：

电源中性点接地的三相四线制供电系统电器设备的金属外壳与零线相连。

也称为保护接零。

⑶TT系统：

电源中性点接地的三相四线制供电系统电器设备的金属外壳与地线相连。

也称为保护接地。

（三）漏电开关

4.7静电防护

（一）静电的形成

（二）静电防护方法:

1.限制静电的产生;

2.防止静电的积累;

3.控制危险的环境

4.8电气防火和防爆

主要原因:

1.电气设备使用不当；

2.电气设备发生故障。

预防措施：

1.合理选用电气设备—防爆电器；

2.保持电气设备正常运行；

3.保持必要的安全距离；

4.保持良好的通风；

5.装备可靠的基地装置；

6.采取完美的组织措施。

课后

小结

1.了解触电的种类和安全用电的重要性。

2.了解接地和接零保护的作用和使用条件。

3.了解静电