模块一 直流电路的测试与分析.docx
《模块一 直流电路的测试与分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模块一 直流电路的测试与分析.docx（53页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
模块一直流电路的测试与分析
咸阳职业技术学院课堂授课计划
课题
模块一直流电路的测试与分析
第一节电路的基本概念第二节电路的主要物理量
讲授班级
高职电机与电器0901
计划课时
2
授课时间
2010年3月
教
学
目
的
要
求
1、掌握电路的组成和各部分的作用；
2、了解理想电路元件和掌握电路中的图形符号；
3、初步理解电路图；
4、理解液压与气动的应用；
5、掌握电路的主要物理量。
能力培
养目标
对电路形成总体认识。
重点难点
重点：
电路的组成和主要物理量
难点：
理想电路元件和出参考方向
教学方法
多媒体+演示；结合实例课堂讲解；小组讨论；实训室参观
课堂提问
手电筒电路的组成？
作业及
思考题
习题
调查报告：
电工技术在生产和生活中的应用。
参考书
及教具
参考书：
《电工技术》秦增煌主编、高等教育出版社
网络精品课程
教具：
多媒体、模型、挂图
教师（签名）：
李锁牢教研室审批：
年月日
模块一 直流电路的测试与分析
【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 电路的基本结构
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；二、选择题：
1。
【课题】
1.2 电路的主要物理量
【教学目标】
描述电路的主要物理量。
【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
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 电压与电动势
1．电压：
可以通过电荷的分离产生，如图1.3所示。
要把不同极性的电荷分离开，就必须对电荷做功。
在电荷分离过程中，这两种不同极性的电荷之间便产生了电压。
电压为零低电压高电压
图1.3 电压是分离电荷的结果
2．非静电力在电源内部搬运（分离）电荷，且分离电荷后产生的电压越高，对电荷所做的功也越大。
例如：
（1）图1.4是通过感应来产生电压。
将条形磁铁插入线圈再从线圈中拔出，电压表的指针摆动，这是利用磁来产生电压，称为电磁感应。
图1.4 通过电磁感应产生电压
（2）图1.5是通过热来产生电压。
将一段铜丝和一段康铜丝绞合或焊接起来，将另外的导线端接在一个电压表上，并在两段导线的连接处加热，这两段导线的另外两端会产生电压。
图1.5 通过热来产生电压
（3）图1.6所示为通过光来产生电压。
将一光敏器件接在电压表上，用光源来照射该光敏器件，光敏器件的两端就会产生电压。
图1.6 通过光来产生电压
（4）图1.7所示为通过晶体的形变产生电压（压电效应）。
将压电晶体与高内阻的电压表相连接，并在其表面施加压力，当压力增大和减小时，电压表显示出电压。
图1.7 通过压力产生电压
（5）通过对绝缘材料摩擦也可以产生电压，摩擦起电的现象就是通过摩擦将电荷分离转移，从而形成电压。
这种方式产生的电称为静电。
综上所述，电压产生的过程是非静电力搬运（分离）电荷做功过程，非静电力做的功越大，电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大。
3．电源电动势（电动势）：
它表征非静电力在电源内部搬运电荷所做的功与被移送电荷量的比值。
4．电动势的大小为
电动势的单位为伏[特]（V）。
5．电动势的方向规定由电源负极指向电源正极，如图1.8所示。
图1.8 电动势的方向
图1.8所示电路中，非静电力将电荷分离搬运到电源两端，当外电路闭合时，电荷会经外电路移动而形成外电路电流I。
6．电压表征静电力在电源外部搬运电荷所做的功（W）与被移送电荷量（Q）的比值。
即
电压的单位和电动势的单位一样也是伏[特]（V）。
7．电压的方向规定由电源正极（高电位端）指向电源负极（低电位端）。
1.2.3 电位
1．什么是电位？
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。
2．电位有什么作用？
由于空间高度的差异，才会引起液体从高向低流动。
电路中电流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。
3．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。
4．零电位点：
衡量电位高低的一个计算电位的起点，该点的电位值规定为0V。
习惯上常规定大地的电位为零，称为参考点。
5．电路中零电位点规定之后，电路中任何一点与零电位之间的电压，就是该点的电位。
反之各点电位已知后，就能求出任意两点（A、B）间的电压。
例如，VA=5V，VB=3V，那么A、B之间的电压为
UAB=VA-VB=（5-3）V=2V
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（kWh）（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=1kWh=1000W3600s=3.6
Ws=3.6106J
3．电能的测量是利用电能表（俗称电度表），如图1.9所示。
图1.9 电度表及接线
[例1.1] 一台25in.彩电额定功率是120W，每千瓦时电的电费为0.45元，共计工作5小时，电费为多少？
[解] 电费=千瓦数用电小时数每千瓦时费用
=0.1250.45元=0.27元
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=
2．电功率是利用功率表进行测量的，其测量线路如图1.10所示。
图1.10 功率表测功率
功率表测电压的线圈（1、2）并联在电路上，测量电流的线圈（3、4）串联在电路上。
[例1.2] 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=2205W=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．电压产生的本质是不同极性的电荷分离，而产生电压的方式有多种，它们是：
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．电能测量可使用电能表，电能表接线按“相线1进2出，零线3进4出”的原则。
9．电功率数学表达式为
P=UI
P=UI=RI2=U2/R
【五、习题】
一、是非题：
4，11。
咸阳职业技术学院课堂授课计划
课题
模块一直流电路的测试与分析
第三节欧姆定律——第四节电阻元件
讲授班级
高职电机与电器0901
计划课时
2
授课时间
2010年3月
教
学
目
的
要
求
1、掌握一段电路和闭合电路欧姆定律；
2、掌握电阻元件的电压与电流关系，电阻定律；
3、了解电阻元件的标注；
4、了解电阻与温度的关系；
5、理解导体、半导体和绝缘体。
能力培
养目标
能够认识电阻元件。
重点难点
重点：
欧姆定律的应用
难点：
电阻的标注和电阻与温度的关系
教学方法
多媒体+演示；结合实例课堂讲解；小组讨论；实训室参观
课堂提问
为什么电工工具的把套用塑料、橡胶和干木头？
作业及
思考题
习题
参考书
及教具
参考书：
《电工技术》秦增煌主编、高等教育出版社
网络精品课程
教具：
多媒体、模型、挂图
教师（签名）：
李锁牢教研室审批：
年月日
【课题】
1.3 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．基本概念：
（1）内电路：
电源本身的电流通路。
（2）内阻：
内电路的电阻。
（3）外电路：
电源以外的电流通路。
（4）全电路：
内电路和外电路总称。
2．图1.11所示为全电路。
图1.11 全电路
（1）对于外电路，在电路电压一定的情况下，电路电阻越大，电路中电流就越小。
应用欧姆定律时，应注意电流I和电压U的参考方向：
图1.12（a）中，电流为
图1.12（b）中，电流为
[例1.3] 试求图1.13（a）所示电路中的电流，图中电压为1.5V，电阻为1
。
（a）（b）
图1.12 应用欧姆定律时的参考方向
（a）（b）（c）
图1.13 例题1.3附图
[解] 图1.13（a）所示电路中没有标出电流方向，可以设定其参考方向如图1.13（b）所示，电压和电流参考方向一致，那么
=
A=1.5A
若按图1.13（c）设定其参考方向，由于电压和电流参考方向选用不一致，那么
=
A=-1.5A
计算结果I<0，说明图1.13（c）设定的电流方向与实际方向相反。
（2）全电路欧姆定律
电源内阻越小，可以更多地向外电路提供电流（电能）。
【四、小结】
1．应用欧姆定律列式时，当电压和电流的正方向选得相反时，表达式须带负号。
2．全电路欧姆定律。
电流形式表达式为
I=
电压形式表达式为
E=RI+R0I=U+U0
【五、习题】
二、选择题：
2；三、计算题：
1
【课题】
1.4 电阻元件
【教学目标】
解释电阻元件的电压、电流关系。
【教学重点】
1．电阻元件的电压、电流关系。
2．电阻参数的标注。
【教学难点】
1．电阻的色环标注（记忆）。
2．非线性电阻。
【教学过程】
【一、复习】
欧姆定律。
【二、引入新课】
电阻值的大小不同，会改变同一电路中的电流值。
而不同的电阻（线性和非线性）将会极大地改变电路中的电流值。
【三、讲授新课】
1.4.1 电阻元件的电流、电压关系
1．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1.14所示。
图1.14 电阻的电流、电压特性
注意：
电阻越小，这条直线越陡。
1.4.2 线性电阻和非线性电阻
1．线性电阻：
电压、电流特性如图1.15（a）所示，电阻是常数。
2．非线性电阻：
电压、电流特性如图1.15（b）所示，电阻不是常数。
（a）（b）
图1.15 电阻的电流、电压特性
1.4.3 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1.17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1.18所示，该电阻的阻值为33200
，允许偏差±1%。
图1.17 两位有效数字色标示例
图1.18 三位有效数字色标示例
2．非线性电阻
（1）热敏电阻外形如图1.19所示。
（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1.20所示。
图1.19 热敏电阻
图1.20 压敏电阻
压敏电阻可用于过压保护，将它并联在被保护元件两端，当出现过电压时，其电阻急剧减小，将电流分流以保护并联在一起的元件。
【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：
【五、习题】
一、是非题：
5。
咸阳职业技术学院课堂授课计划
课题
模块一直流电路的测试与分析
第五节电路的状态及电源外特性第六节电路的连接
讲授班级
高职电机与电器0901
计划课时
2
授课时间
2010年3月
教
学
目
的
要
求
1、掌握电路的三种工作状态；
2、理解电源的外特性；
3、掌握负载的串联和并联。
能力培
养目标
通过学习，使学生理解如何对电路实现短路保护和故障检测。
重点难点
重点：
电路的三种状态和串并联
难点：
混联电路
教学方法
多媒体+演示；结合实例课堂讲解；小组讨论；实训室参观
课堂提问
短路中如何防止短路？
作业及
思考题
习题
参考书
及教具
参考书：
《电工技术》秦增煌主编、高等教育出版社
网络精品课程
教具：
多媒体、模型、挂图
教师（签名）：
李锁牢教研室审批：
年月日
【课题】
1.5 电路的状态及电源外特性
【教学目标】
描述电源的空载、有载、短路三种状态及其外特性。
知道电路中的功率平衡。
【教学重点】
1．电源的外特性。
2．功率平衡。
【教学难点】
电源的外特性。
【教学过程】
【一、复习】
全电路欧姆定律。
【二、引入新课】
电路一般正常工作在通路状态，但还应考虑电路的另外两种状态，即开路状态和短路状态。
尽管这是两种极限状态，但在工程技术应用中还是可能发生的。
【三、讲授新课】
1.5.1 电路的状态
1．通路
（1）通路状态如图1.23所示，电路中有电流及能量的传输和转换。
（2）电路中的电流I=
，由此式可得
E=RI+R0I
E=U+U0
式中的U0=R0I为电源内部电压降。
将上式各项乘以电流I可得
EI=UI+U0I
即
PS=PL+P0
（3）功率平衡：
通路时电源产生的电功率PS应该等于负载从电源得到的功率PL和电源内部的损耗功率P0之和。
电源内电阻和连接线上消耗的功率是无用的功率损耗。
2．开路
（1）开路状态如图1.24所示。
电源和负载之间没有能量的输送和转移。
图1.23 通路状态图1.24 开路状态
（2）开路时，电路中电流I=0，电源内电阻上电压降R0I=U0=0，电源输出端电压等于电源电动势
U=E
3．短路
（1）短路状态如图1.25所示。
电源两端被导线短接在一起，电流不再流过负载。
图1.25 短路状态
（2）短路时，外电路总等效电阻R=0。
I=
由于电源内电阻一般非常小，所以电源短路时，电流比正常工作时大得多，此时电源输出端电压
U=0
发生电源短路时，应及时切断电路，否则将会引起剧烈发热而使电源、导线等烧毁。
1.5.2 电源的外特性
1．电源的外特性：
电源端电压为
U=E-R0I
随着电流的增大，电源电压U不断下降，电源输出电压U随负载电流I变化的规律如图1.26所示。
图1.26 电源的外特性
注意：
实际应用中，必须减小电源内电阻R0，以获得更加平直的电源外特性。
[例1.4] 两个蓄电池的电源电动势E1和E2都为12V，其内电阻R01=0.5
和R02=0.1
。
试分别计算当负载电流为10A时的输出电压值。
[解]
（1）当内电阻R01=0.5
时
U1=E1-R01I=（12-0.510）V=7V
（2）当内电阻R02=0.1
时
U2=E2-R02I=（12-0.110）V=11V
【四、小结】
1．电路有通路（有载工作）、开路和短路三种状态。
2．功率平衡PS=PL+P0，即电源产生的功率与负载取用的功率、电源内阻（包括线路电阻）上所消耗的功率是平衡的。
3．当电源开路时，电流为零，即I=0，电源两端电压称为开路电压，其值为电源电动势U=U0=E。
4．当电源短路时，电压为零，即U=0，电源电流称为短路电流，其值为电源电动势与内阻之比
I=IS=
5．电源的外特性是一条向下倾斜的直线，并且其内阻越大，向下倾斜的角度越大。
【五、习题】
二、选择题：
3。
【课题】
1.6 负载的连接
【教学目标】
解释电阻负载的串联、并联的连接和计算。
【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】
1.6.1 负载的串联
串联形式如图1.27所示。
图1.27 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1.5] 求图1.28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1.28 例1.5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=202V=40V
R2电阻上电压降
U2=IR2=203V=60V
R3电阻上电压降
U3=IR3=207V=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1.6] 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1.29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1.29 例1.6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。
1.6.2 负载的并联
并联形式如图1.30所示。
图1.30 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
升级会员 