电工学教案.docx

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电工学教案

第一章直流电路

本章教学要求:

1、了解电路的组成和状态，理解有关基本物理量的定义，熟记它们的单位和符号；

2、掌握欧姆定律，熟悉电路的三种状态。

3、了解电流热效应的应用与危害，了解负载额定值的意义；

4、熟练掌握电阻串联、并联和混联电路的特点及其应用；

5、了解基尔霍夫定律。

6、会用万用表测量电压、电流和电阻。

重点：

1．电路的基本定律（欧姆定律、基尔霍夫定律）；

2．电位的计算。

3、电阻串并联计算。

难点：

1．电源与负载电压方向的判别方法；

2．基尔霍夫电压方程的列写。

教学方法：

讲授法、讲练结合、启发式

组织教学：

查出勤，板书本次课重点、难点

知识回顾：

触电急救电气消防

导入新课:

同学们家里有各种电器，发光的发热的转动的带响的，都要用电，电是什么，是怎么送到用户的呢？

§1-1电路及其基本物理量

一、电路组成及作用：

电流流通的通路即电路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。

1、电路的作用

（1）实现电能的传输、分配与转换

（2）实现信号的传递与处理

2、电路的组成和状态

组成部分：

电源、负载、导线、控制装置。

状态：

通路、开路（断路）、短路

复习旧课：

同学们初中学过欧姆定律，电流大小单位方向大家还记得吗？

二、电流

1、电流的形成：

电荷有规则的定向移动形成电流。

2、电流的大小：

是指单位时间内通过导体横截面的电荷。

即I=Q/t，

电流用符号I表示，单位是安培（A）。

【而电量Q的单位是库仑】

3、电流的方向：

正电荷移动的方向。

提醒：

可假定电流的方向，运算结果为负值，则电流实际方向与假定方向相反，反之相同。

4、电流的换算关系：

*提出问题：

电路中电流方向大小有哪些因素决定呢？

谁在驱动电荷移动的呢？

电动车有36伏特48伏特，意味着什么？

导入：

大家见过喷泉，见过水泵工作，也知道水是往低处流的。

电路中电流如何流动呢？

电压起什么作用呢？

三、电压、电位和电动势

在物理课中学过，电场力可移动电荷做功，做功多少与电场中两点位置有关，就像石块儿落下3米和5米，落差不同，重力做功是不一样。

同理，在电场中我们用电压描述电场力做功多少或做功的规模。

1、电压

（1）概念：

电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功，称为a、b两点的电压，用Uab表示。

电压单位是伏特（V）。

（2）方向：

高电位®低电位（咱们过一会儿就讲电位），电位降低的方向。

【电压方向与电流一致】。

（3）换算关系：

2、电动势干电池1.5伏特是指什么呢？

48伏特电动车呢？

（1）概念：

在电源内部外力将单位正电荷从电源的负极移动到电源正极所做的功，是衡量电源移动正电荷的能力的物理量，符号为E，单位为伏特（V）。

电动势表征电源提供电压大小，提供电能的规模。

（2）方向：

【在电源内部由负极指向正极】。

1安培电流在一秒内，从1.5伏特和48伏特电池中流出，各提供多少电能呢?

请同学们回答。

如果规定海平面高度为零，陆地高原大山的高度就确定了。

在电路中如何呢？

把干电池负极定为零伏特，正极不就是1.5伏特吗？

3、电位

（1）概念：

电路中某点与参考点之间的电压称为该点的电位。

【选定参考点电位为零】，电位的单位也是伏特（V）。

（2）电压与电位的关系：

电路中任意两点之间的电压等于这两点之间的电位差，即Uab=Ua-Ub，故电压又称电位差。

举例：

已知Ua=10V，Ub=-10V，Uc=5V。

求Uab和Ubc各为多少？

解：

根据电位差与电位的关系可知：

Uab=Ua-Ub=10-（-10）=20V；Ubc=Ub-Uc=-10-5=-15V

电压的测量请一两个同学朗读。

作业布置：

习题册§2-1

课堂小结：

请同学上台总结或提问，电位电压电动势电流.

课后反思;

§1-2电阻

一、电阻与电阻率

1、电阻概念：

导体对电流的阻碍作用称为电阻，用符号R表示。

其单位为Ω（欧姆）。

2、电阻单位的换算关系：

3、电阻率：

长度为1m、截面为1mm2的导体，在一定温度下的电阻值，用符号ρ表示。

其单位为Ω·m（欧米）。

注：

纯金属的电阻率很小，绝缘体的电阻率很大。

银是最好的导体，但价格昂贵而很少采用，目前电气设备中常采用导电性能良好的铜、铝作导线。

4、电阻与电阻率的关系：

导体电阻的大小决定于导体的材料（ρ）、长度（L）和横截面积（S）,即：

二、电阻与温度的关系

金属的电阻率随温度升高而增大，电解液、半导体和绝缘体的电阻率则随温度升高而减小。

三、电阻的测量

电阻的测量使用电阻计（欧姆表）进行测量，测量时应注意：

1、切断电路上的电源。

2、使被测电阻的一端断开。

3、避免把人体的电阻量入。

§2-3电路的基本性质

一、部分欧姆定律

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，即

I=U/R或U=IR

式中I—电流（A）；U—电压（V）；R—电阻（Ω）。

例1已知，某100W的白炽灯在电压220V时正常发光，此时通过的电流是0.455A，试求该灯泡工作时的电阻。

解：

例2　有一个量程为300V（即测量范围是0～300V）的电压表，其内阻R0为40kΩ。

用它测量电压时，允许流过的最大电流是多少？

解：

二、全电路欧姆定律

在全电路中电流强度与电源的电动势成正比，与整个电路的内、外电阻之和成反比。

其数学表达式为：

式中E—电源的电动势，V；

R—外电路（负载）电阻，Ω；

r—内电路电阻，Ω；

I—电路中的电流，A。

由式可得：

E=IR+Ir=U外+U内

式中U外—电源向外电路输出的电压，又称电源的端电压，V；

U内—电源内阻的电压降，V。

全电路欧姆定律又可表述为：

电源的电动势等于内外电压之和。

三、电路在三种状态下各物理量的关系

电路状态

电流

电压

电源耗功

负载功率

断路

I=0

U=E

PE=0

PR=0

通路

I=E/（R+r）

U=E-Ir

PE=EI

PR=UI

短路

I短=E/r

U=0

PE=I短2r

PR=0

例　如图所示，不计电压表和电流表内阻对电路的影响，求开关在不同位置时，电压表和电流表的读数各为多少？

解：

①开关接“1”号位置，

电路短路。

电压表读数为0。

电流表中的短路电流为:

I=E/r=2/0.2=10A

②开关接“2”号位置，电路

断路，则电流表读数为0。

电压表读数为U=E=2V。

③开关接“3”号位置，电路处于通路状态。

电流表读数：

I=E/（R+r）=2/（9.8+0.2）=0.2A

电压表读数：

U=IR=0.2×9.8=1.96V

一、回顾旧课：

电流电压电位电动势，请同学们回答定义。

二、板书本次课重点内容：

电功电功率。

三、导入新课;电气设备的耗电量是不一样的，做功本领也不一样。

看视频导入新课讲解：

接着上次课内容讲。

四、电功和电功率

1、电功：

电流所做的功，即电能，用字母W表示。

单位是焦耳（J），或者千瓦时（kW·h）即通常所说的度。

注意：

1kW·h=3.6×106J

电功的计算公式：

W=UIt

2、电功率：

电流在单位时间内所做的功，用字母P表示，单位是瓦特（W）。

计算公式为：

P=W/t=UI=I2R=U2/R

3、电流的热效应：

电流通过导体时使导体发热的现象称为电流的热效应。

电流热效应就是电能转换成热能的效应。

焦耳定律：

Q=I2Rt

3、负载的额定值

电气设备在额定功率工作状态称满载，即额定工作状态。

（拓展视野补充以下内容）

负载的额定值和最大功率

1、额定值:

电气设备安全工作时所允许的最大电流、最大电压和最大功率分别称为额定电流、额定电压和额定功率。

2、负载获得最大功率的条件：

负载电阻与电源内阻相等，即R=r。

此时负载获得最大功率为Pm=E2/4r

让同学上黑板做25页的题目。

默写电功电功率的公式。

课堂小结：

请一位同学把本次课内容简述一下。

作业布置：

习题册2.1

课后反思：

§1-5电阻的串联、并联和混联

一、串联

1、电阻串联概念：

如图所示，把两

个或两个以上的电阻依次连接，组成一

条无分支电路，这样的连接方式叫做电

阻的串联。

2、电阻串联的性质：

①串联电路中流过每个电阻的电流都相等。

②串联电路两端总电压等于各电阻两端分电压之和，即U=U1+U2+…+Un

③串联电路等效电阻（即总电阻）等于各串联电阻值之和，

即：

R=R1+R2+…+Rn

④电路中各个电阻两端的电压与它的阻值成正比，即

U1/R1=U2/R2=…=Un/Rn或U1/U2=R1/R2；U1/U3=R1/R3；U2/U3=R2/R3…

3、电阻串联的应用：

①用几个电阻串联以获得较大的电阻。

②几个电阻串联构成分压器，使同一电源能供给几种不同的电压。

③扩大电压表的量程。

④限制和调节电路中电流的大小。

⑤当负载的额定电压低于电源电压时，可用串联电阻的方法将负载接入电源。

二、并联

1、并联电路的概念：

如图所示，

把两个或两个以上的电阻接在电路

中相同的两点之间，承受同一电压，

这样的连接方式叫做电阻的并联。

2、电阻并联的性质：

①并联电路中各电阻的电压相等，且等于电源电压即:

U1=U2=…=U

②并联电路的总电流等于流过各电阻的电流之和，即:

I=I1+I2+…+In

③并联电路的等效电阻（即总电阻）的倒数等于各并联电阻的倒数之和，即1/R=1/R1+1/R2+…+1/Rn

注意：

若只有两电阻并联,则其总电阻计算公式为R=R1R2/（R1+R2）

④并联电路电流性质：

I1/I2=R2/R1；I2/I3=R3/R2；I1/I3=R3/R1…

3、电阻并联的应用：

（1）凡是额定工作电压相同的负载都采用并联的工作方式；

（2）获得较小的电阻；（3）扩大电流表的量程。

举例：

如图所示的并联电路中，求等效电阻RAB、总电流I、各负载电阻上的电压、各负载电阻中的电流。

解：

等效电阻RAB为：

RAB=R1R2/（R1+R2）=6×3/（6+3）=2Ω

总电流I为：

I=U/RAB=12/2=6A

各负载上的电压：

U1=U2=U=12V

各负载的电流：

I1=U1/R1=12/6=2A；I2=U2/R2=12/3=4A

三、混联

既有电阻串联又有电阻并联的电路称为电阻混联电路。

如图a）

例如图a）中R1=R2=R3=R4=R5=1Ω，求A、B间等效电阻RAB等于多少？

解：

a）图等效于b）图，b）图等效于c）图，c）图等效于d）图，如图所示，则：

R34=R3+R4=2Ω；

R345=R34R5/（R34+R5）=2×1/（2+1）=2/3Ω；

R2345=R2+R345=1+2/3=5/3Ω；

RAB=R2345R1/（R2345+R1）=5/8Ω

§1-6基尔霍夫定律

一、几个基本术语

1、支路：

电路中的每一个分支称为支路。

如图a）中的支路GB1、R1支路；GB2、R2支路；R3支路。

2、节点：

三条或三条以上支路的联接点。

如图a）中的点A和点B。

3、回路：

由支路组成的闭合路径。

如图a）中的回路ABFEA、回路CDBAC、回路CEFDC。

4、网孔：

内部不含支路的回路。

如图a）中的网孔ABFEA和网孔CDBAC。

举例：

如图b）所示电路中有几条支路？

几个节点？

几个回路？

几个网孔？

答：

6条支路，4个节点，7个回路，3个网孔。

二、基尔霍夫电流定律（KCL定律）

在任一瞬间，流进任一节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和。

即：

∑Ｉ入=∑Ｉ出或：

∑Ｉ=0

举例：

如图所示中，I1=2A,I2=-3A,

I3=-2A,试求I。

解：

由基尔霍夫电流定律可知：

I1+I3=I2+I即2+（-2）=-3+I

故I=3A

三、基尔霍夫电压定律（KVL定律）

在任一闭合回路中，各段电压的代数和恒等于零。

即：

∑U=0

举例：

详细讲解习题册第11页中第2题

综合举例：

如图所示电路中，E1=18V,E2=9V,R1=R2=1Ω,R3=4Ω,求各支路电流。

解：

设各参考方向如图所示，则

对节点A有：

I1+I2=I3①

对回路1有：

E1=I1R1+I3R3②

对回路2有：

E2=I2R2+I3R3③

代入已知联立①②③方程解得：

I1=6A；I2=-3A；I3=3A

第二章磁场与电磁感应

本章教学要求：

1、了解直线电流、环形电流所产生的磁场，会用安培定则（右手定则）判断磁场的方向。

2、理解磁感应强度、磁通和磁导率的概念。

3、掌握电流在磁场中受电磁力作用的知识，会用左手定则判断电磁力的方向。

4、理解电磁感应的概念，掌握楞次定律和法拉第电磁感应定律。

5、理解自感系数和互感系数的概念，了解自感现象和互感现象的应用，会判断和测定互感线圈的同名端。

重点：

电磁感应、安培定则、左手定则

难点：

磁场的主要物理量、楞次定律

教学方法：

讲授法、讲练结合

§2-1磁场

一、磁的几个基本概念

1、磁性：

能够吸引铁、镍、钴及其合金的性质。

2、磁体：

具有磁性的物体，也称磁铁。

3、磁极：

磁体两端磁性最强的部分。

任何磁体都具有两个磁极，分别是北极（N）和南极（S）。

4、磁极间的相互作用力：

同性磁极相互排斥，异性磁极相互吸引。

5、磁场：

磁体周围空间中存在着的一种特殊物质。

磁极间的作用力就是通过磁场传递的。

6、磁感线：

为了形象地描述磁场分布而画出的一些有方向的曲线。

7、磁感线的3个特点：

①磁感线是互不交叉的闭合曲线；在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。

②磁感线上任一点的切线方向，就是该点的磁场方向。

③磁感线越密，磁场越强；磁感线越疏，磁场越弱。

二、电流的磁场

通电导体周围产生磁场的现象称为电流的磁效应。

其磁场方向用右手螺旋定则（安培定则）来判断。

1、直线电流产生的磁场方向：

用右手握住导线，让伸直的大拇指指向电流方向，则四指弯曲的方向就是磁感线的环绕方向。

2、环形电流（螺线管）产生的磁场方向：

右手握住通电螺线管，让弯曲的四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是磁场的北极方向。

§2-2磁场的主要物理量

1、磁感应强度（B）

在磁场中，垂直于磁场方向的通电导线，所受电磁力F与电流I和导线长度L的乘积IL的比值称为该处的磁感应强度，用B表示，即B=F/IL。

单位是特斯拉，简称特（T）。

磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。

B的大小也等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，B的方向用右手螺旋定则确定。

2、磁通（Φ）

磁通是反映磁场在某一范围内的分布及变化情况的物理量。

均匀磁场中磁通Φ等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，即Φ=BS。

单位是韦伯（Wb）。

3、磁导率（μ）

磁导率μ表示物质的导磁性能，单位是亨/米（H/m）。

真空的磁导率为μO=4π×10-7H/m。

将物质磁导率与真空磁导率的比值称为相对磁导率（μr），则μr=μ/μO

4、物质的分类（按相对磁导率的大小）

①顺磁物质（μr>1）；②反磁物质（μr<1）；③铁磁物质（μr>>1）

5、磁化：

使原来没有磁性的物质具有磁性的过程。

§2-3磁场对电流的作用

一、磁场对通电直导体的作用

1、电磁力的概念：

通电导体在磁场中受到的力，也称安培力。

2、电磁力大小：

F=BIL。

单位牛（N）

3、电磁力的方向：

左手定则判断。

平伸左手，使大拇指与其余四指垂直，让磁感线垂直穿入掌心，并使四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是电磁力的方向。

课堂练习：

课本P50第5题

二、通电平等直导线间的作用

通入同方向电流的平行导线相互吸引；通入反方向电流的平行导线相互排斥。

如图所示：

（右手定则判断磁场方向、左手定则判断电磁力方向）

作业布置：

习题册P14~15三、四题

§2-4电磁感应

一、电磁感应现象（实验演示）

当导体相对磁场切割磁感线运动，或在导体包围的面积中磁通发生变化时，导体中将产生感应电动势，这种现象叫做电磁感应现象。

二、楞次定律

感应电流产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。

楞次定律有两层含义：

①若Φ原增大，则Φ感与Φ原方向相反。

（增反）

②若Φ原减小，则Φ感与Φ原方向相同。

（减同）

课堂练习：

习题册P16四、3

三、法拉第电磁感应定律

线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通的变化率成正比。

即

式中N为线圈匝数。

dΦ/dt表示单匝线圈的磁通变化率。

感应电动势的方向由dΦ/dt的符号与感应电动势的参考方向比较而定出。

当dΦ/dt>0，即穿过线圈的磁通增加时，e<0，应电动势的方向与参考方向相反，表明感应电流产生的磁场要阻止原磁场的增加；当dΦ/dt<0，即穿过线圈的磁通减少时，e>0，这时感应电动势的方向与参考方向相同，表明感应电流产生的磁场要阻止原磁场的减少。

四、直导体切割磁感线产生感应电动势（实验演示）

1、大小：

e=BLV（导体运动方向与磁感线方向垂直时）

e=BLVsinα（导体运动方向与磁感线方向夹角为α时）

2、方向：

右手定则。

平伸右手，大拇指与其余四指垂直，让磁感线穿入掌心，大拇指指向导体运动方向，则其余四指所指的方向就是感应电动势的方向。

（举例分析：

习题册P16四、2）

§2-5自感

1、自感现象

实验：

如下图a）所示合上开关，HL2比HL1亮得慢；b）图所示断开开关，灯泡闪亮一下才熄灭。

像这种由于流过线圈本事的电流发生变化而引起的电磁感应现象称为自感现象，简称自感。

2、自感系数（电感）

自感系数是一个衡量线圈产生自感磁通能力的物理量。

用L表示，即L=NΦ/I。

L的单位是亨利（H）。

电感的大小与线圈的长度、匝数，和线圈中导体截面积有关，且成正比。

3、自感电动势：

eL=L（dI/dt）

举例分析：

习题册P18四4

4、线圈L所储存能量：

WL=LI2/2

自感现象的应用举例：

涡流加热

§2-6互感

1、互感现象和互感电动势：

把由一个线圈中的电流发生变化而在另一个线圈中产生的电磁感应的现象称为互感现象，简称互感。

由互感现象产生感应电动势称为互感电动势。

用eM表示，eM=M（dI/dt），M称互感系数，单位是亨（H）。

2、同名端的判断:

右手螺线定则

（举例分析：

课本P51第12题）

3、避免互感的方法：

①将两个线圈垂直放置；

②安装磁屏蔽罩（铁磁材料）

第三章单相交流电

本章教学要求：

1、掌握正弦交流电的三要素（有效值、频率、初相位）及三种表示方法（解析式、波形图、相量图）。

2、理解电感器和电容器在正弦交流电路中的作用，会用相量图分析纯电阻、纯电感、纯电容交流电路及电阻、电感与电容串联交流电路，能做简单计算。

3、了解提高功率因素的意义和一般方法。

4、了解常用照明电路的有关知识。

掌握白炽灯、荧光灯、两双联开关控制一盏灯的原理图和接线方法。

重点：

运用相量图分析交流电路

难点：

正弦交流量之间的相位差、无功功率、功率因素

教学方法：

讲授法、讲练结合

§3-1交流电的基本概念

课前准备：

手摇发电机模型

一、交流电的概念

电压或电流的大小和方向都不随时间而变化的称为稳恒直流电。

电压或电流的大小和方向按正弦规律变化的称为正弦交流电。

表达式为：

u=Umsin（ωt+θ）；i=Imsin（ωt+θ）。

波形图如图所示：

二、交流电的产生

交流电可由交流发电机或振荡器产生。

（振荡器是一种能量转换装置——将直流电能转换为具有一定频率的交流电能。

其构成的电路叫振荡电路。

）

交流发电机产生的正弦交流电动势表达式为：

e=Emsinωt

三、正弦交流电的周期、频率和角频率

1、周期（T）：

电流电每重复变化一次所需的时间，单位是秒（s）。

2、频率（f）：

交流电在1s内重复变化的次数称为频率，单位是赫兹（Hz）。

周期和频率互为倒数，即T=1/f或f=1/T。

我国工频是50Hz。

3、角频率（ω）：

交流电每秒变化的电角度，单位是弧度/秒（rad/s）。

计算公式为ω=2πf=2π/T

四、正弦交流电的最大值、有效值

1、最大值：

最大瞬时值，又称峰值或振幅。

最大值用大写字母加下标m表示，如Em、Um、Im。

2、有效值：

使交流电和直流电加在同样阻值的电阻上，如果在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流电的大小叫做相应交流电的有效值。

有效值用大写字母表示，如E、U、I。

3、有效值和最大值的关系：

有效值=最大值/√2

举例应用：

如下图所示的波形图中，试求T、f、ω和I分别是多少？

五、正弦交流电的相位与相位差

1、相位：

正弦量在任意时刻的电角度，也称相角，用（ωt+θO）表示。

初相是t=0时的相位。

如交流电u=311sin（314t+60°）V的相位是（314t+60°），初相是60°。

2、相位差：

两个同频率正弦量的相位之差，其值等于它们的初相之差。

如u=Umsin（ωt+θu）

i=Imsin（ωt+θi）

相位差为θ=（ωt+θu）-（ωt+θi）=θu-θi

两正弦量有相位差的前提：

两者的角频率必须相等。

§3-2正弦交流电的相量图表示法

一、表示正弦交流电的方法

1、解析式。

例如u=Umsin（ωt+θu）

2、波形图。

例如图所示:

3、相量图。

例如图所示:

二、相量图（矢量图）

1、旋转矢量与波形图的关系

2、应用相量图时注意以下几点

①同一相量图中，各正弦交流电的频率应相同。

②同一相量图中，相同单位的相量应按相同比例画出。

③一般取直角坐标轴的水平正方向为参考方向，逆时针转动的角度为正，反之为负。

④用相量表示正弦交流电后，它们的加、减运算可按平行四边形法则进行。

3、举例

试画出u1=3√2sin（314+30°）V和u2=4√2sin（314-60°）V的相量图，并用向量图表示u1+u2

课堂练习：

作出下列交流电的相量图

i=3sin（314t-45°）A；e=4sin（314t+60°）V

课本P83第7、8题

§3-3纯电阻交流电路

一、电流与电压的相位关系

u=Umsinωt

i=u/R=（Umsinωt）/R

相量图波形图

二、电流与电压的数量关系

Im=Um/RI=U/R

在纯电阻电路中，电流与电压的瞬时值、最大值、有效值都符合欧姆定律。

三、功率

1、瞬时功率：

任一瞬间，电阻中电流瞬时值与同一瞬间的电阻两端电压的瞬时值的乘积，用PR表示。

PR=ui=（Um2/R）sin2ωt

2、平均功率:

电阻在交流电一个周期内消耗的功率的平均值，又称有功功率，用P表示，单位仍是瓦（W）。

电压、电流用有效值表示时，平均功率P的计算与直流电路相同，即P=UI=I2R=U2/R

课堂练习：

课本P84第11题

§3-4纯电感交流电路

一、电感对交流电的阻碍作用

先接通6V直流电源，可以看到HL1和HL2亮度相同。

再改接6V交流电源，发现灯泡HL2明显变暗，这表明电感线圈对直流电和交流电的阻碍作用是不同的。

感抗——电感对交流电的阻碍作用，用XL表示，单位为欧姆（Ω）。

XL=2πfL=ωL

二、电流与电压的关系

纯电感电路欧姆定律的表达式：

I=U/XL

相量图