5332251446331553xyh电工学教案解析.docx

5332251446331553xyh电工学教案解析.docx

《5332251446331553xyh电工学教案解析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《5332251446331553xyh电工学教案解析.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

5332251446331553xyh电工学教案解析

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

§1-1电路及其基本物理量

一、电路：

电流流通的通路，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

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）。

3、电流的方向：

正电荷移动的方向。

4、电流的换算关系：

三、电压、电位和电动势

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，电位降低的方向。

（3）换算关系：

2、电动势

（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）。

（2）方向：

在电源内部由负极指向正极。

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

课堂练习：

课本P30第2题

§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。

§1-3欧姆定律

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

§1-4电功与电功率

一、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

二、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

§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=3

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）

第四章三相交流电路

本章教学要求：

1、了解三相交流电的特点，掌握三相四线制电源的线电压与相电压的关系。

2、掌握三相交流电路中对称三相负载分别作星型和三角形连接时的有关性质，并会进行简单计算。

3、了解发电、输电和配电的概况。

4、掌握安全用电的一般知识。

重点：

三相交流电的特点；三相负载的连接方式；安全用电常识

难点：

线电压和相电压关系的应用、线电流和相电流关系的应用

教学方法：

讲授法、讲练结合、引导式

§4-3发电、输电和配电常识

一、发电厂的种类

水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂、风力发电厂、太阳能发电厂、地热发电厂等。

二、电力网和电力系统

1、电力网：

将发电厂生产的电能传输和分配到用户的输配电系统，简称电网。

2、电力系统：

将发电厂、电力网和用户联系起来的发电、输电、变电、配电和用电的整体。

如图所示：

3、输电原则：

容量越大，距离越远，输电电压越高。

3、变配电及配电方式

电能进入工厂后，还要进行变电（变换电压）和配电（分配电能）。

变电所的任务是受电、变压和配电；而配电所只受电和配电。

配电方式基本有放射式、树干式两种类型。

放射式优点：

供电可靠、互不影响、操作控制方便；缺点：

耗材多、占地多、投资高。

树干式优点：

耗材少、投资省；缺点：

影响大、可靠性差、操作控制不灵活。

§4-4安全用电常识

一、触电方式及安全常识

1、触电方式有三种：

单相触电（220V）、两相触电（380V）、跨步电压触电

2、电流对人体的伤害：

（分电击和电伤）

电击是电流通过人体内部，对人体内脏及神经系统造成破坏。

电伤是电流通过人体外部造成的局部伤害，如电弧烧伤、熔化的金属渗入皮肤等。

3、安全电流：

交流30mA及其以下；直流40mA及其以下。

4、人体电阻：

一般干燥皮肤时约2kΩ，皮肤潮湿或有损伤约800Ω。

5、安全电压：

交流36V及其以下，直流48V及其以下。

二、防止触电的技术措施

1、保护接地：

将电气设备的金属外壳与大地可靠地连接。

它适用于中性点不接地的三相供电系统。

2、保护接零：

将电气设备在正常情况下不带电的外露导电部分与供电系统中的零线相接。

采用保护接零须注意事项：

①保护接零只能用于中性点接地的三相四线制供电系统。

②接零导线必须牢固可靠，防止断线、脱线。

③零线上禁止安装熔断器和单独的断流开关。

④零线每隔一定距离要重复接地一次。

一般中性点接地要求接地电阻小于10Ω。

⑤接零保护系统中的所有电气设备的金属外壳都要接零，绝不可以一部分接零，一部分接地。

3、家庭安全用电

家庭配电示意图

4、漏电保护器原理图：

电设备是否带电，必须用试电器（或测电笔），决不允许用手触摸。

（2）在检修电气设备或更换熔体时，应切断电源，并在开关处设置“禁止合闸”的标志。

（3）根据需要选择熔断器的熔丝粗细，严禁用铜丝代替熔丝。

（4）安装照明线路时，开关和插座离地一般不低于1.3m。

不要用湿手去摸开关、插座、灯头等，也不要用湿布去擦灯泡。

（5）在电力线路附近，不要安装电视机的天线；不放风筝、打鸟；更不能向电线、瓷瓶和变压器上扔物品。

在带电设备周围严禁使用钢板尺，钢卷尺进行测量工作。

（6）发现电线或电气设备起火，应迅速切断电源，在带电状态下，决不能用水或泡沫灭火器灭火。

（7）发生触电事故时，首先要使触电者迅速脱离电源。

第七章常用电子元器件及应用电路

复习所学内容：

本章内容：

§7－1二极管

§7－2三极管

§7－3集成运算放大器

§7－4直流稳压电源

§7－5晶闸管

§7－6数字集成电路

§7－7555时基电路

教学要求：

1、掌握二极管的单向导电特性、主要参数及二极管的简单测试。

2、掌握三极管的三种工作状态、主要参数及三极管的简单测试，了解三极管在放大、开关、振荡等电路中的应用，了解反馈的概念。

3、了解由集成运算放大器所组成的比例运算放大器和电压比较器的功能。

4、掌握桥式整流电容滤波电路的特点、硅稳压管稳压电路和集成稳压器的应用。

5、掌握晶闸管的导电特性，了解晶闸管可控整流电路的基本形式和工作原理，了解交流调压、逆变和变频的基本概念。

6、掌握数字信号的特点，了解与门、或门、非门的逻辑功能。

7、了解555时基集成电路的引脚功能和一般应用方法。

重点：

1、二极管、三极管的主要参数及三极管的简单测试；

2、桥式整流电容滤波电路的特点；

3、晶闸管的导电特性；

4、数字信号的特点。

难点：

硅稳压管稳压电路和集成稳压器的应用；555时基集成电路

教学方法：

多媒体教学、讲授法、讲练结合、实物演示

§7－1二极管

一、二极管的单向导电性

二、二极管的主要参数及类型

三、二极管应用举例

一、二极管的单向导电性

二极管的外形

二极管的图形符号

单向导电性：

二极管加正向电压（正偏）时导通，加反向电压（反偏）时截止。

硅管的正向压降约为0.7V，锗管约为0.3V。

二极管反向截止时，仍有很小的反向电流。

在一定范围内，即使反向电压增大，反向电流基本保持不变，所以又称为反向饱和电流。

当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿，这时的电压称为反向击穿电压。

二、二极管的主要参数及类型

1．主要参数

最大整流电流IFM：

二极管允许通过的最大正向工作电流平均值。

最高反向工作电压URM：

二极管允许承受的最高反向电压。

一般规定最高反向工作电压为反向击穿电压的一半或三分之一。

2．分类

按制作材料不同：

硅二极管、锗二极管

按用途不同：

普通二极管、整流二极管、开关二极管、稳压二极管、热敏二极管、发光二极管、光敏二极管、变容二极管。

三、二极管应用举例

1．整流电路

整流——利用二极管的单向导电性将交流电变换为直流电。

单相半波整流电路：

整流桥——将几个整流元件按某种整流方式通过一定工艺做成一体。

单相桥式整流电路

2．续流二极管

V1导通时，V2处于反向截止状态，当V1截止，线圈KA失电时，在线圈两端感应电压的作用下，V2正向导通，使线圈中存储的磁场能得以迅速释放，对电路起到保护作用。

§7－2三极管

一、三极管的类型

二、三极管的电流放大作用

三、三极管的三种工作状态

四、三极管的主要参数

五、三极管应用举例

一、三极管的类型

NPN型、PNP型

图形分析：

实物传阅。

二、三极管的电流放大作用

交流（动态）电流放大系数：

共射直流电流放大系数：

交流（动态）电流放大系数：

三、NPN型三极管的三种工作状态

1．截止

工作条件：

发射结反偏，集电结反