煤矿电工学第一章概要.docx

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煤矿电工学第一章概要

安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（内页）

授课章节

第一章直流电路

第一节电路的基本物理量

教学目的

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。

重点与难点

教学重点

教学难点

教学方法

讲授法、讲练结合、启发式

教学手段

讲解、练习

教学过程

时间分配

教学内容

学时数

教学过程设计

组织教学

引入新课

讲授新课

课堂提问

小结

布置作业

实验

思考题及作业题

教后感

安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）

教学内容

教法提示及备注

第一章直流电路

第一节电路的基本物理量

引入新课：

新学期第一节，先向学生做自我介绍，同时介绍本门课程的基本内容，其重要性。

结合本门课程的内容介绍安阳矿区本工种本岗位基本情况，让学生对其以后的岗位有一个基本认识，激发学生学习本门课程的兴趣。

回顾学生以前初中物理基础知识，引入本节内容。

讲授新课：

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

电源：

是一种将非电能量转换为电能的装置。

如：

发电机、蓄电池等。

负载：

是取用电能的装置，它将电能转换成其他形式的能，如：

电灯、电炉、电动机、电磁铁分别将

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教学内容

教法提示及备注

电能转换成光能、热能、机械能和电磁能。

连接导线：

是将电能从电源输送到负载的中间导线。

2、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

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：

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教学内容

教法提示及备注

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）。

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教学内容

教法提示及备注

（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

四、电阻

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。

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教学内容

教法提示及备注

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：

5、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。

6、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。

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授课章节

第二节欧姆定律、电功和电功率

教学目的

掌握欧姆定律，熟悉电路的三种状态；了解电流热效应的应用与危害，了解负载额定值的意义。

重点与难点

教学重点

电路的基本定律（欧姆定律）

教学难点

电路的基本定律（欧姆定律）

教学方法

讲授法、讲练结合、启发式

教学手段

讲解、练习

教学过程

时间分配

教学内容

学时数

教学过程设计

复习提问

引入新课

讲授新课

课堂提问

课堂小结

布置作业

实验

思考题及作业题

教后感

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教学内容

教法提示及备注

第二节欧姆定律、电功和电功率

一、欧姆定律

1、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：

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教学内容

教法提示及备注

2、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：

电源的电动势在数值上等于闭合电路中各部分电压之和。

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教学内容

教法提示及备注

3、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

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教学内容

教法提示及备注

二、电功与电功率

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。

4、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

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授课章节

第三节简单直流电路的计算

教学目的

熟练掌握电阻串联、并联和混联电路的特点及其应用。

重点与难点

教学重点

电阻串并联计算

教学难点

电阻串并联计算

教学方法

讲授法、讲练结合、启发式

教学手段

讲解、练习

教学过程

时间分配

教学内容

学时数

教学过程设计

复习提问

引入新课

讲授新课

课堂提问

课堂小结

布置作业

实验

思考题及作业题

教后感

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教学内容

教法提示及备注

第三节简单直流电路的计算

一、电阻的串联电路

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：

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教学内容

教法提示及备注

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、电阻的并联电路

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

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教学内容

教法提示及备注

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

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教学内容

教法提示及备注

三、电阻的混联

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

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第四节复杂直流电路的计算

教学目的

了解基尔霍夫定律、戴维南定理

重点与难点

教学重点

电路的基本定律（基尔霍夫定律）

教学难点

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

教学手段

讲解、练习

教学过程

时间分配

教学内容

学时数

教学过程设计

复习提问

引入新课

讲授新课

课堂提问

课堂小结

布置作业

实验

思考题及作业题

教后感

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教学内容

教法提示及备注

第四节复杂直流电路的计算

一、基尔霍夫定律及其应用

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

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教学内容

教法提示及备注

5、基尔霍夫第一定律

基尔霍夫第一定律说明连接在同一节点上的各支路电流的关系。

如课本13页电路所示：

I1+I2=I3

流入任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和，将上式改写成：

I1+I2-I3=0

或∑I=0

在一个节点上的电流的代数和恒等于零。

根据计算结果，有些支路的电流如果是负值，说明规定电流的方向与实际方向相反。

2、基尔霍夫第二定律

基尔霍夫第二定律是用来确定回路中各部分电压间的关系的。

它的内容是：

沿任意回路绕行一周，电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。

其数学表达式为：

∑E=∑IR

凡是电动势的正方向与所选的回路绕行方向

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教学内容

教法提示及备注

一致时则电动势取正号，相反则取负号。

凡是电流的正方向与回路绕行方向一致者，则它在电阻上所产生的电压降取正号，相反则取负号。

二、戴维南定理

在有些复杂电路中，如果只要求计算某一个支路中的电流和电压，如课本图1-21所示中电阻R中流过的电流，可以将这个待求的支路从电路中划出，把其余的电路作为一个含有电源的具有两个输出端的网络，即有源二端网络。

有源二端网络对待求支路而言，仅相当于一个电源，它必须具有电动势和内阻，因此就可以把这个复杂电路变换成一个等效电源与待求支路相串联的简单电路，即：

I=E0/R0+R

上式中，等效电源的电动势E0就是有源二端网络的开路电压，而等效电源的电阻R0等于有源二端网络中各个电动势被短接后其两端的等效电阻。

这种计算方法称为等效发电机定理，即戴维南定理。

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授课章节

第五节电容器

教学目的

了解电容器及电容量，掌握电容器的串联、并联和混联。

重点与难点

教学重点

电容器的串联、并联和混联计算

教学难点

电容器的串联、并联和混联计算

教学方法

讲授法、讲练结合、启发式

教学手段

讲解、练习

教学过程

时间分配

教学内容

学时数

教学过程设计

复习提问

引入新课

讲授新课

课堂提问

课堂小结

布置作业

实验

思考题及作业题

教后感

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教学内容

教法提示及备注

第五节电容器

一、电容器和电容量

被绝缘材料分隔开的两个导体，就组成一个电

容器。

如图所示表示最简单的平板电容器及其图形符号。

金属板A、B称为极板，极板中间的绝缘材料称为介质。

如果两极板接上直流电源，在电场力的作用下，电源负极的自由电子将移到极板B上，使极板B带负电荷；同时极板A带等量的正电荷，直到极板间的电压与电源电压相等为止，这种现象叫充电。

充电后，极板所带的电量与外加电压U的大小成正比，即：

Q=CU

式中的比例常数C称为电容器的电容量，简称电容。

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教学内容

教法提示及备注

它的大小完全取决于电容器的结构，是一个固定不变的量，与所带电量或两端电压大小无关。

在同样电压下，C越大，则Q越大。

所以电容量表示在一定电压下电容器1个极板上储存电荷量的多少，可写为：

C=Q/U

式中Q—电容器1个极板上储存的电量，C；

U—电容器两极板间的电压，V。

电容的单位为法拉，简称法，用F表示。

由于法拉是个比较大的单位，通常采用微法（uF）与（pF）作单位，其换算关系为：

1F=10-6uF=10-12pF

二、电容器的种类及主要指标

电容元件在电路中应用很广，种类也很多，按介质的不同可分为空气电容器、陶瓷电容器、涤纶电容器、云母电容器、油浸纸介质电容器、电解电容器等；按结构可分为固定电容器、可变电容器和半可变电容器三种。

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教学内容

教法提示及备注

电容器的主要指标是指电容量和额定工作电压。

三、电容器的串联、并联和混联

1、电容的串联

两个或两个以上的电容器正、负极板依次连接的方式，叫电容器的串联，如图所示：

串联电容器的特点是：

1.每个电容器所带电量相等，并等于等效电容器上所带的电量，即：

Q=Q1=Q2

2.总电压等于各电容器两端电压和，即：

U=U1+U2

3.总电容的倒数等于各电容器的电容倒数和，即：

1/C=1/C1+1/C2

两个串联电容器的等效电容为：

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教学内容

教法提示及备注

C=C1C2/C1+C2

4.串联电容器两端承受的电压与其电容量成反比，即：

U:

U1:

U2=1/C:

1/C1:

1/C2

当两个电容器串联时，各电容器两端承受的电压分别为：

U1=Q/C1=C2/C1+C2·U

U2=Q/C2=C1/C1+C2·U

由此可见，串联电容器总电容量很小。

串联电容器越多，总电容量越小。

同时，电容器串联时，电容量越小的电容器所承受的电压越高。

2、电容器的并联

两个或两个以上的电容器，同性极板连接在一起的连接方式叫电容器的并联。

并联电容器的特点：

1.每个电容器两端电压相同，并等于外加电压，即：

U=U1=U2

2.并联电容器的总电量等于各电容器电量之和，即：

Q=Q1+Q2

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教学内容

教法提示及备注

3.并联后的总电容等于各电容器电容量之和，即：

C=C1+C2

由此可见，并联电容器的总电容比其中任一个电容器的电容量都大，而且并联电容器越多，总电容量越大。

因此，在电容量不能满足要求的情况下，可以用几个电容器并联使用，但最高工作电压按最小额定工作电压的电容器确定。

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