电工基础教案

浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 第 1 章 直流电路 课题课题 1 1 电路的基本结构电路的基本结构 教学目标教学目标 描述简单电路的基本结构及电气定理图 教学重点教学重点 电路的组成 教学难点教学难点 电路组成中辅助设备的说明 一 复习一 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 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 断器 而且使电路自动完成某些特定工作成为可能 四 小结四 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 导导导导 导导 导导 导导导导 制制制制 五 习题五 习题 一 一 是非题 1 2 3 二 选择题 1 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 课题 1 2 电路的主要物理量电路的主要物理量 教学目标教学目标 描述电路的主要物理量 教学重点教学重点 电流 电压的方向与参考方向 电位的概念 电功率的计算 教学难点教学难点 电流 电压的参考方向 电位的概念 教学过程教学过程 一 复习一 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 讲授新课三 讲授新课 1 2 1 电流电流 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 3 A 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 3 A 计算结果为负 表示电流实际方向与参考方向相反 注意 注意 电流的正 负只有在选择了参考方向之后才有意义 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 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 t Q 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 103 mA 06 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 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 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 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 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 Q W E S 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 Q W U 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 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 例如 V A 5V V B 3V 那么 A B 之间的电压为 UAB VA VB 5 3 V 2 V 1 2 4 电能电能 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 U I t 2 电能的单位为焦 耳 J 在实际应用中常以千瓦时 kW h 曾称度 作为电能的单位 1 kW h 时在数值上等于功率为 1 kW 的用电器工作 1 h 所消耗的电能 1 度 1 kW h 1000 W 3 600 s 3 6 W s 3 6 106 J 6 10 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 25 in 彩电额定功率是 120 W 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 12 5 0 45 元 0 27 元 1 2 5 电功率电功率 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 U I t W P 若是纯电阻电路 P UI I 2R R U 2 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 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 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 220 V 额定电流为 5 A 该电炉电功率为多大 解 P U I 220 5 W 1 100 W 1 1 kW 四 小结四 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 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 P U I P UI R I 2 U 2 R 五 习题五 习题 一 是非题 4 11 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 课题课题 1 4 欧姆定律欧姆定律 教学目标教学目标 描述欧姆定律 教学重点教学重点 欧姆定律 教学难点教学难点 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 教学过程教学过程 一 复习一 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 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 R U I 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 R U I 图 1 12 b 中 电流为 R U I 例 1 3 试求图 1 13 a 所示电路中的电流 图中电压为 1 5 V 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 5 A R U I 1 5 1 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 5 A R U I 1 5 1 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 RR E I 0 电源内阻越小 可以更多地向外电路提供电流 电能 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 四 小结四 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 RR E 0 电压形式表达式为 E R I R0 I U U0 五 习题五 习题 二 选择题 2 三 计算题 1 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 课题课题 1 3 电阻元件电阻元件 教学目标教学目标 解释电阻元件的电压 电流关系 教学重点教学重点 1 电阻元件的电压 电流关系 2 电阻参数的标注 教学难点教学难点 1 电阻的色环标注 记忆 2 非线性电阻 教学过程教学过程 一 复习一 复习 欧姆定律 二 引入新课二 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 讲授新课三 讲授新课 1 4 1 电阻元件的电流 电压关系电阻元件的电流 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线性电阻和非线性电阻 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 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 常用电阻元件常用电阻元件 1 线性性电阻 1 电阻参数标注 直接标注在电阻上 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010 04 棕色110 1 16 3 红色210 2 210 橙色310 316 黄色410 425 绿色510 5 0 532 蓝色610 6 0 2540 紫色710 7 0 150 灰色810 863 白色910 9 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 2 700 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 33 200 允许偏差 1 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 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 Negative Temperature Coefficient 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 Positive Temperature Coefficient 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 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 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 习题五 习题 一 是非题 5 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 课题课题 1 5 电路的状态及电源外特性电路的状态及电源外特性 教学目标教学目标 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 教学重点教学重点 1 电源的外特性 2 功率平衡 教学难点教学难点 电源的外特性 教学过程教学过程 一 复习一 复习 全电路欧姆定律 二 引入新课二 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 讲授新课三 讲授新课 1 5 1 电路的状态电路的状态 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 RR E 0 E R I R0 I E U U0 式中的 U0 R0 I 为电源内部电压降 将上式各项乘以电流 I 可得 E I U I U0 I 即 PS PL P0 3 功率平衡 通路时电源产生的电功率 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 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 R0 I 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 0 R E 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 电源的外特性电源的外特性 1 电源的外特性 电源端电压为 U E R0 I 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 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 E 1和 E 2都为 12 V 其内电阻 R01 0 5和 R02 0 1 试 分别计算当负载电流为 10 A 时的输出电压值 解 1 当内电阻 R01 0 5时 U1 E1 R01 I 12 0 5 10 V 7 V 2 当内电阻 R02 0 1时 U2 E2 R02 I 12 0 1 10 V 11 V 四 小结四 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 0 R E 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 习题五 习题 二 选择题 3 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 课题课题 1 6 负载的连接负载的连接 教学目标教学目标 解释电阻负载的串联 并联的连接和计算 教学重点教学重点 1 等效的概念 2 分压公式及分流公式 教学难点教学难点 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 教学过程教学过程 一 复习一 复习 欧姆定律 二 引入新课二 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 讲授新课三 讲授新课 1 6 1 负载的串联负载的串联 串联形式如图 1 27 所示 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 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 R1 I U2 R2 I U3 R3 I 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 R 1 R 2 R 3 2 3 7 12 总电流 A 20 A 12 240 R U I R 1电阻上电压降 U1 I R 1 20 2 V 40 V R 2电阻上电压降 U2 I R 2 20 3 V 60 V R 3电阻上电压降 U3 I R 3 20 7 V 140 V 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 总电压为各电阻上电压降之和 即 U U1 U2 U3 40 60 140 V 240 V 例 1 6 将一个标称值为 6 3 V 0 3 A 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 7 V 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 59 3 0 7 17 1 I U 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 1 R U 2 R U 3 R U 3 电源发出的总电流等于各负载电流之和 I I1 I2 I3 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 4 并联后的等效电阻为 321 1111 RRRR 例 1 7 求图 1 31 所示电路中流过各电阻的电流及总电流 图 1 31 例题 1 7 附图 解 根据欧姆定律 各电阻电流分别为 I1 A 30 A 4 120 1 R U I2 A 15 A 8 120 2 R U I3 A 10 A 12 120 3 R U 总电流 I I1 I2 I3 30 15 10 A 55 A 总电阻 321 1111 RRRR 12 1 8 1 4 1 R 2 2 或 R 2 2 I U 55 120 四 小结四 小结 1 串联是多个电阻依次连接并通过同一电流 电阻串联有分压的作用 2 并联是将多个电阻连接在两个公共节点之间 承受同一电压 电阻并联有分流作用 3 无论是串联还是并联等效电阻 都是从电路的端口对外电路等效的 其内部是不能等效的 4 在只要求估算时 阻值相差很大的两个电阻串联 小电阻的分压作用可以忽略不计 阻值相 差很大的两个电阻并联 大电阻的分流作用可以忽略不计 五 习题五 习题 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 一 是非题 6 7 二 计算题 2 四 作图题 1 课题课题 1 7 电气设备额定值电气设备额定值 教学目标教学目标 了解电气设备额定值 教学重点教学重点 额定值的意义 教学难点教学难点 额定值与实际值的区别 教学过程教学过程 一 复习一 复习 1 电功率的定义和计算方法 2 并联电路 二 引入新课二 引入新课 从应用的角度来说 额定值有着十分重要的意义 它说明了电气设备正常工作应受到的一些限 制 超过额定值工作是不妥当的 但远离额定值 欠载 也是不科学的 三 讲授新课三 讲授新课 1 额定值 电气设备在正常工作时对电流 电压和功率具有一定限额 2 额定值表示方法 1 利用铭牌标出 电动机 电冰箱 电视机的铭牌 2 直接标在该产品上 电灯泡 电阻 3 从产品目录中查到 半导体器件 3 额定状态 应用中实际值等于额定值时 电气设备的工作状态 4 过载 实际值超过额定值 5 欠载 实际值低于额定值 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 例 1 8 标有 100 4 W 的电阻 如果将它接在 20 V 或 40 V 的电源上 能否正常工作 解 该电阻阻值为 100 额定功率为 4 W 也就是说 如果该电阻消耗的功率超过 4 W 就 会产生过热现象甚至烧毁 1 在 20 V 电压作用下时 P W 4 W 100 20 22 R U 该值等于额定功率 因此在 20V 的电源电压时可以正常工作 2 在 40V 电压作用下时 同理可得 P W 16 W 100 40 2 16 W 4 W 此时该电阻消耗的功率已经大大超过其额定值 这种过载情况极易烧毁电阻 使 其不能正常工作 应更换阻值相同 额定功率大于或等于 16 W 的电阻 四 小结四 小结 1 额定值是指导使用者正确使用电气设备的主要依据 2 但要提醒注意的是电气设备的额定值并不一定等于该设备使用时的实际值 电压 电流和功 率等 3 从负载和电源两个方面来看待额定值与实际值之间的关系 1 当负载一定 电源电压发生波动时 会影响到电气设备的实际值 例如额定值为 220 V 40 W 的电灯泡 在电源电压高于或低于 220 V 时 它的实际值也会随之大于或小于额定值 2 电源的额定功率通常不为实际值 即电源一般不处于额定工作状态 因为在一定电压下电 源输出的功率和电流取决于负载的大小 即负载需要多少功率和电流 电源在额定值范围内提供多 少 五 习题五 习题 一 是非题 4 5 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 课题课题 1 8 电路中各点电位的计算电路中各点电位的计算 教学目标教学目标 知道电路中各点电位的意义 学会对电路中电位的简单计算 教学重点教学重点 合理 合适地选择参考点 教学难点教学难点 电路中电位的计算 教学过程教学过程 一 复习一 复习 1 欧姆定律 2 电位的概念 二 引入新课二 引入新课 在实际电气 电子技术中 特别是电子维修技术中 大量的数据是通过对电位进行分析得到 所以 认真研究电路中的电位 对一线工程技术人员是很重要的 三 讲授新课三 讲授新课 在分析 计算电路中某点的电位时 选择参考点从原则上讲是任意的 但一经选定在分析和计 算过程中就不得改动 例 1 9 在图 1 33 所示电路中 已知 E 10 V R1 1 R2 9 I 1 A 分别以 C A 为 参考点 求 A B C 各点的电位值及 BA 两点之间的电压 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 图 1 33 例题 1 9 附图 解 电位的计算是从电路中某点到公共点 路径任意 沿途电压升高和降低的代数和 电动势 E 由低电位指向高电位 对于电阻压降 电流从高电位端流入 低电位端流出 1 以 C 点为参考点 VC 0 A B C 点的电位为 VC 0 VA R2 I 9 1 V 9 V 或 VA E R1I 10 1 1 V 9 V A 点与参考点之间有 2 段电路 沿任一电路计算结果是一致的 即电路中某点对参考点电位是 唯一的 VB E 10 V UBA VB VA 10 9 V 1 V 2 以 A 点为参考点 VA 0 A B C 点的电位值为 VA 0 V VB R1 I 1 1 V 1 V VC R2 I 9 1 V 9 V 或 VC E R1I 10 1 1 V 9 V UBA VB VA 1 0 V 1V 结论 参考点不同的选择 电位值也就不同 但电压值不变 即电位值与参考点的选择有关 而电压值与参考点无关 四 小结四 小结 1 参考点的选择是任意的 一个电路只能选择一个参考点 2 对于电位的正负 高于参考点的电位为正 低于参考点的电位为负 3 电位是某点对零电位之间的电压 即电位是电压的一种特殊情况 没有本质上的区别 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 4 电位的高低与参考点选择有关 而两点之间的电压值是不会变化的 所以电路中各点电位值 的高低是相对的 而两点之间的电压值是绝对的 五 习题五 习题 一 是非题 8 9 10 二 选择题 4 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 课题课题 1 9 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 教学目标教学目标 描述基尔霍夫定律 教学重点教学重点 基尔霍夫定律 教学难点教学难点 应用基尔霍夫第二定律列独立方程式 教学过程教学过程 一 复习一 复习 1 电位的概念 2 全电路欧姆定律 二 引入新课二 引入新课 基尔霍夫定律是电工基础理论中十分重要的定律 应用欧姆定律可以求解一般电路 但复杂电 路的求解必须应用基尔霍夫定律 或其他求解复杂电路的的定理 四 讲授新课四 讲授新课 1 9 1 基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律 电流定律 电流定律 KCL 1 支路 一段不分岔的电路 2 结点 有三条或三条以上支路的连接点 3 基尔霍夫第一定律 任一瞬时电路在结点上电流的代数和为零 即 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 I 0 例 1 10 列写出图 1 34 电路中结点 A 的基尔霍夫第一定律表达式 图 1 34 具有两个结点的电路 解 对于结点上的电流 假设流入结点电流为正 流出结点电流为负 那么 I1 I2 I3 0 或 I1 I2 I3 可见 基尔霍夫第一定律也可描述为流入结点电流的代数和等于流出结点电流的代数和 1 9 2 基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律 电压定律 电压定律 KVL 1 回路 在电路中由支路组成的任一闭合路径 注意 图 1 34 所示电路中除了有回路 和回路 以外 沿电路外围由电动势 E1 电阻 R1 R3 也构成一个回路 2 基尔霍夫第二定律 任一瞬时沿回路绕行一周 所有电动势的代数和等于所有电压降的代数 和即 E U 或 E RI 例 1 11 列写出图 1 34 电路中回路 的基尔霍夫第二定律表达式 解 设定回路 的绕行方向为顺时针方向 那么电动势方向与绕行方向一致时为正 相反时 为负 电压降方向由电流方向决定 所以电流方向与绕行方向一致时为正 相反时为负 E1 E2 R1I1 R2 I2 或 E1 R2 I2 E2 R1 I1 四 小结四 小结 1 基尔霍夫电流定律 KCL E 0 反映了汇合到电路中任一结点的各支 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 路电流间的相互制约关系 基尔霍夫电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面 2 基尔霍夫电压定律 KVL U 0 反映了一个回路中各段电压间的相互制约关系 基尔霍夫电压定律可以推广应用于开路 电路 五 习题五 习题 一 是非题 12 13 三 计算题 3 4 5 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 课题课题 1 10 支路电流法支路电流法 教学目标教学目标 知道支路电流法 教学重点教学重点 应用基尔霍夫定律列 m 个独立方程 教学难点教学难点 应用基尔霍夫定律列 m 个独立方程 教学过程教学过程 一 复习一 复习 1 三元一次方程求解方法与步骤 2 基尔霍夫电压定律方程式中正 负号的确定 二 引入新课二 引入新课 复杂电路是电气工程技术中大量碰到的电路 因此从这个角度来说 自本节开始所讲述的新内 容才真正具有解决实际问题的意义 三 讲授新课三 讲授新课 1 复杂电路 指像图 1 34 所示的这种无法用串 并联方法直接应用欧姆定律求解的电路 2 支路电流法 以支路电流为求解对象 应用基尔霍夫第一 第二定律对结点和回路列出所需 的方程组 然后求解各支路电流 3 支路电流法解题步骤 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 步骤一 选择各支路电流参考方向 在图 1 34 中 选取支路电流 I1 I2和 I3的参考方向如图中 所示 步骤二 根据结点数列写独立的结点电流方程式 在图 1 34 所示电路中 有 A 和 B 两个结点 利用 KCL 列出结点方程式 结点 A I1 I2 I3 0 结点 B I1 I2 I3 0 一般来说 电路中有 2 个结点时 只能列出 1 个独立方程 可以在 2 个结点中任选其中 1 个方 程 步骤三 根据网孔 利用 KVL 列写回路电压方程式 补齐不足的方程数 一般情况下以自然网 孔为对象列写电压方程为宜 这样可以防止列写的电压方程不独立 利用 KVL 对回路 I 和回路 II 列写电压方程式 回路 I E1 E2 R1 I1 R2 I2 回路 II E2 R2 I2 R3 I3 步骤四 联立求解方程组 求出各支路电流 I1 I2 I3 0 E1 E2 R1 I1 R2 I2 E2 R2 I2 R3 I3 代入已知数值 R1 R2 R3 E1 E2 可求得电流 I1 I2 I3 例 1 12 在图 1 35 所示电路中 已知 R1 5 R2 10 R3 15 E1 80 V E2 80 V 求各支路中的电流 图 1 35 例题 1 12 附图 解 应用支路电流法求解该电路 由于待求支路有 3 条 所以必须列出 3 个独立方程才能求解 3 个未知电流 I1 I2和 I3 1 设各支路电流参考方向如图 1 35 中所示 2 应用 KCL 对结点 A 列写电流方程 I1 I2 I3 0 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 3 应用 KVL 对回路列写电压方程式 因为已列出 1 个独立的电流方程 所以必须补写 2 个 独立的电压方程 按网孔选定 2 个回路 绕行方向如图 1 35 所示 回路 E1 R1 I1 R3 I3 回路 E2 R2 I2 R3 I3 4 联立求解方程组 求出各支路电流数值 I1 I2 I3 0 E1 R1 I1 R3 I3 E2 R2 I2 R3 I3 代入参数 I1 I2 I3 0 180 5 I1 15 I3 80 10 I2 15 I3 解联立方程可得 I1 12 A I2 4 A I3 8 A 求得结果中 I1和 I3为正值 说明电流的实际方向与参考方向一致 I2为负值 说明电流的实际 方向与参考方向相反 四 小结四 小结 支路电流法是基尔霍夫定律在复杂电路中的应用 其求解步骤如下 1 确定电路的支路数 m 选定各支路电流的正方向 2 若电路共有 n 个节点 利用基尔霍夫电流定律列出列 n 1 个独立的节点电流方程 3 利用基尔霍夫电压定律列写出独立回路的电压方程式 一般按网孔选择的回路 列写的方 程都是独立的 4 解独立方程数目等于 m 个联立方程式 即可求出各支路电流的 5 利用欧姆定律和基尔霍夫电压定律求出各支路电压 五 习题五 习题 一 是非题 14 三 计算题 6 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 课题课题 1 11 电路模型的概念及电流源 电压源电路模型的概念及电流源 电压源 教学目标教学目标 描述电压源与电流源的概念 简单等效变换 教学重点教学重点 电路模型的概念 电源模型中的电压源 教学难点教学难点 电源模型 电流源 电压源 教学过程教学过程 一 复习一 复习 电源的外特性 二 引入新课二 引入新课 引入电路模型是为了更好地对实际电器元件进行分析和研究 是按科学规律认识自然现象 了 解其内在规律 认识其特性 使其为生产和生活服务 三 讲授新课三 讲授新课 1 11 1 电路模型的概念电路模型的概念 电路图中的各元件都是以 模型 的形式表现的 电路模型 是等效的概念 把元件看成理想元件 认为它们只具有电阻 电感和电容 是一种 纯元件 1 11 2 电源模型 电流源 电压源 电源模型 电流源 电压源 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 1 电压源模型 由一个电动势为的理想电压源和代表内阻为 R0的电阻元件串联而成 如图 S U 1 36 所示 电池 收音机使用的稳压电源 I 0 S R UU 0 S R U 0 R U 2 电流源模型 由一恒定的电流为的理想电流源和代表内阻为 R0的电阻元件并联而成 如 S I 图 1 37 所示 光电池 I S I 0 R U 图 1 36 电压源的模型 图 1 37 电流源的模型 3 电压源与电流源等效变换条件 Is 0 R US US R0 IS 转换过程如图 1 38 所示 图 1 38 电压源和电流源的转换 注意 等效转换时 1 电压源中电压 US的正极性端与电流源 Is的流出端相对应 2 理想电 压源和理想电流源所串联或并联的电阻也不仅局限于电源的内阻 例 1 13 电路如图 1 39 a 所示 US1 10 V US2 8 V R1 2 R2 2 R3 2 求 电阻 R3中的电流 I3 参考方向已标在图中 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 a b c d 图 1 39 例题 1 13 附图 解 利用电源等效变换方法 将图 1 39 a 所示电路经几次变换 化简为简单电路 其过程 如图 1 39 b c d 最后利用全电路欧姆定律求解电阻 R3中的电流 I3 其求解步骤如下 1 US1 R1和 US2 R2两个电压源支路等效转换成 Is1 R1和 Is2 R2两个电流源 如图 1 37 b 所示 IS1 A 5 A R1 2 2 10 1 1S R U IS1 A 4 A R2 2 2 8 2 2S R U 2 电流源 IS1 IS2合并为一个电流源 Is 两个电阻 R1 R2并联等效为一个电阻 R 如图 1 39 c 所示 IS IS1 IS2 5 4 A 9A R 1 22 22 31 31 RR RR 3 电流源 IS R 等效转换成电压源 US R 如图 1 39 d E RIS 1 9 V 9 V R 1 4 利用全电路欧姆定律 求电阻 R3中的电流为 I3 A 3 A 21 9 3 S RR U 计算结果 I3为正值 说明设定的参考方向与实际方向一致 四 小结四 小结 1 电路模型是将实际电路元件 理想化 将它们看成是一种 理想元件 2 电压源模型是由理想电压源 US和内阻 R0串联而成 其外特性是一条向下倾斜的直线 3 电流源模型是由理想电流源 IS和内阻 R0并联而成 其外特性是一条向下倾斜的直线 4 几点说明 1 电流源和电压源之间的等效变换的前提条件是需对外部电路等效 2 等效变换过程中可将外电路电阻计入内 电阻 浏 阳 市 职 业 中 专 电 工 技 术 3 理想电流源和电压源之间不能等效变换 五 习题五 习题 一 是非题 15 16 17 二 选择题 7 三 计算题 7 课题课题 1 12 戴维宁定理戴维宁定理 教学目标教学目标 知道戴维宁定律的基本概念 教学重点教学重点 戴维宁定理 教学难点教学难点 戴维宁定理 教学过程教学过程 一 复习一 复习 1 基尔霍夫电压定律 2 电阻串 并联计算 二 引入新课二 引入新课 电路分析与计算过程中 有一种经常出现的情况 对于一个复杂电路 只要求求出其中一条支 路的电流 或电压 此时应用戴维宁定理是十分快捷的工具之一 三 讲授新课三 讲授新课 1 二端网络 一般来说是具有两个接线端的部分电路 2 无源二端网络 内部不含电源的二端网络 3 有源二端网络 内部含有电源的二端网络 4 戴维宁定理 任何一个有源二端网络 只要其中的元件都是线性的 就可以用一个电压源模 型来代替 其中理想电压源 US0等于该有源二端网络开路时的端电压 电阻 R0等于该有源二端网络 除去电源后 理想电压源短路 理想电流源开路 在其端口处