课程教案电工电子技术

精品文档 1欢迎下载 山 东 协 和 学 院 课课 程程 教教 案案 使用教材使用教材 电电工工与与电电子子技技术术 出版社出版社 人民邮电出版社人民邮电出版社 适用专业适用专业机机械械设设计计制制造造及及其其自自动动化化 层层 次次 本科本科 总学时总学时 8080 授课教师授课教师 马磊马磊 教研室教研室 自动化自动化 教研室教研室 授课学年授课学年 15 1615 16 学年学年 学学 期期 第一第一 学期学期 精品文档 2欢迎下载 课课 程程 教教 案案 教 师马磊职称副教授专业机设班级2 班 课程名称 电工与电子技术 章 节 第一章1 1 电路的作用与组成部分 1 2 电路的模型 1 3 电路的基本物理量及参考方向 教学时数 2 教学方法及手段多媒体 板书 目 的 要 求 1 了解电路的作用 电路模型 2 掌握电路的组成及其功能 3 掌握电路的基本物理量 电压 电流的定义和参考方向 功率的计算 时间 分 配 教 学 内 容 提问 试想如果没有电 生活将会怎样 提问 试想如果没有电 生活将会怎样 导入新课 导入新课 电工学是非电专业的技术基础课 通过本课程的学习 使学生具备电工 技术与电子技术的基础知识 为升学以及后续课程打下一定的基础 1 电工学课程研究的对象 电 2 电工学课程的发展 3 电能的优越性 1 便于转换 2 便于输送 3 便于控制 重 点 难 点 思 考 题 重点 电路的组成及其功能 难点 无 思考题 本节全部思考题 精品文档 3欢迎下载 参 考 文 献 1 电工电子技术 刘述民 人民邮电出版社 2 电工电子技术 于荣义 人民邮电出版社 课程教案附页课程教案附页 内 容 时间 分配 精品文档 4欢迎下载 第第 1 1 章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律 电路 电流流通的路径 直流电路 由直流电源供电的电路 一 电路的组成及作用 电路就是电流通过的闭合路径 它是由各种电气器件按一定方式用导线连接组 成的总体 电路的结构形式和所能完成的任务是多种多样的 从日常生活中使用的 用电设备到工 农业生产中用到的各种生产机械的电器控制部分及计算机 各种测 试仪表等 从广义说 都是电路 最简单的电路如图所示的手电筒电路 1 组成 电路主要由三部分组成 1 电源 是供应电能的设备 在发电厂内将化学能或机械能等非电能转换 为电能 如电池 蓄电池 发电机等 2 负载 是使用电能的设备 又称用电器 作用是将电能转换成其它形式 的能量 如电灯 电炉 扬声器 电动机等 3 中间环节 用于连接电源和负载 起传输和分配电能或对电信号进行传 递和处理的作用 如变压器 输电线等 2 电路模型和电路图 实际电路元件电磁性质较为复杂 为便于对实际电路进行分析 需用能够代表 其主要电磁特性的理想电路元件或它们的组合来表示 理想电路元件就是指只反映 某一个物理过程的电路元件 包括电阻 电感 电容 电源等 用理想电路元件所 组成的电路即为电路模型 手电筒电路的电路模型如图所示 RL C 干 电 池 电 源 开关 导线 中间环节 白 炽 灯 负 载 E L R o R S 课程教案附页课程教案附页 内 容 时间 分配 精品文档 5欢迎下载 3 作用 1 进行电能的传输和转换 如照明电路 动力电路等 典型电路是电力系 统 发电机升压变压器降压变压器 输电线 电动机 电灯 电炉 负载 电源 中间环节 2 实现信息的传输和处理 如测量电路 扩音机电路 计算机电路等 典 型电路是扩音机 晶体管放大电路 扬 声 器 中间环节 电源 负载 二 电流 1 电流的形成 电荷的定向移动形成电流 2 电流的大小 电流的大小是指单位时间内通过导体横截面的电荷量 恒定电流 DC t Q I 交变电流 AC t q i 大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流 也称为直流电流 用表示 I 大小和方向随时间变化的电流称为交变电流 简称交流电流 用i表示 电流的单位为 A 安 培 还有 kA 千安 mA 毫安 A 微安 等 3 1kA10 A 36 1A10 mA10A 3 电流的方向 1 实际方向 习惯上规定正电荷移动的方向或负电荷移动的反方向为电流的实际方向 课程教案附页课程教案附页 内 容 时间 分配 精品文档 6欢迎下载 2 参考方向 可以任意选取 在分析电路时 常常要知道电流的方向 但有时电路中电流的实际方向难于判 断 此时常可任意选定某一方向作为电流的 参考方向 也称正方向 所选的参考方向不一定与实际方向一致 当电流的实际方向与其参考方向一致时 则电流为正值 反之 当电流的实际 方向与其参考方向相反时 则电流为负值 如图所示 II 实际方向实际方向 参考方向参考方向 aabb a b 0I 0I 4 电流的表示方法 1 箭头 2 双下标 ab I 5 电流的测量 用电流表 安培表 来测量 测量时注意 1 交 直流电流用不同表测量 2 电流表应串联在电路中 3 直流电流表有正负端子 即 记号 接线时不能接错 4 选择正确的量程 三 电压 电位差 1 物理意义 在图中 极板 a 带正电 极板 b 带负电 a b 间存在电场 正极板 a 上的正 电荷在电场力的作用下从 a 经过负载移到负极板 b 从而形成了电流 这说明电场 力做功产生了电流 I 负载 ab UE a b 规定 电场力把单位正电荷从 a 点移动到 b 点所做的功称为 a b 两点之间的电 课程教案附页课程教案附页 内 容 时间 分配 精品文档 7欢迎下载 压 用表示 电压的单位为 V 伏 特 还有 kV 千伏 mV 毫伏 ab U V 微伏 等 3 1kV10 V 36 1V10 mV10V 2 实际方向 由高电位指向低电位 结论 结论 对于电阻性负载来说 没有电流就没有电压 有电压就一定有电流 电阻两端对于电阻性负载来说 没有电流就没有电压 有电压就一定有电流 电阻两端 的电压常叫做电压降 压降 的电压常叫做电压降 压降 而对于电源来说 其端电压的实际方向是正极指向负极 而对于电源来说 其端电压的实际方向是正极指向负极 3 参考方向 可以任意选取 同电流参考方向的选取 4 电压的表示方法 1 箭头 2 正负号 3 双下标 ab U 5 电压的测量 用电压表 伏特表 来测量 测量时注意 1 交 直流电压用不同表测量 2 电压表应并联在被测电路两端 3 直流电压表有正负端子 即 记号 接线时不能接错 4 选择正确的量程 课程教案附页课程教案附页 内 容 时间 分配 精品文档 8欢迎下载 例例 电路如图所示 已知 求 1 6VU 2 4VU ab U 1 U 2 U a b 解 ab12 6V 4V 10VUUU 四 电动势 1 物理意义 为维持电路中的电流流通 则必须保持电路 a b 两端间的电压恒定不变 ab U 这就需要电源力源源不断地把正电荷从负极板 b 移回正极板 a 上 规定 电源力克服电场力把单位正电荷从 b 点 负极 经电源内部移回到 a 点 正极 所做的功 叫电动势 用表示 E 2 电动势的实际方向 电动势的实际方向规定 在电源内部由负极指向正极 即电位升 其单位与电 压单位相同 也是伏特 V 结论 结论 对于一个电源来说 既有电动势 又有端电压 电动势只存在于电源内部 方对于一个电源来说 既有电动势 又有端电压 电动势只存在于电源内部 方 向由负极指向正极 而端电压只存在于电源外部 其方向由正极指向负极 向由负极指向正极 而端电压只存在于电源外部 其方向由正极指向负极 一般情况下 电源的端电压总是低于电源内部的电动势 只有当电源开路或者一般情况下 电源的端电压总是低于电源内部的电动势 只有当电源开路或者 电源的内阻忽略不计时 电源的端电压才与其电动势相等 电源的内阻忽略不计时 电源的端电压才与其电动势相等 3 电动势 和电压 的区别 E ab U 课程教案附页课程教案附页 内 容 时间 分配 精品文档 9欢迎下载 物理意义不同 实际方向不同 电动势只表示电源 而电压既可表电源 也可表负载 4 直流电动势的两种图形符号 五 功率 把单位时间内电场力所做的功称为电功率 用 P 表示 定义式 2 2 WU PUII R tR 单位 W kW mW 其中 W 为电功 指电流所做的功 简称 电功 电能 电流做功的 过程 实质上就是把电能转换为其他形式的能的过程 表达式 WUIt 单位 焦耳 J 或千瓦时 kW h 1指 1 千瓦功率的设备 使用 1 小时所消耗的电能 俗称 1 度电 kW h 小结 小结 本次课讲解了组成电路的三要素 电流这个主要物理量的物理意义及实际本次课讲解了组成电路的三要素 电流这个主要物理量的物理意义及实际 方向与参考方向的含义 要求学生掌握电压 电动势和功率三个基本物理量 方向与参考方向的含义 要求学生掌握电压 电动势和功率三个基本物理量 并知道电压与电动势间的区别 并知道电压与电动势间的区别 课课 程程 教教 案案 教 师马磊职称副教授专业机设班级2 班 精品文档 10欢迎下载 课程名称 电工与电子技术 章 节 1 4 欧姆定律 1 5 电路的工作状态 1 5 1 有载工作状态及额定工作状态 1 5 2 断路 1 5 3 短路 教学时数 3 教学方法及手段多媒体 板书 目 的 要 求 1 了解电阻串并联的实际应用 进一步熟悉欧姆定律及其应用 2 掌握电路常见的三种状态及其特点 时间 分 配 教 学 内 容 复习提问 复习提问 1 1 电动势与电压的区别 电动势与电压的区别 2 2 1 1 度电的概念 度电的概念 一 部分电路欧姆定律 1 部分电路 只含有负载而不包含电源的一段电路 2 内容 流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比 与电阻值成IUR 反比 称为部分电路欧姆定律 3 表达式 参考方向一致 U I R UI 参考方向不一致 U I R UI 重 点 难 点 思 考 题 重点 1 电路常见的三种状态及其特点 2 欧姆定律及其应用 难点 无 参 考 文 献 1 电工电子技术 刘述民 人民邮电出版社 2 电工电子技术 于荣义 人民邮电出版社 课程教案附页课程教案附页 精品文档 11欢迎下载 内 容 时间 分配 R R IIUU R R IIUU a 参考方向一致 b 参考方向不一致UIUI 例例 1 1 应用欧姆定律对下图电路列出式子 并求电阻R R U 6V 2A R U 6V I a b I 2A 解 对图 a 有 UIR 6 3 2 U R I 对图 b 有 UIR 6 3 2 U R I 二 全电路欧姆定律 1 概念 1 全电路 含有电源的闭合电路 2 内电路 电源内部的电路 外电路 电源外部的电路 3 内电阻 电源内部的电阻 简称内阻 用表示 S R 外电阻 外电路的电阻 用表示 L R 2 内容 闭合电路中的电流与电源的电动势成正比 与电路的总电阻 IE 即内电阻和外负载电阻之和 成反比 SL RR E I U L R S R 课程教案附页课程教案附页 精品文档 12欢迎下载 内 容 时间 分配 3 表达式 SL E I RR SL IRIREUU 外内 是内阻上的压降 既是外阻上的压降 又是电源两端的电压 路端电U内U外 压或端电压 电路的三种工作状态电路的三种工作状态 一 负载的额定值 1 额定电流 额定电压和额定功率 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 2 铭牌数据 通常电气设备或元件的额定值标在产品的铭牌上 故额定值也称铭牌数据 如 一白炽灯标有 220V 40W 表示它的额定电压为 220V 额定功率为 40W 3 电气设备的工作状态 1 额定工作状态 电气设备或元件在额定功率下工作的状态 也称为满载 状态 电气设备满载工作时经济合理 安全可靠 2 轻载状态 电气设备或元件低于额定功率运行的工作状态 也称为欠载 状态 电气设备轻载工作时不经济 3 过载状态 电气设备或元件高于额定功率运行的工作状态 也称为超载 状态 电气设备超载工作时容易损坏或造成严重事故 一般不允许出现 二 电路的三种状态 1 通路 电源的有载工作 将电路中的开关 S 闭合 电源与负载接通 构成回路 电源处于有载工作状态 a 电源的 L R S I E o R U L UL R S I E o R 0U L UL R S 0I E o R o U L U 有载工作 b 电源开路 c 电源短路 课程教案附页课程教案附页 精品文档 13欢迎下载 内 容 时间 分配 电路中的电流为 OL E I RR 端电压与输出电流的关系为 O UER I 上式表明 当电源具有一定值的内阻时 端电压总是小于电源电动势 当电源 电动势和内阻一定时 端电压随输出电流的增大而下降 电源产生的功率 负载取 用的功率 内阻及线路损耗的功率 2 开路 断路 将图中的开关 S 断开 电源处于开路状态 也称为电源的空载运行 相当于 此时负载上的电流 电压和功率均为零 即 电源的开路电压等于电源 L R 的电动势 0I O UUE 3 短路 电源两端由于某种原因直接接触时 电源就被短路 电路处于短路运行状态 其特点是 被短路元件两端电压为 0 电路中电流称为短路电流 且有 S I S O E I R 电源输出电压为 SO 0UEI R 短路电流很大 如果没有短路保护 会发生火灾 短路是电路最严重 最 S I 危险的事故 是禁止的状态 产生短路的原因主要是接线不当 线路绝缘老化损坏 等 应在电路中接入过载和短路保护 本次课小结 本次课小结 通过本次课讲解 要求学生了解用电设备的几种工作状态 掌握电路有载工作 通过本次课讲解 要求学生了解用电设备的几种工作状态 掌握电路有载工作 开路与短路的特点 开路与短路的特点 课课 程程 教教 案案 精品文档 14欢迎下载 教 师马磊职称副教授专业机设班级2 班 课程名称 电工与电子技术 章 节 1 6 基尔霍夫定律 1 7 电路中电位的概念和计算方法 教学时数 2 教学方法及手段多媒体 板书 目 的 要 求 1 理解基尔霍夫两定律阐述的内容 2 掌握基尔霍夫两定律的应用 时间 分 配 教 学 内 容 复习提问 电路有载工作 开路与短路的特点 复习提问 电路有载工作 开路与短路的特点 导入新课 导入新课 电路有简单电路和复杂电路之分 不能用电阻串 并联关系化简的电路 叫做复杂电路复杂电路 分析电路的方法很多 但它们的依据是电路的两条基本定律 欧姆定律和基尔霍夫定律 基尔霍夫定律既适用于直流电路 又适用于 交流电路 它包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律两个定律 基尔霍 夫电流定律应用于节点 基尔霍夫电压定律应用于回路 为了阐明该定律 先介绍电路的几个基本术语 1 支路支路 电路中的每一个分支称为支路 它由一个或几个相互串联的 电路元件构成 在同一支路内 流过所有元件的电流相等 如图所示电路中 有 3 条支路 分别是 ab acb adb 其中 含有电源的支路称有源支路有源支路 不 含电源的支路称无源支路无源支路 重 点 难 点 思 考 题 重点 1 基尔霍夫定律的应用 难点 2 1 基尔霍夫定律的应用 思考题 课后习题 参 考 文 献 1 电工电子技术 刘述民 人民邮电出版社 2 电工电子技术 于荣义 人民邮电出版社 课程教案附页课程教案附页 精品文档 15欢迎下载 内 容 时间 分配 2 节点节点 三条或三条以上支路所汇成的交点叫节点 图中共有 2 个节点 分别是节点 a 和节点 b 3 回路回路 电路中任意由支路组成的闭合路径叫回路 图中共有 3 个回路 分别是 abca abda adbca 4 网孔网孔 中间无支路穿过的最简单回路叫网孔或独立回路 图中共有 2 个 网孔 分别是 abca abda 2 E 3 R 2 R 3 I a b 1 R 1 E 1 I 2 I 3 U 1 U 2 U cd 一 基尔霍夫电流定律 第一定律 简称 KCL 节点 1 内容 1 在任一瞬间 流入某一节点的电流之和等于流出该节点的电流之 和 表达式为II 入出 如上图 对于节点 a 有 312 III 将上式改写成 312 0III 因此得到0I 2 内容 2 在任一瞬间 流入 或流出 该节点的电流代数和恒等于零 符 号的规定 流入节点的电流取 号 流出节点的电流取 号 表达式为 0I 例例 1 1 如图所示电路 已知 求 1 2AI 2 3AI 3 0 5AI 4 1AI 1 AB 支路的电流 2 交于 B 点的另一支路电流 R I 5 I 3 I A 1 I 2 I R I B 4 I 5 I R 课程教案附页课程教案附页 精品文档 16欢迎下载 内 容 时间 分配 解 1 对于节点 A 有 12 2A3A5A R III 2 对于节点 B 有 435R IIII 54R3 1A5A 05A 3 5AIIII 例例 1 1 已知 求 1 2AI 2 3AI 3 2AI 4 I 2 I 4 I 1 I 3 I 解 1234 0IIII 4123 2 3 2 3AIIII 3 推广应用 不仅适用于结点 还适用于任一假设的闭合面 把该闭合面看成广义大节 点 还可以列写电流方程 bc I ca I ab I a b c 1 R 2 R 3 R a I b I c I 若把虚线所围的闭合面看成是一个节点 应有 abc III 例例2 2 已知 求 和 1 1AI 2 3AI 5 9AI 3 I 4 I 6 I 课程教案附页课程教案附页 精品文档 17欢迎下载 内 容 时间 分配 3 I 1 I 2 I 5 I 4 I 6 I 解 312 1A3A4AIII 453 9A4A5AIII 642 5A3A8AIII 或用基尔霍夫电流定律的推广形式 将中间三条支路看成一个广义节点 则有 两种结果完全相同 165 III 651 9A1A8AIII 二 基尔霍夫电压定律 第二定律 简称 KVL 回路 1 内容 在任一闭合回路中 沿某循环方向各部分电压降的代数和等于零 其数学表达式为 符号的规定 0U 电源电源 正极指向负极的方向与循环方向一致 取正极指向负极的方向与循环方向一致 取 E E 号 正极指向负极号 正极指向负极 的方向与循环方向不一致 取的方向与循环方向不一致 取 E E 号 号 负载负载 电流电流的参考方向与循环方向一致 电阻上的压降的参考方向与循环方向一致 电阻上的压降取取 IRIR 号 号 IIR 电流电流的参考方向与循环方向不一致 电阻上的压降的参考方向与循环方向不一致 电阻上的压降取取 IRIR 号 号 IIR 下图中 对于回路 abca 按顺时针循环一周 根据电压和电流的参考方向可 列出 1 1331 0R IR IE 2 E 3 R 2 R 3 I a b 1 R 1 E 1 I 2 I 3 U 1 U 2 U cd 课程教案附页课程教案附页 精品文档 18欢迎下载 内 容 时间 分配 例例 3 3 如图所示电路 列出相应的回路电压方程 3 I a b 1 I 2 I 100V 200V 20 25 10 回路 回路 解 对于回路 电压方程为 13 2010100VII 对于回路 电压方程为 23 2510200VII 2 推广应用 基尔霍夫电压定律不仅适用于电阻 电源等实际元件构成的 回路 也适用于假想的回路 2 E 3 R 2 R ab 1 R 1 E 1 I 2 I cd 4 R 电路中 a b 两点间开路无电流 设其间电压为 对假想回路 abdca 其循 ab U 环方向为顺时针方向 列出电压方程 ab423 1 0UR IR I 因此可求出 ab3 142 UR IR I 例例 1 10 1 10 如图示电路 已知电压 求 1 14VU S U I S U10V 3 2 1 U 解 图示电路右侧可以假想为闭合回路 按顺时针循环方向可得方程 1 210V0IU 课程教案附页课程教案附页 精品文档 19欢迎下载 内 容 时间 分配 1 210V 14V10V 4VIU 2AI 对于整个回路 按顺时针循环方向列电压方程 S 3210V0IIU S 32A 22A10V 20VU 电路中电位的计算电路中电位的计算 一 概念 是描述某一点性质的物理量 电位是分析电路常用的物理量 用 表示 从物理学可知 电压就是电位V 的差值 即 abab UVV 在进行电路研究时 常常要分析电路中各点电位的高低 为了确定电路中各点 的电位值 必须选择电位的零点 即参考点 在电路图中用符号 来表示 又 称零电位 若电路中 O 点为参考点 则 其他各点的电位都同它相比较 o 0VV 比它高的电位为正 比它低的电位为负 电路中某一点的电位等于该点到参考点之间的电压 根据定义 电路中 a 点的电位为 aao VU 例例 1 1 求各点电位 二 电位和电压的区别 A 电位针对一点 电压针对两点 aao UU abab UUU B 电位是相对的 电压是绝对的 三 电位的意义 相对的 课程教案附页课程教案附页 精品文档 20欢迎下载 内 容 时间 分配 参考点不同 同一点电位不同 一旦参考点选定 同一点的电位唯一 例例 如图示电路 已知 若 c 为参考点 求 1 6VU 2 4VU a V b V 和若 b 为参考点 再求 和 c V ab U a V b V c V ab U 1 U 2 U a b c 解 若 c 为参考点 即 则 c V0V aac1 6VVUU bbc2 4VVUU abab 6V4V10VUVV 若 b 为参考点 即 则 b V0V aab 10VVU ccb2 4VVUU 本次课小结 本次课小结 本次课讲解了基尔霍夫电压定律 基尔霍夫电流定律 要求学生熟本次课讲解了基尔霍夫电压定律 基尔霍夫电流定律 要求学生熟 练掌握基尔霍夫电压定律练掌握基尔霍夫电压定律 KVL KVL U U 0 0 基尔霍夫电流定律 基尔霍夫电流定律 KCL KCL I I入 入 I I出 出 I I 0 0 及其推广应用的灵活使用 及其推广应用的灵活使用 课课 程程 教教 案案 精品文档 21欢迎下载 教 师马磊职称副教授专业机设班级2 班 课程名称 电工与电子技术 章 节 2 1 电阻串 并连接及等效变换 2 1 1 电阻的串联 2 1 2 电阻的并联 教学时数 3 教学方法及手段多媒体 板书 目 的 要 求 1 掌握电阻串并联的特点 2 会分析计算串并联电路的等效电阻 时间 分 配 教 学 内 容 复习提问 基尔霍夫定律复习提问 基尔霍夫定律 导入新课 导入新课 一 电阻与电阻率 1 电阻 导体对电流的阻碍作用称为电阻 用符号R表示 电阻元件是 耗能元件 其单位为 欧姆 常用的电阻单位还有 k M 36 1k101M10 2 电阻率 导体的电阻是导体本身的一种性质 它的大小决定于导体的 材料 长度和横截面积 l R S 重 点 难 点 思 考 题 重点 1 串并联电路的特点 2 等效电阻的计算 难点 1 等效电阻的特点 参 考 文 献 1 电工电子技术 刘述民 人民邮电出版社 2 电工电子技术 于荣义 人民邮电出版社 课程教案附页课程教案附页 精品文档 22欢迎下载 内 容 时间 分配 式中 制成电阻的材料的电阻率 国际单位制单位为 绕制成 m l 电阻的导线长度 国际单位制单位为 m 绕制成电阻的导线横截面积 国际单S 位制单位为 电阻值 国际单位制单位为 2 mR 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 二 电阻的串联 多个元件逐个顺次连接起来 就组成了串联电路 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 1 R I U R I U 2 R 1 U 2 U 1 串联电路的特点 1 等效电阻 123n RRRRR 12 RRR 当时 大 12 RR 1 RR 2 流经各电阻的电流相等 3 串联总电压等于各电阻上电压之和 即 123n UUUUU 4 分压关系为 12n 12n UUUU I RRRR 当两只电阻R1 R2串联时 总电阻 则有分压公式 12 RRR 1 1 12 R UU RR 课程教案附页课程教案附页 精品文档 23欢迎下载 内 容 时间 分配 三 电阻的并联 把多个元件并列地连接起来 由同一电压供电 就组成了并联电路 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 1 R I U R I U 2 R 1 I 2 I 1 并联电路的特点 1 等效电阻 12n 1111 RRRR 12 12 12 R R RR R RR 12 0 向可变电阻负载 RL 传输最大功率的条件是 负载 电阻 RL 与单口网络的输出电阻 Rs 相等 满足 RL Rs 条件时 称为最大功率匹配 此 课程教案附页课程教案附页 精品文档 35欢迎下载 内 容 时间 分配 时负载电阻 RL 获得的最大功率为 s 2 s max 4R u p 举例说明 课堂练习 课堂小结及学生提问 10 分钟 课课 程程 教教 案案 教 师马磊职称副教授专业机设班级2 班 精品文档 36欢迎下载 课程名称 电工与电子技术 章 节 3 1 电阻元件 电感元件及电容元件 3 2 暂态过程和换路定理 教学时数 3 教学方法及手段 目 的 要 求 1 了解过渡过程的概念及电路存在过渡过程的原因 2 了解在分析电路过渡过程时应用的定律 换路定则 3 熟练计算电路在换路后的初始值 时间 分 配 教 学 内 容 一 过渡过程的概念 1 电路的稳态分析 2 电路的过渡过程 电路从一种稳定状态转变到另一种稳定状态所经历的中间过程 3 产生过渡过程的原因 换路的概念 电路状态的改变 如通电 断电 短路 电信号突变等 称为换路 电路中有储能元件 而能量不能跃变 是产生过渡过程的内因 二 换路定律 1 具有电感的电路 0 0 ll ii 2 具有电容的电路 0 0 cc uu 重 点 难 点 思 考 题 1 2 3 参 考 文 献 1 电工电子技术 刘述民 人民邮电出版社 2 电工电子技术 于荣义 人民邮电出版社 课程教案附页课程教案附页 精品文档 37欢迎下载 内 容 时间 分配 精品文档 38欢迎下载 精品文档 39欢迎下载 课课 程程 教教 案案 教 师马磊职称副教授专业机设班级2 班 课程名称 电工与电子技术 章 节 3 3 RC 电路暂态分析 3 3 1 RC 电路的零输入响应 3 3 2 RC 电路的零状态响应 3 3 3 RC 电路的全响应 教学时数 2 教学方法及手段 目 的 要 求 时间 分 配 教 学 内 容 重 点 难 点 思 考 题 1 2 3 参 考 文 献 1 电工电子技术 刘述民 人民邮电出版社 2 电工电子技术 于荣义 人民邮电出版社 精品文档 40欢迎下载 课程教案附页课程教案附页 内 容 时间 分配 精品文档 41欢迎下载 课课 程程 教教 案案 教 师马磊职称副教授专业机设班级2 班 课程名称 电工与电子技术 章 节 3 4 一阶电路暂态分析的三要素法 3 5 微分电路和积分电路 教学时数教学方法及手段 目 的 要 求 时间 分 配 教 学 内 容 重 点 难 点 思 考 题 1 2 3 参 考 文 献 1 电工电子技术 刘述民 人民邮电出版社 2 电工电子技术 于荣义 人民邮电出版社 精品文档 42欢迎下载 课程教案附页课程教案附页 内 容 时间 分配 精品文档 43欢迎下载 课课 程程 教教 案案 教 师马磊职称副教授专业机设班级2 班 课程名称 电工与电子技术 章 节 3 6 RL 电路暂态分析 3 7 习题 教学时数教学方法及手段 目 的 要 求 时间 分 配 教 学 内 容 重 点 难 点 思 考 题 1 2 3 参 考 文 献 1 电工电子技术 刘述民 人民邮电出版社 2 电工电子技术 于荣义 人民邮电出版社 精品文档 44欢迎下载 课程教案附页课程教案附页 内 容 时间 分配 精品文档 45欢迎下载 课课 程程 教教 案案 教 师马磊职称副教授专业机设班级2 班 课程名称 电工与电子技术 章 节 4 1 正弦量的三要素 教学时数 3 教学方法及手段 目 的 要 求 掌握正弦交流电路的基本概念 正弦量的表示方法 时间 分 配 教 学 内 容 复习提问 正弦函数的波形复习提问 正弦函数的波形 导入新课 导入新课 一 什么是交流电 直流电量直流电量 大小和方向均不随时间变化而变化的电量 交流电量交流电量 大小和方向均随时间作周期性的变化 且在一个周期内平均 值为零 正弦交流电量 大小和方向随时间按正弦函数规律变化的电流 电压或 电动势称为正弦交流电流 正弦交流电压或正弦电动势 统称为正弦交流电 或正弦量 重 点 难 点 思 考 题 1 2 3 参 考 文 献 1 电工电子技术 刘述民 人民邮电出版社 2 电工电子技术 于荣义 人民邮电出版社 精品文档 46欢迎下载 课程教案附页课程教案附页 内 容 时间 分配 和直流电相比 交流电具有以下优点 1 交流电比直流电输送方便 使用安全 2 交流电机结构比直流电机简单 成本也较低 使用维护方便 运行可靠 3 可以应用整流装置 将交流电变换成所需的直流电 二 交流电的产生 由交流发电机提供 也可由振荡器产生 三 正弦交流电的三要素 瞬时值表达式或解析式为 m m m sin 2 sin sin 2sin sin 2sin ii uu ee iItIt uUtUt eEtEt 由上式可知 正弦交流电的特征具体表现在变化的快慢 振幅的大小和计时时 刻的状态三个方面 这三个量称为正弦量的 三要素 它们分别用角频率 或频 率 周期 最大值 或有效值 和初相位来表示 1 周期 频率与角频率 周期 周期 正弦交流量变化一次所需要的时间 用表示 它的单位是秒 Ts 频率 频率 正弦量每秒内变化的次数 用表示 单位是赫兹 根据定义 频fHz 率与周期互为倒数 即 或 f T 1 T f 1 角频率 角频率 表示正弦量每秒变化的弧度数 用表示 单位是弧度每秒 T 三者之间的关系为 sradf f T 2 2 常识 常识 在我国工农业及生活中使用的交流电频率为 周期为 角50Hz0 02s 频率为或 习惯上称为工频工频 314rad s100 rad s m I m I i t T i O 精品文档 47欢迎下载 2 瞬时值 最大值与有效值 课程教案附页课程教案附页 精品文档 48欢迎下载 内 容 时间 分配 2 瞬时值 最大值与有效值 瞬时值 瞬时值 指正弦量在任意瞬时对应的值 用小写字母表示 如 iue 最大值 最大值 表示瞬时值中最大的值 又叫振幅值 峰值 用带有下标 的m 大写字母表示 如 m I m U m E 工程上常采用有效值有效值来衡量交流电能量转换的实际效果 有效值有效值是根据交流电流和直流电流的热效应相等的原则来定义的 经数学推算可以得出正弦交流电的有效值和最大值之间的关系 IIm2 UUm2 EEm2 注意 注意 符号不可以乱用 1 如无特别说明 本书中所说的交流电流 电压的大小 均指有效值 2 电气设备铭牌标注的额定值也是指有效值 3 用交流电表测得的值为交流电量的有效值 4 市用照明电压为 指的是有效值 最大值为3 相位220V220311V2 和初相位 正弦量在任意时刻的点角度称为相位角相位角 简称相位相位或相角相角 用表示 i t 时的相位称为初相位初相位或初相角初相角 简称初相初相 习惯上初相的取值范围在0t i 到之间 即 i 课程教案附页课程教案附页 精品文档 49欢迎下载 内 容 时间 分配 四 同频率正弦电量的相位关系 一个正弦交流电路中 电压和电流的频率是相同的 但它们的初相位有可能不 同 进行加减运算时 常常要考查它们之间的相位关系 相位差是一个关键参数 两个同频率的正弦量的相位角之差称相位差 用表示 设两个同频率的正弦电压和电流分别为 muu sin sin 2 uUtUt mii sin sin 2 iItIt 它们的相位差为 uiui tt 即 同频率的两个正弦量 其相位差等于它们的初相位之差 u i t u 2 O i u i t u O i u i t u O i u i t u O i a 超前 滞后 b 同相 c 反相 d 正交 在图 a 中 称为比 超前角 或称为 比滞后角 ui 0 ui iu 在图 b 中 称为和 同相 ui 0 ui 在图 c 中 称为和 反相 ui ui 在图 d 中 称为和 正交 ui 2 ui 例例 1 1 已知一正弦电动势最大值为 380V 频率为 50HZ 初相为 写出瞬时60 表达式 例例 2 2 正弦电压 求 U T f sin 31431130 Vut m U u 例例 3 1 3 1 已知两正弦电动势分别是 1 sin 100100 260 Vet 课程教案附页课程教案附页 内 容 时间 分配 精品文档 50欢迎下载 求 各电动势的最大值 有效值 频率 周期 初 2 sin 10065 230 Vet 相位和相位差 本次课小结 本次课小结 本次课要求学生了解正弦电量的特点 掌握正弦交流电的三要素 本次课要求学生了解正弦电量的特点 掌握正弦交流电的三要素 以及相关概念的计算 掌握同频率正弦电量的相位关系 以及相关概念的计算 掌握同频率正弦电量的相位关系 课课 程程 教教 案案 教 师马磊职称副教授专业机设班级2 班 课程名称 电工与电子技术 精品文档 51欢迎下载 章 节 4 2 正弦量的向量表示法 4 3 单一参数的交流电路 教学时数 2 教学方法及手段 目 的 要 求 1 掌握正弦交流电路的基本概念 正弦量的表示方法 2 掌握 R L C 三种元件的电压 电流的关系 时间 分 配 教 学 内 容 复习提问 复习提问 1 1 正弦交流电的三要素 正弦交流电的三要素 2 2 瞬时值表达式的书写 瞬时值表达式的书写 一 正弦交流电的相量图表示法 任何一个正弦量 都可以找到一个与之对应的空间矢量 一个正弦量有三大要素 即角频率 最大值和初相 正弦交流电路计算 时只要兼顾有效值和初相这两个要素即可 而空间矢量正好有两个要素 即 模与幅角 指极坐标式 若用它的模代表正弦量的最大值或有效值 用幅 角代表正弦量的初相 那么就可以用一个空间矢量表示正弦量了 为了与一 般的矢量有所区别 把表示正弦量的矢量称为相量相量 规定正弦量的相量用大 写字母上方加 来表示 重 点 难 点 思 考 题 1 2 3 参 考 文 献 1 电工电子技术 刘述民 人民邮电出版社 2 电工电子技术 于荣义 人民邮电出版社 课程教案附页课程教案附页 内 容 时间 分配 精品文档 52欢迎下载 O j 1 I i I 例例 2 1 2 1 设两个正弦交流电流表达式分别为 A ti sin2100 1 A 试用相量图来表示 60sin 50 2 ti 解 有效值A 初相 100 2 2100 2 1 1 m I I225 2 50 2 2 2 m I I 0 1 60 2 O 1 I 2 I 60 100A 25 2A 二 纯电阻交流电路 一 电阻元件 交流电路中如果只有线性电阻 这种电路叫做纯电阻电路 我们日常生活中 接触到的白炽灯 电炉 电熨斗等都属于电阻性负载 在这类电路中影响电流大小 的主要是负载电阻 R u i I U ui t t p a b c u i P 2 R O O u i I U ui t t p a b c u i P 2 R O O u i I U ui t t p a b c u i P 2 R O O 二 电压与电流关系 课程教案附页课程教案附页 精品文档 53欢迎下载 内 容 时间 分配 当u和i的参考方向相同时 根据欧姆定律得出 即电阻元件上的 u i R 电压与通过的电流成线性关系 若通过电阻的电流为时 电阻两端的电压则为tIi m sin sin sin m m uiRIt R Ut 比较两式可得如下结论 1 电阻元件上的电压u和电流i是同频率的正弦电量 2 电压和电流的相位 差 0 即u和i同相位 3 电压和电流的最大值 有效值的关系仍符合欧姆定律 mm UI R UIR 4 波形图和相量图如图所示 三 功率 1 瞬时功率 在交流电路中 电路元件上的瞬时电压与瞬时电流之积为该元件的瞬时功率 用p表示 单位为 W 瓦 特 电阻元件上的瞬时功率为 2 2 sin0 m U puit R 说明电阻是耗能元件 2 有功功率 平均功率 电阻是耗能耗能元件 为了反映电阻所消耗功率的大小 在工程上常用平均功率 也叫有功功率 来表示 所谓平均功率就是瞬时功率在一个周期内的平均值 用 大写字母P表示 用数学表达式表示为 课程教案附页课程教案附页 内 容 时间 分配 精品文档 54欢迎下载 2 2 U PUII R R 计算公式和直流电路中计算电阻功率的公式相同 单位也相同 但要注意这里 的P是平均功率 电压和电流都是有效值 例例 2 3 2 3 把一个的电阻接到的电源上 求 100 311sin 31430 Vut i P 解 m m 311V 3 11A 100 U I R 3 11sin 30 Ait 2222 m 3 11A 100 2 2A 100484W 22 I PUII RR 例例 已知某白炽灯额定值为 其两端所加电压为V 100W220 求 和 220sin 314 V2ut fRP 解 314 50Hz 22 314 f 22 220 484 100 U R P N 100WPP 三 纯电感交流电路 一 电感元件 在电子技术和电气工程中 常常用到由导线绕制而成的线圈 如日光灯整流器 线圈 变压器线圈等 称为电感线圈 一个线圈当它的电阻和分布电容小到可以忽 略不计时 可以看成是一个纯电感 将它接在交流电源上就构成了纯电感电路 课程教案附页课程教案附页 精品文档 55欢迎下载 内 容 时间 分配 称为线圈的电感量 单位为 亨 利 具有参数的电路元件称为电感LHL 元件 简称电感 空心线圈的电感量是一个常数 与通过的电流大小无关 这种电 感称为线性电感 u i I U ui t t p a b c u i 2 L O O 90 u i I U ui t t p a b c u i 2 L O O 90 u i I U ui t t p a b c u i 2 L O O 90 二 电压与电流关系 根据电磁感应定律 当线圈中电流 发生变化时 就会在线圈中产生感应电动i 势 因而在电感两端形成感应电压 当感应电压与电流 的参考方向一致时 uui 其伏安关系为 即电感电压与电流的变化率成正比 dd dd i uL tt 当通过电感的电流为时 电感两端的电压为 msin iIt mmm d cossin 90 sin 90 d i uLLItLItUt t 可得如下结论 1 电感元件上的电压和电流 是同频率的正弦电量 ui 2 电压和电流的相位差 即超前 90 ui90 3 电压和电流的最大值 有效值的关系为 mmmL ULIX I L ULIX I 式中 2 L XLfL 称为电感电抗 简称感抗 单位为 欧 姆 它表明电感对交流电流起阻 碍作用 在一定的电压下 愈大 电流愈小 感抗与电源频率成正比 L X L Xf 不变 频率愈高 感抗愈大 对电流的阻碍作用愈大 在极端情况下 如果频率L 非 精品文档 56欢迎下载 课程教案附页课程教案附页 内 容 时间 分配 常高且时 则 此时电感相当于开路 如果 即直流时 f L X 0f 则 此时电感相当于短路 所以电感元件具有 隔交通直 通低频 0 L X 阻高频 的性质 在电子技术中被广泛应用 如滤波 高频扼流等 4 相量图和波形图如图所示 三 功率 1 瞬时功率 mmmm 1 sin 90 sinsin2sin2 2 puiUtItU ItUIt 可见 瞬时功率也是随时间变化的正弦量 其频率为电源频率的两倍 从图可以看出 电感在第一和第三个周期内 表示线圈从电源处1 4 p0 吸收能量 并将它转换为磁能储存起来 在第二和第四个周期内 表示1 4p0 电能储存在电场中 在第二和第四个周期内 电容元件在放电 放出1 4090 时 为纯电感电路 90 课程教案附页课程教案附页 内 容 时间 分配 2 若 则 电压滞后电流角 电路呈电容性 当 LC XX 900 时 为纯电容电路 90 3 若 则 电压与电流同相位 电路呈电阻性 此时电路发 LC XX 0 生串联谐振现象 三 功率关系 1 瞬时功率 把电路中电压的瞬时值与电流的瞬时值的乘积叫做瞬时功率 即 CLR pppuip 2 有功功率 平均功率 有功功率是电路所消耗的功率 在RLC串联电路中 只有电阻消耗功率 所以 电 路的有功功率为 即 2 RR PPU II R cosPUI 其中称为功率因数 因而角又叫功率因数角 cos 3 无功功率 电感元件和电容元件均为储能元件 与电源进行能量交换 其交换的无功功率 为 sin LCLC QQQUUIUI 在串联电路中 因为电流相同 与反相 所以 当电感储存能RLCI L U C U 精品文档 63欢迎下载 量时 电容必定在释放能量 反之亦然 说明电感与电容的无功功率具有互相补偿 的作用 而电源只与电路交换补偿后的差额部分 4 视在功率 视在功率表示电源提供总功率 包括和 的能力 即电源的容量 在交PQ 流电路中 总电压与总电流有效值的乘积定义为视在功率 用字母表示 单位为S 伏 安 或 千伏 安 即V A kV A SUI 由于平均功率 无功功率和视在功率三者所代表的意义不同 为区别PQS 起见 各采用不同的单位 这三个功率之间有一定的关系 即 22 SPQ 显然 它们也可以用一个直角三角形来表示 叫做功率三角形 功率 电压和阻抗三角形都是相似的 课程教案附页课程教案附页 内 容 时间 分配 R LC XX Z U R U LC UU P S Q 阻抗的连接阻抗的连接 1 阻抗的串联 阻抗串联电路如图 2 37 所示 根据相量形式的 KVL 可得 321 UUUU IZZZ 321 IZ 2 46 式中 321 ZZZZ 3 47 精品文档 64欢迎下载 图 3 37 阻抗串联电路 Z为全电路的等效阻抗 它等于各复阻抗之和 如果把各阻抗用R与X串联来表示 即 111 jXRZ 222 jXRZ 333 jXRZ 则 jXRXXXjRRRZ 321321 式中 321 RRRR 321 XXXX 因此 串联阻抗的等效电阻等于各电阻之和 等效电抗等于各电抗的代数和 故等效阻抗的模为 2 321 2 321 XXXRRRZ 阻抗角为 321 321 arctan RRR XXX 阻抗串联时的分压公式 U Z Z U 1 1 其公式与直流电路相似 所不同的是电压 电流均为相量 Z为复数 课程教案附页课程教案附页 内 容 时间 分配 2 阻抗的并联 阻抗并联电路如图 3 39 根据相量形式的 KCL 得 321 IIII U ZZZ 111 321 Z U 图 3 39 阻抗并联电路 式中 321 1111 ZZZZ 3 48 几个复阻抗并联时 全电路的等效复阻抗的倒数等于各复阻抗的倒数之和 若用导纳表示 则为 321 YYYY 3 49 也就是说 几个