电工基础第二版教学指南与教案

1 电路的基本概念和基本定律 1 1 电 路 设计课时2 课时 教学目的 授课形式 1 理解电能应用及优越性 2 理解理想元件和电路模型的概念讨论 讲授 3 了解电路组成 电路三种状态及特点 教学重点 授课对象 1 电路及各部分的作用 2 电路的三种状态 教学难点 理解理想元件及电路模型的概念 教 学 内 容 参考教法 课程介绍 作为新设课程应让学生对 学生对学科有初步认识 电路基础 电路理论 是研究电路组成及所需遵循规律的科学 而电工基础是一门实践性较强的专业技术基础课程 其目的和任务是 使学生获得电工技术方面的基本理论 基本知识和基本技能 为后继 课程学习打下基础 学习意义 电能应用的广泛性并具有无可比拟优越性 从生活 学习 国防及科 技等方面加以说明 优越性体现在 1 便于转换 2 便于传输和分配 3 便于控制 学习方法 1 理解物理概念 基本理论 工作原理和分析方法 2 通过习题巩固和加深对所学理论的理解 培养分 析和应用能力 3 通过实验巩固所学理论 训练操作技能 培养实 践能力和严谨科学作风 可结合投影加以说明 由简单的手电筒为例引入课题 电路 板书 一 电路的组成 1 电路 由实际元件按一定方式连接 以形成电流的通路 一般电路由电源 用电器 导线和开关等组成的闭合回路 分类 一类是对信号的变换 传输和处理电路 一般意义下弱电 例 测量 放大电路 一类是对能量的转换与传输及分配电路 强电 例 变压器 发电设备 结合实用手电电路说明 实物结构图投影 电路组成 电源 连接导线 控制器件和负载 均为实际元件 1 电源 其它形式能转化为电能的装置 简介含交流电源的交流 电路 只含直流电源的直流电路 2 用电器 负载 电能转化为其它形式能的设备 例白炽灯 电吹风等 3 导线 由金属线 铜或铝等材料制成 起连接电路 输送和分 配电能作用 4 控制设备 开关 用来接通或断开电路 在电路中往往还存在保护设施 起到电路异常时保证电路安全 2 理想模型意义 电路理论内容包括分析和研究电路中所发生的电磁现象与过 可简介电源的分类 交流 直流电源 常见直流电源 干电池 蓄电池及稳压电源等 2 程 探讨电路的基本规律和计算方法 实际器件的物理过程十分复杂且与电磁有关 性能方程相当复杂 在分析中常略去元件的次要物理因素 突出重点抓主要矛盾 把实际 元件视作只具有主要物理性质的理想元件 把实际电路抽象成是全部由理想元件的组合称理想电路 或电路 模型 是对实际电路的近似等效 常见理想元件 电阻 电容 电感元件 电压源 电流源 受控源元 件和耦合电感元件等 包括导线 可结合实物 绕线 电阻存在电感及线匝间的 分布电容 而主要性质电 阻 电感线圈 线匝间 分布电容及导线的体电阻 此处宜简不宜复杂 简要说明即可 说明 本课程后续内容无特殊说明所涉及到的电路均为理想模型 二 电路图 定义 用电路元件规定的符号来表示电路连接情况的图称电路图 或称电路原理图 强调符号及画法要遵循国家颁布的相关标准 结合表 1 1 简介常见元件或表示连接的符号 要求学生能够认识 不熟悉的在应用和学习中掌握 三 电路的三种状态 分别为 有载状态 短路状态及开路状态 结合 P3 图 1 2 说明 1 有载状态 通路或闭路 电路各部分连接成闭合回路 有电 流通过负载 能正常工作 2 开路状态 断路 电路断开 无电流通过 特点 I 0 3 短路状态 捷路 未经用电器 直接由导线将电源正负极连 接 称短路 由于电流过大 损坏电源不允许 上述特点有待后续进一步补充 总结 通过本节学习 1 能对电能的运用和学习方法有个初步的认识 2 理解电路分析研究的对象理想元件及构成的电路模型 3 熟悉常用电路符号及电路的三种状态 板书 画简单手电筒对应的电路 图说明 可采用投影方式节省时间 注意电位器用法 无铁芯 有铁芯电感 交叉 不交叉连接的区别 教学中强调画图的规范 铅笔及工具必备 投影电路 可结合实际说明实践中检 测需要 部分电路被导线 短接 常称部分电路短路 部分电路短路图 作业 page3 No 1 2 3 实践性作业 No4 3 电路的基本概念和基本定律 1 2 电路中的基本物理量 1 设计课时2 课时 教学目的 授课形式 1 理解电流产生及条件 电压的物理意义 2 掌握电流 电压参考方向讨论 讲授 3 掌握电流 电压的简单计算 教学重点 授课对象 1 电流 电压参考方向 2 电流形成条件 电流和电压的计算 教学难点 电流 电压的参考方向 教 学 内 容 参 考 教 法 复习及引题 电路的三种状态 重点短路状态的危害性和防止措施 加装熔断 器 实物讲解熔断器结构 结合已学知识讨论其工作原理 总结 电流大 产生热量使其温度达到熔点 熔断保护电路作用 引导电路中电流如何产生及影响因素引入课题 结合上节实践性作业 展 开讨论加深对电路状态及 熔断器的深刻理解 一 电流 1 电流现象 定义 带电粒子 自由电荷 的定向移动形成电流 形成原因 投影 P4 图 1 3 自由电荷在无电场区域 自由无规则 热运动 在电场中受电场力作用 同种电荷受同向电场力 向同一方 向运动 进一步说明电流的条件 1 存在自由电荷 内因 2 导体两端保持一定电压 电位差 外因 电流在电路的表现 热 磁 化学效应 2 电流强度 简称电流 定义 单位时间通过导体横载面的电荷量 定义式 I q t 单位及换算 电量单位 库仑 C 时间 秒 s 电流单位 安培 A 安培的定义 若 1 秒内通过导体横截面的电荷量为 1 库 仑 则电流为 1 安培 表示 A 介绍 毫安 mA 微安 uA 结合匀强电场 说明电场 及不同电荷爱电场力方向 可细述金属 酸等溶液自 由电荷形态及电场中运动 方式 简要说明电路中电流既表 示电流现象又表示衡量电 流强弱的物理量 板书换算关系并举例讲解 注意科学计数法的运用 3 电流的方向 规定 电路中正电荷定向移动的方向 简述金属导体 酸 碱 盐等溶液形成电流的方向 讨论 可叙述原因是正 负电荷 向不同方向运动 参考方向 必要性 研究具体电路 往往难以判断电流的实际方 向 采用选取参考方向的方法 碱地 步骤 1 分析电路时 任选一个参考方向 2 实际电流可能和参考电流同向或反向 电流引入代数量 表示 分析计算结果为正 表明实际方向同参考方向 为负 反向 注意 1 未选参考方向 正负无意义 板图说明参考方向标注 方法 2 今后相关电路电流均为参考方向 不一定是实际方向 4 结合右图 I 参考方向 若电流分别为 I 3A 及 I 12A 时电流大小和 实际方向 学生练习 投影 P5 图 1 6 学生练习 讲解共性错误 4 电流分类及表示 投影图 1 5 说明电流分类 直流电流 强调大写字母 I 的表示 交流电流 小写字母表示 I 5 电流计算实例 简介图像法表示是电工分 析的一种手段 为考虑电子技术有必要简 介脉动直流电流 交直流电流及表示 区别 交流电流在于下标的大小 写 举例 5 秒种内通过导体横截面的电量为 0 05 库仑求电流大小 折合 多少 mA 解 I q t 0 05C 5S 0 01A 10mA 二 电压 物理意义 电荷在运动过程中能量的得失是因为电场力的作用 为衡量电场力做功的能力引入电压 又名电位差 板书 电压 电位差 1 定义 把单位正电荷由 A 点经任意路径运动到 B 点时 该电荷获 得或失去的能量定义为电压 符号 U 定义式 UAB W Q 分类 直流 U 交流 u 交直流 小写符号大下标 强调 电场力 简介单位 千伏 伏特 毫伏 2 电压方向 说明 e 由 A 点运动到 B 点时 该电荷失去能量 A 点高电位 B 点低电位 即电压降 e 由 A 点运动到 B 点时 该电荷获得能量 则 A 点低电位 B 点高电位 即电压升 简要提及电位概念 电压的方向 习惯上规定 电压的实际方向是高电位指向低电位 方向 即电压降方向 类比电流 电压亦采用参考方向表示 三种表示形式 1 箭头 2 高电位 低电位 3 形同 UAB下标形式 同样用代数量表示实际电压方向与参考方向间关系 例 若右图 A 中 U 12V 则实际电压方向与参考电压相反 3 关联参考方向 电压参考方向与电流参考方向相一致称关联参考方向 举例画图说明 可根据需要说明关联参考 方向所有物理定律为定义 式形式 例 V I R 而非关联参考方向加负号 V I R 否则为非关联参考方向 4 应用 例 1 电压参考极性见右图 若 U1 5V UAB 3V 说明实际电压极性 分析解答 略 例 2 设一正电荷的电荷量为 0 003C 它在电场中由 a 点移到 b 点时 电场力所做的功为 0 06J 试求 a 和 b 点间的电压 另有一正电荷的电 荷量为 0 04C 同样在电场中由 a 点移到 b 点时 电场力所做的功多大 解 1 UAB WAB Q 20V 2 WAB Q UAB 0 8J 总结 1 正确理解电压 电流方向 并能结合参考方向判定实际方向 2 要求能熟练进行运用电流 电压定义式的计算 作业 Page26 No 1 2 3 5 第一章 电路的基本概念和基本定律 1 2 电路中基本物理量 2 设计课时2 课时 教学目的 授课方式 理解零电位点及电位的概念 掌握电位的计算方法多媒体教学 教学重点 授课对象 电位的概念 电位的计算方法 教学难点 电位的计算方法 教 学 内 容 参 考 教 法 复习 1 电流定义 计算公式 2 电压定义 定义公式 表示及参考方向 3 判断关联与非关联参考方向 在复习电压基础上结合右图投影说明 在简单电路电路工作状态用 U I 表示非常明显 直观 但是对于复杂电路如图 用电压 电流表 示则存在繁杂的缺点 需要众多电压 电流符号 在复杂电路特别是 电子电路中采用电位表示 新授内容 一 电位 电位的表示 和研究液体内部一样 电路分析中 我们常指定电 路中的某一点为参考点 其它各点相对于该参考点的电压降 称 为该点相对于参考点的电位 一复习提问 电子投影 复杂电路图 分析 十二个元件用电压 表示至少需要 12 个电压 可类比水位 高度表示 2 零电位点 上述所选定的参考点 称为零电位点 也就是规定该点的电位为 零 即VA 0 强调电位也是电压 但为 相对于参考点电压 注意说明 1 由于是参考点 故可以任意选择 2 一般常见选取方法 1 在工程中常选大地作为电位参考点 2 在电子线路中 常选公共线或机壳作为电位参考点 3 电路分析中常选择电源的两极之一 最常见是负极 3 在电路图中通常用符号 表示零电位点 解释公共线 因电子电路 元件的联结常汇集于一公 共端 机壳 一般要求接地处理 3 电位定义 在确定了零电位点后我们可进一步明确电位的定义 电路中某一点 M 的电位 UM就是该点到电位参考点 A 的电压 也即 M A 两点间的电位差 即电压 即 UM UMA 说明 1 电位是代数量 有正负值之分 正值表明电位高于零电位 反之低于 0 等于 0 则两点等电位 2 单位同电压一样为伏特 3 任意两点间电压也即为两点间电位差 即Uab Va Vb 4 采用电位的分析方法优点 结合Uab三种取值 0 0 0 的说明 6 1 简洁方便 所以在复杂电路中和工程上和分析广泛应用 2 测量方便 工程中可用万用电表电压档即可测定 方法是黑 表棒接于选定的零电位点 红表棒接触待测点 根据指针偏转方向确 定电位正 负值 读数为电位大小 5 电位与零电位的关系 结合实例说明 例题 如图电路 已知 R1 R2 6 R3 2 I1 1 5A I3 0 5A I2 1A 求 a b c 三点的电位Va Vb Vc Uab 结合上图比较用电压描述至 少需要 12 个 而采用电位 表示则仅需 8 个 且可方便 转换成所有电压 可采用演示实验或多媒体示 教 为进一步巩固可安排实验 解 选 d 点为零电位点 a 点电位 Va Uad R1 I1 R3 I3 10 V b 点电位 Vb Uba R3 I3 2 0 5A 1 V c 点电位 Vc Ucd R2 I2 R3 I3 5V 电压Uab Va Vb 10 V 1V 9V 改选 b 点为零电位点 Vb 0 a 点电位 Va Uab R1 I1 9 V c 点电位 Vc Ucb R2 I2 6V 电压Uab Va Vb 9 V 0V 9V 分析 参考点因人而异 不同的零电位点 相应点电位会不相同 与 零电位点有关 而任意两点间电压值即两点间的电位差不应发生改变 结论 1 电位是相对的 相对于参考点 2 电压是绝对的与参考点选取无关 通过实例说明 但只要初步了解 具体计算 方法后继课程介绍 二 电能 1 电功的计算公式 电能即电功 结合电压的定义及公式 说明电场力做功公式 W U q UIt 焦耳定律 电流所做的功与通过导体的电流 I 两端电压 U 及通 电时间 t 成正比 纯电阻电路后续 2 电功的单位 焦耳及千瓦时 度 3 电流做功的实质 电能转化为其它形式的能的过程 4 应用举例 一 220V 40W 白炽灯 接于 220V 电压 求取用电流 若平均每天使用 2 5 小时 电价每千瓦时 0 42 元 求每月 30 天 计应付出电费 解题 I P U 0 18A t 2 5 30 75H W Pt 0 04KW 75H 3KWH M 3 0 42 元 1 26 元 三 电功率 举例简介换算 讨论 学生讲解 作用 衡量电流做功快慢的物理量 此处可根据需要引入关联及 非关联参考方向下的功率计 算及元件性质的判断 定义 单位时间内电流所做的功的大小 P W T U I 说明 电功率大小和电压及电流成正比 单位 千瓦 KW 瓦特 W 工程上功率可用瓦特表测量 而电功用电能表 瓦时表 测量 学生练习 投影习题 一个电阻 10 的电阻通过 0 5A 电流 电阻消耗功率多大 一个 20 电阻接于 16V 的电压上 所消耗功率又为多大 总结 通过本节学习正确理解电位的概念及表示方法 电位与电压的关 系 进一步掌握电功及电功率计算 作业 Page 27 No 1 16 1 17 1 18 7 第一章 电路的基本基本概念和基本定律 1 3 4 电源与电源电动势 电阻 设计课时2 课时 教学目的 授课形式 理解直流电源的工作原理及电阻形成 影响因素 正确理解电动势定义及电压关系讲授 讨论 掌握电阻定律及电阻与温度的关系的计算 教学重点 授课对象 电动势 端电压的关系 全电路欧姆定律及应用 教学难点 电源 非静电力的作用 教 学 内 容 参考教法 复习引题 提问形成电流的条件引入保持导体间电压的装置是电源 讨论电 源的种类 引入课题 电源及电源电动势 课时 1 新授内容 1 3 电源与电源电动势 一 电源定义及分类 概括 把其它形式的能转化为电能的装置称电源 电源分类 常见电池和发电机 电池分干电池和蓄电池 板图简单电路 说明 1 内电路 电源内部的电路 外电路 电源外部的电路 2 A 是电源正极 B 是电源负极 说明 电源的作用就是把正电荷从负极移送到正极 或将负电荷 由正极移送到负极 为分析方便之见 采用前者正电荷说法说明 结合阅读材料简介新型蓄 电池或要求课后学生自习 二 电源工作原理 以干电池为例说明 1 非静电力 电池内电场的方向是由 极到 极 正电荷要由 移 到 须存在一种力反抗静电场的力 即非静电力 不同电源非静电力不同 电池 化学能发电机 电磁能 强调非静电力作用 说明 干电池是将化学能 转化为电能 发电机是将机械能转化为 电能 2 工作过程 外电路开路 非静电力将正电荷由 到 两极呈异种电荷积聚 形成由 到 的电场 静电力呈加强趋势 一定时两力平衡 两极建立 起一定电压 若外电路通路状态 正电荷由外电路 到 与负极电荷中和 电 场减弱 平衡被破坏 非静电力战胜静电力 再次将正电荷拉向 极 该过程中非静电力要做功 循环往复 不断将其他形式能转化为电能 电源就是将其它形式能转化成电能的装置 结论 1 同一电源 非静电力将一定量正电荷由 到 所做功一定 不同电源 非静电力将相同量正电荷由 到 所做功不一定相同 投影结论 2 在移送同样多电荷情况下做的功越多 电源把其它形式能 转化为电能的本领越强 用电动势表示 三 电动势 定义 电源内部非静电力把正电荷从负极经电源内部移送到正极 8 所做的功与被送电荷量的比值称电源电动势 板书 定义公式 E W Q 单位说明 同电压单位 可比较电压公式说明电动 势单位 说明 1 每个电源的电动势由电源自身决定 与外电路无关 2 电动势标量 各电流一样有规定方向 自负极由电源内部 指向正极 板图电动势方向标注 3 干电池电动势 1 5V 蓄电池 2V 四 电动势与电压的异同 相同 两单位及定义公式形式相同 不同 1 物理意义不同 电动势反映非静电力 电压反映电场 力做功的本领 说明单位及定义公式形式 相同 2 一电源 既有电压又有电动势 电动势仅存在于内部 而电压既存在于电源内部 又存在于电源外部 电源电动势在数值上等于电源两端的开路电压 可简介测定方法 全电路 3 电动势与电压的方向相反 电动势由电源内部负极指 向正极 而电压由正极指向负极 欧姆定律中进一步阐述 由电路中起连接作用的导体引入课题 1 4 电阻 板书 课时 2 新授内容 1 4 电阻 一 电阻定义及形成原因 定义 导体对电流的阻碍作用的性质 提问形式 形成原因 自由电荷在电压电场作用下定向移动与围绕平衡位置 无规则振动的物质微粒碰撞形成对电流的阻碍 二 影响导体电阻的因素 讨论总结 影响因素有 L S 及温度 t 可结合深夜打开白炽电灯 易损坏说明 1 电阻定律 内容 略 投影简介 公式 R L S 电阻率 m 说明 与导体几何形状无关 只与材料性质及所 处条件 温度 有关 材料导电性能分类 1 导体 107 m 3 半导体 介于上两者之间 4 超导体 0 说明 电阻率越大 导电性能越差 2 电阻与温度关系 温度影响原因 1 温度升高 热运动加剧 碰撞更频繁 2 温度升高 带电质点数增加更易导电 电阻随温度变化 取决两者中谁主导且不同材料受温度影响不同 分类说明 1 一般金属导体 自由电子数几乎不随温度变化 而碰撞 次数反而增加 故温度升高 电阻加大 应用 电阻温度计 铂丝范围 263 1000OC 2 少数合金电阻 几乎不受温度影响 3 超导体 在极低温下一些合金和金属氧化物电阻忽然消 失为 0 的现象 称超导现象 温度系数 衡量温度的影响 定义 温度每升高 1 OC 时电阻所变化的数值与原来电阻值的比 9 值 单位 1 OC 定义式 R2 R1 R1 t2 t1 注意 是平均值 上式 为近似式 即 R2 R1 1 t2 t1 三 电阻器 1 分类 固定电阻 可变电阻 电位器 2 结构分类 膜式 碳式 金属膜 绕线 3 标称 直标 文字符号 色标 简介或要求学生看阅读材 料 四 应用举例 1 一电炉 炉丝长 50M 镍铬丝 若电阻 5 欧 问截面积多大 电阻 率为 1 1 10 6欧米 解 S L R 1 1 10 5 欧 2 测定电机温度 工作前电阻值 0 15 欧 20 度室温 运行后 电阻值 0 17 欧 求此电机内部温度 铜导线 温度系数查表 解查表 4 1 10 3 1 OC t2 R2 R1 R1 t1 52 OC 总结 通过本节学习 要能正确理解非静电力的作用及电动势概念 注 意区分电压 电动势 掌握电阻定律及温度对电阻的影响 并在熟练 运用电阻定律进行计算 讨论 提问 作业 Page26 No11 12 13 10 第一章 电路的基本概念和基本定律 1 5 欧姆定律 设计课时2 课时 教学目的 授课形式 1 掌握部分电路欧姆定律及电阻伏安特性 2 掌握全电路欧姆定律 理解电源的外特性讨论 讲授 3 熟悉电阻电路电功 功率计算 教学重点 授课对象 电阻的伏安特性 全电路欧姆定律 教学难点 全电路欧姆定律及电源外特性 教 学 内 容 参 考 教 法 采用直接引题 电路中最重要基本定律之一欧姆定律 用于确定基本 电路中电压与电流关系 说明部分电路即电路的一 部分 非完整电路工作状 态由该部分电路两端电压 及电流反映 1 1 部分电路欧姆定律 1 内容 导体中的电流与它两端的电压成正比 与导体的电阻成 反比 表达式形式 I U R 或 U IR 单位 分别安培 伏特 欧姆 可适当补充关联参考方向 及非关联参考方向下两种 形式 2 注意事项 变化 R U I R 是导体属性 不能理解为与电压成正 比 与电流成反比 1 2 电阻的伏安特性 导体电压 电流间的关系称伏安特性 表示形式伏安特性曲线 横坐标为电压 纵坐标为电流 根据伏安特性分类 线性电阻 非线性电阻 如 二极管 1 3 欧姆定律运用 举例 某一线性电阻 两端电压 15V 电流 3A 当电流上升到 5A 时 电压多大 电阻为几欧姆 分析 1 线性电阻不变 未特殊说明均为线性 2 电压与电流成正比 解题过程 R 15V 3A 5 U 5A 5 25 学生练习板演 电阻中电流随电压变化 若电阻 5 欧 作出电流随电压 变化曲线 电阻若增大到 10 欧 曲线如何变化 若减小到 2 5 欧 又如 何 分析见右图 强调画法 过原点 两点确定直线 另设一电压 求电流 找对应点 演练一条 学生练习 可结合上图说明斜率与电 阻关系 进一步引伸坐标 系 U I 交换 2 1 全电路欧姆定律 闭合电路欧姆定律 结合电源说明 内电路亦有电阻 内电阻 小 r 表示 全电路 含有电源的闭合 电路 如下图 内电路表示成电动势串内阻形式 11 闭合电路电流应遵循规律 可由能量转化与守恒定律及焦耳定律决定 电源非静电力做功 W Eq Eit 内阻及外电路消耗 Q RI2t rI2t W Q 有 E RI rI 或 I E R r 即全电路欧姆定律 闭合电路内的电流 跟电源的电动势成正比 跟 整个电路的电阻成反比 2 2 端电压 结合 E RI rI 说明 其中 U IR 称外电路电压 又称端电压 而 U rI 称内压降 有 E U U 即 电源电动势等于内外电路电压降之和 例题 上图电路中 已知电源电动势 E 24V 内阻 r 2 负载电阻 R 10 求 1 电路中电流 2 电源的端电压 3 负载电阻 R 上的电 压 4 电源内阻上的电压降 解 1 I E R r 24 10 2 2A 2 U E Ir 24 2 2 20V 3 U IR 2 10 20V 4 U Ir 2 2 4V 2 3 电源的外特性 分析 电源 E 和 r 是一定的 当外电路 R 变化 输出端电压发生变 化 由闭合电路欧姆定律分析 当 R 增大 电流 I 减小 电压 U 上升 反 之 I 增加 U 下降 外特性定义 式 U E Ir 反映端电压 U 随电流 I 的变化关系 称电源的外特性 可用外特性曲线表示 两种特殊情况 1 外电路断路即 R 无穷大 I 0 U rI U E 利用该特性用内阻很大电压表粗略测电源电动势 2 外电路短路 U 0 I E r 由于电源内阻很小 电流很大 极易 损坏电源 为防止 1 不允许内阻小电流表测短路电流 2 须加保险装置 说明 1 不同内阻 对输出电压的影响不同 内阻小 端电压接近 E 2 若内阻为 0 U E 理想情况 例题 常用电动势 内阻的计算 右图电路 当单刀双掷开关 S 合到位置 1 时 外电路的电阻R1 14 测得电流表读数I1 0 2 A 当开关 S 合到位置 2 时 外电路的 电阻R2 9 电流表读数I2 0 3 A 试求电动势E及其内阻r 解 根据闭合电路的欧姆定律 列出联立方程组 2S 1S 222 111 时合到位置当 时合到位置当 rIIRE rIIRE 解得 r 1 E 3 V 本例题给出了一种测量直流电源电动 势E和内阻r的方法 由例题说明 测量电动势和内阻方法 引伸一般电路两种状态转换解题方法 列方程组求解 3 1 电阻元件上消耗的能量与功率 简介 电阻元件即纯电阻 电功计算公式 W UIt 12 结合欧姆定律 I U R 简介对应纯电阻的功率形 式 得 W I2Rt U2 R t 实质纯电阻电路吸收的电能全部转化为热能 3 2 额定电压 额定功率 简介 白炽灯功率的表示形式 220V 40W 及含义 说明 实际工作电压和实际功率 相关计算应用可引导学生自己结合 P21 例题自学或讲解 总结 本节重点是全电路欧姆定律 通过学习要能理解和熟练掌握相关 端电压 内压降 学会电动势和内阻的求解方法 正确理解电源的外 特性 特别是内阻大小对端电压的影响 作业 思考与练习 Page26 No12 13 14 思考与练习 时间允许可 课堂讨论 13 第一章 电路的基本概念和基本定律 1 6 7 负载获得最大功率的条件及焦耳 楞次定律 设计课时2 课时 教学目的 授课形式 理解负载获得最大功率的条件 掌握最大功率的计算讲授 掌握焦耳楞次定律 教学重点 授课对象 负载获得最大功率的条件 最大功率的计算 教学难点 负载获得最大功率的条件 教 学 内 容 参 考 教 法 复习引题 1 全电路欧姆定律内容及公式形式 提问 2 含源电路的外特性 说明端电压和负载电流间关系 说明当外电路发生变化所获得功率也将发生变化 引入课题 负载 获得最大功率的条件 引导学生讨论 1 1 全电路功率 结合右图由全电路欧姆定律及端电压 U E Ir 可得 U I E I I2 r 其中 EI电源功率 I2r内阻消耗功率 UI输出功率 由于电源要提供能量 则向外输出最大功率也同样是电源性能指标 1 2 最大输出功率 由右图及外特性说明 电源 E r 一定 若负载 R 增 I 下降 而 U 上 升 反之 I 增加 U 下降 P 变化规律及何时最大 P I2 R R E R r 2 变换 P R E2 R r 2 R E2 R r 2 4 R r E2 R r 2 R 4r 分析 E r 是常量与外电路无关 比较当 R r 时分母最小 比值最 大 即输出功率最大 最大输出功率计算公式 Pmax E2 4 r E2 4 R 结论 外电路电阻等于电源内阻时电源输出功率最大 即电源输出功率或称负载获得最大功率的条件是 外电路电阻 等于电源内阻 说明 1 上述称负载与电源匹配 或称阻抗匹配 2 同理内阻上消耗的功率也和负载得到的一样最大 所以电 源的效率仅 50 简述电子技术放大电路前 后级连接问题须考虑 应用举例 1 一电源的电动势E 8 V 内阻r 0 5 问 负载电阻RL为 多大时可获得最大功率及大小 解 由最大功率条件RL r 0 5 负载获得功率最大 由最大功率公式 Pmax E2 4 r E2 4 R 82 4 0 5 32W 14 2 右图所示电路 直流电源的电动势E 10 V 内阻r 0 5 电阻R1 2 问 可变电阻RP调至多大时可获得最大功率Pmax 分析 此题问RP何值时功率最大 所以把视作唯一负载 R1 r 视为电源的内阻 进行求解 解 将 R1 r 视为电源的内阻 则RP R1 r 2 5 时 RP获得最大功率 W10 4 P 2 max R E P 3 学生练习 一电源电动势 E 20V 内阻为 2 欧 外接 0 10 电位器 问何时电 路中电流最大 何时电压最大 何时功率最大 各分别多大 2 1 焦耳 楞次定律 1 热效应及影响因素 电流的三种效应引入电流的热效应 复习讨论 叙述电流热效应的机理 载流子定向移动与物质微粒碰撞产生热 量 联系电阻的成因即说明是电阻的作用 简介影响电流产生热量的物理实验 I R t 焦耳 楞次定律 电流通过导体所产生的热量与电流的平方 导 体电阻及通电时间成正比 引导学生回顾初中相关实 验 定义公式 Q I2Rt 相关单位 Q 焦耳 其它分别 A s 强调定义公式为通用公式 2 纯电阻电路 电流热效应的实质是电能转化为热能的过程 纯电阻电路电能全 部转化为热能 有W Q 故纯电阻电路 W IUt U2 R t Pt 可简介导线中热效应的危 害 电气产品额定值意义 及注意事项 常见纯电阻电路 电炉 电烙铁 电烘箱 白炽灯 非纯电阻电路 电动机 变压器 3 应用举例 一白炽灯 220 40W 接于 220V 电路中 2 小时产生的热量多少 分析 白炽灯工作原理利用热效应到白炽状态 为纯电阻性质 并由于实际电压等于额定电压 功率为额定功率 解 Q Pt 40W 2 3600S 2 88 105J 总结 通过本节学习要正确理解负载获得最大功率的条件 学会正确 应用 熟悉和理解纯电阻及非纯电阻电路区别及相关热量的计算 作业 Page 25 思考与练习题 No 1 2 Page 27 No 1 21 15 第二章 直流电阻电路 2 1 电阻串联电路及应用 设计课时2 课时 教学目的 授课形式 1 掌握电阻串联的特点 2 掌握利用串联特点及分压公式进行计算讲授 3 理解和掌握电压表量程的扩展 教学重点 授课对象 分压公式计算 电压表量程的扩展 教学难点 电压表量程扩展 教 学 内 容 参 考 教 法 复习引题 1 电阻定义及影响因素 2 实际应用中若 U 额 110V 电灯能否接于 220V 电路中 若 不能接可采取任种措施 引入 电阻串联电路及应用 讨论 总结 1 可变压 继而直流呢 2 串联电 阻 简介串联的运用 引导学生阅读 P28 圣诞电灯 部分 电路的连接方式 串联 并联 混联 结合右图分析 由干个电阻依次连接 中间没有分岔支路的连接 方式 叫电路的串联 一 电阻串联电路的特点 复习提问串联特点 1 电流关系 2 电压 关系 3 电阻间关系 设总电压为U 电流为I 总功率为P 特点外 1 电流关系 I I1 I2 In 2 电压关系 U U1 U2 Un 3 等效电阻 R R1 R2 Rn 二 分压及功率分配公式 结合上述三特点分析推导 1 分压关系 I R U R U R U R U n n 2 2 1 1 2 功率分配 2 2 2 1 1 I R P R P R P R P n n 讨论 两只电阻R1 R2串联时 等效电阻R R1 R2 则有 两电阻分压公式 U RR R UU RR R U 21 2 2 21 1 1 三 计算应用 例 1 有一盏额定电压为 U1 40 V 额定电流为 I 5 A 的电灯 应 该怎样把它接入电压 U 220 V 照明电路中 分析 将电灯 设电阻为 R1 与一只分压电阻 R2串联后 接入 U 220 V 电源上 见右上图 电阻的串联 在上述复习基础上总结 要求熟练掌握 引伸三个电阻以至多个电 阻 简介 解法一 分压电阻R2上的电压为 U2 U U1 220 40 180 V 且U2 R2I 则 16 36 5 180 2 2 I U R 解法二 利用两只电阻串联的分压公式 可得 8 1 1 21 1 1 I U RU RR R U 且 36 1 1 12 U UU RR 即将电灯与一只 36 分压电阻串联后 接入U 220V 电源上即可 四 电压表的量程的扩展 结合实例分析 例 2 有一只电流表 内阻Rg 1 k 满偏电流为Ig 100 A 要把它改成量程为Un 3 V 的电压表 应该串联一只多大的分压电阻 R 分析 画实现电路右图所示 说明 1 满偏电流 满偏电压及表头内阻及含义 2 串联电阻扩展量程原理 结合该题 该电流表的电压量程为Ug RgIg 0 1 V 与分压电 阻R串联后的总电压Un 3 V 即将电压量程扩大到n Un Ug 30 倍 称放大倍数 利用两只电阻串联的分压公式 可得 则 n U RR R U g g g k29 1 1 g g g g g RnR U U R U UU R g n n 结论 1 电压表扩展原理 利用并联电路分流公式 采用并联适当 电阻分流的方式实现 分压的实际意义 在电路中若电源电压大于设 备额定电压 可采用串联分压电阻的方法解决 2 将一只量程为Ug 内阻为Rg的表头扩大到量程为Un 所需 要的分压电阻为R n 1 Rg 其中n Un Ug 称为电压扩大倍 数 叙述相关参数 可利用UR Un Ig Rg R UR Ig Un Ig Rg 或参阅 P31 例题 2 2 结合 Page31 图 2 5 简要 介绍多量程实现方法 五 学生练习 一电流计 内阻 100 欧 满偏电流为 3mA 将其改装成 6V 电压表 如 何实现 要求学生练习 并课堂演算 解 得 串联电阻 R 1 9 千欧 要求学生课堂练习须画图 六 总结 1 熟悉掌握串联电路特点 2 掌握两电阻串联分压公式及要能熟练运用 3 理解和学会电压表量程的扩展方法 作业 Page 31 思考与练习题 No 2 3 补充 一电流计 内阻 100 欧 满偏电流为 3mA 将其改装成电 压扩大倍数为 100 的电压表 如何实现 17 第二章 直流电阻电路 2 2 电阻并联电路及应用 设计课时2 课时 教学目的 授课形式 1 掌握并联电阻电路的特点 2 掌握分流公式及电流表的量程的扩展讨论 讲授 3 掌握并联特点 分流公式及量程扩展计算 教学重点 授课对象 并联电阻电路特点 并联分流公式及量程扩展计算 教学难点 电流表量程扩展 教 学 内 容 参 考 教 法 复习引题 1 串联电阻电路特点及分压公式 2 类比 圣诞彩灯 讨论照明电路的接法引入电阻的并联 提问 板书 并联定义 电路中 将若干个电阻的一端共同接于电路一点 而另一 端同接于另一点的连接方式 结合右下图说明 一 电阻并联电路的特点 设总电流为I 电压为U 总功率为P 并联电阻电路中电压 电流及电阻间关系 强调等效电阻的倒数关系 n RRRR 1111 21 二 分流作用及功率关系 1 分流关系 R1I1 R2I2 RnIn RI U 复习讨论并概括 1 电 流关系 2 电压关系 3 电阻间关系 可适当介绍电阻的电导 电阻的倒数 G 表示 单 位 S 西门子 并联等效电阻电导形式 G G1 G2 Gn 特例 两只电阻R1 R2并联时 表示为R1 R2 等效电阻 有分流公式 21 21 RR RR R I RR R II RR R I 21 1 2 21 2 1 要求学生注意分子电阻与 所求电流的关系并熟练掌 握 2 功率分配 R1P1 R2P2 RnPn RP U2 三 并联电路计算应用举例 右图所示 电源供电电压U 220 V 每根输电导线的电阻均为R1 1 电路中一共并联 100 盏额定电压 220 V 功率 40 W 的电灯 假 设电灯在工作 发光 时电阻值为常数 试求 1 当只有 10 盏电灯工作时 每盏电灯的电压UL和功率PL 2 当 100 盏电灯全部工作时 每盏电灯的电压UL和功率PL 解 结合电路图分析 强调学生养成画电路图分析的习惯 每盏电灯的电阻为R U2 P 1210 n盏电灯并联后的等效电阻为Rn R n 根据分压公式 可得每盏电灯的电压 U RR R U n n 1 L 2 18 功率 R U P 2 L L 1 当只有 10 盏电灯工作时 即n 10 则Rn R n 121 因此 W39V216 2 2 L L 1 L R U PU RR R U n n 2 当 100 盏电灯全部工作时 即n 100 则Rn R n 12 1 W29V189 2 2 L L 1 L R U PU RR R U n n 四 电流表量程的扩展 原理 利用并联电路分流公式 采用并联适当电阻分流的方式实 现 实现原理如右图 结合实例说明电阻大小的确定方法 例 有一只微安表 满偏电流为Ig 100 A 内阻Rg 1 k 要改 装成量程为In 100 mA 的电流表 试求所需分流电阻R 解 画实现电路如右图示 1 设 n In Ig 称为电流量程扩大倍数 根据分流公式可得 In 则 RR R I g g 1 g n R R 本题中n In Ig 1000 1 11000 k1 1 g n R R 结论 1 将一只量程为Ig 内阻为Rg的表头扩大到量程为In 所需 要的分流电阻为R Rg n 1 其中n In Ig 称为电流扩大倍 数 2 分流的实际意义 在电源为电流源电路中若电流源电流大 于设备额定电流 可采用并联分流电阻的方法 电流源在下章介绍 结合电压表量程扩展引导 学生思考 可利用Ug Ig Rg R Ug In Ig 强调求分流电阻方法及公 式 五 学生练习 一电流计 内阻 100 欧 满偏电流为 3mA 将其改装成 3A 电流表 如 何实现 采用两种以上方法计算 分析电流表扩量程涉及计算公式及方法 要求学生练习 并课堂演算 及Ug Ig Rg 1 g n R R R Ug In Ig 六 总结 通过本节的学习 4 掌握并联电路特点 5 重点要理解和掌握两电阻并联分流公式 6 学会电流表扩量程方法及并联电路相关应用 作业 Page 34 思考和练习 No 2 Page 57 No 2 7 补充 一电流计 满偏电流为 3mA 并联接入电阻为 2 欧 将其改 装成 3A 电流表 问电流计的内阻多大 19 第二章 直流电阻电路 2 3 电阻的混联电路 设计课时2 课时 教学目的 授课形式 1 掌握混联电路的分析方法 2 理解混联电路等效电路化简方法讲授 教学重点 授课对象 混联电路的分析方法 混联电路等效电路化简方法 教学难点 混联电路等效电路化简方法 教 学 内 容 参 考 教 法 复习结合复习串 并联电阻电路定义 分析右图 引入既含串联又含并联电阻的电路 混联电阻电路 新授 一 混联电路概念 定义 在电阻电路中 既有电阻的串联关系又有电阻的并联关系 称之为电阻混联 简介 二端电路 如右图电路的一部分 对外引出两个端钮 二端电路的等效电路 若两二端电路对外的伏安特性完全相同 则称两二端电路等效 对于混联电阻电路 利用电阻串 并联公式逐 步化简电路 求出与之等效的电阻 二 混联电路分析步骤 对混联电路的分析和计算大体上可分为以下几个步骤 1 首先整理清楚电路中电阻串 并联关系 必要时重新画出串 并联关系明确的电路图 2 利用串 并联等效电阻公式计算出电路中总的等效电阻即等 效电路 3 利用已知条件进行计算 确定电路的总电压与总电流 4 根据电阻分压关系和分流关系 逐步推算出各支路的电流或 电压 二 解题举例 例 1 如右图所示 已知R1 R2 8 R3 R4 6 R5 R6 4 R7 R8 24 R9 16 电压U 224 V 试求 1 电路总的等效电阻RAB与总电流I 2 电阻R9两端的电压U9与通过它的电流I9 解 1 R5 R6 R9三者串联后 再与R8并联 E F 两端等效电 阻为 REF R5 R6 R9 R8 24 24 12 REF R3 R4三者电阻串联后 再与R7并联 C D 两端等效电阻为 RCD R3 REF R4 R7 24 24 12 20 总的等效电阻 RAB R1 RCD R2 28 总电流 I U RAB 224 28 8 A 利用分压关系求各部分电压 UCD RCD I 96V V32 A2 V4896 24 12 999 965 EF 9 CD 4EF3 EF EF IRU RRR U I U RRR R U 例 2 如右图所示电路 已知R 10 电源电动势E 6 V 内阻 r 0 5 试求电路中的总电流I 解 首先整理清楚电路中电阻串 并联关系 并画出等效电路 强调等效电路变换中等电势的概念及变换方法 等电位导线可缩为一 点或延长 上电路变换后等效电路如下图所示 四只电阻并联的等效电阻为 Re R 4 2 5 根据全电路欧姆定律 电路中的总电流为 A2 rR E I e 学生练习 求下两图的等效电阻 重点强调等电位概念在变 换中的运用 练习巡视 板演 共性问题讲解 总结 通过本节的学习正确理解二端等效电路的含义 熟悉混联电路的 一般分析方法 并通过适当的练习达到熟练掌握 作业 Page 57 No 2 8 a f Page36 思考与练习 No 2 21 第二章 直流电阻电路 2 4 基乐霍夫定律 设计课时2 课时 教学目的 授课形式 理解电路相关概念 掌握 KVL 和 KCL 并能够熟练运用讲授 教学重点 授课对象 KVL 和 KCL 及运用 教学难点 KVL 求回路电压及开路间电压 教 学 内 容 参 考 教 法 简述引题 1 单 复杂直流电路 简单直流电路 只须运用欧姆定律和电阻串 并联电路的特点 及其计算公式 就能对其进行分析和计算 称之为简单直流电路 复杂直流电路 有的电路含有多个或一个电源 不能单纯用欧 姆定律或电阻串 并联的方法化简 称之为复杂直流电路 投影右 图说明 2 电路中的两种约束关系 1 元件的伏安特性 可强调电路的两种约束关 系 2 由电路结构所决定的约束关系 由电路结构决定的约束引入基尔霍夫定律 板书 新授 一 电路结构中的相关术语名词 结合上图所示电路说明 1 支路 电路中具有两个端钮且通过同一电流的无分支电路 如电路中的 ED AB FC 均为支路 该电路的支路数目为b 3 含电 源的称有源支路 无电源的称无源支路 2 节点 电路中三条或三条以上支路的联接点 上电路的节点 为 A B 两点 该电路的节点数目为n 2 3 回路 电路中任一闭合的路径 电路中的 CDEFC AFCBA EABDE 路径均为回路 该电路的回路数目为l 3 4 网孔 内部不含有支路的回路 上电路中的 AFCBA EABDE 回 路均为网孔 该电路的网孔数目为m 2 5 网络 在电路分析范围内网络是指包含较多元件的电路 说明 回路与网孔的区别 网孔一定是回路 但回 路不一定是网孔 二 基尔霍夫电流定律 节点电流定律 1 电流定律 KCL 内容 1 电流定律的第一种表述 在任何时刻 电路中流入任一节点中 的电流之和 恒等于从该节点流出的电流之和 即 流出流入 II 例如图中 在节点 A 上 I1 I3 I2 I4 I5 2 电流定律的第二种表述 在任何时刻 电路中任一节点上的各支 路电流代数和恒等于零 即 22 0 I 说明 运用时要设定不同方向电流的正 负值 一般可选流入节 点的电流前面取 号 在流出节点的电流前面取 号 反之亦 可 例如图中 在节点 A 上 I1 I2 I3 I4 I5 0 若取流入为负也可 略 3 在使用电流定律时 必须注意 1 对于含有n个节点的电路 只能列出 n 1 个独立的电流方 程 2 列节点电流方程时 只需考虑电流的参考方向 然后再带入 电流的数值 为分析电路的方便 通常需要在所研究的一段电路中事先选定 即假定 电流流动的方向 叫做电流的参考方向 通常用 号表 示 电流的实际方向可根据数值的正 负来判断 当I 0 时 表明 电流的实际方向与所标定的参考方向一致 当I RA的情 I U R 况 即适用于测量阻值较大的电阻 三 惠斯通电桥 惠斯通电桥法可以比较准确的测量电阻 其原理如图 2 22 所示 R1 R2 R3 为可调电阻 并且是阻值已知的标准精密电阻 R4为被测电阻 当检流计的指针 指示到零位置时 称为电桥平衡 此时 B D 两点为等电位 被测电阻为 3 1 2 4R R R R 惠斯通电桥有多种形式 常见的是一种滑线式电桥 教学目的 授课形式 正确理解实际电压源 电流源及对应理想形式 理解实际电源和理想电源的伏安特性讲授 初步掌握实际电压源 电流源的等效变换 教