电路分析基础教案

1、1 .组织教学起立、清点人数向各位同学致以新春的问好,同时祝贺同学们新的一年,新春快乐,学习进步,事事顺心.向全班同学自我介绍,并留下相关联系方式.2 .本门课教师的要求(1)要求同学们要按时上课,按时下课,课堂上不得扰乱课堂秩序.(2)作业每周教一次,并认真完成(3)测试成绩构成：平时成绩平时占40%期末占60%,平时成绩作业占20%,表现及考勤占20%如果课堂上因为违纪被点名一次扣1分,直到扣完为止.作业缺一次扣一分直到扣完为止.3 .希望同学们有问题主动和任课教师交流II.复旧引新：1 .高中和初中物理中有关的电路知识111 .授新课：(第一次课)第1章电路的根本概念和根本定律本章介绍电

2、路模型,电路的根本物理量、根本定律和根本元件,以及电路模型的应用实例.通过本章的学习,了解实际电路的功能和特点,电路模型的概念和意义,实际电路与电路模型内在的联系和区别.电流和电压参考方向是电路分析中最根本的概念,基尔霍夫电流定律和电压定律是电路理论的基石,应熟练掌握和运用.要理解和掌握电路根本元件的定义和元件方程与参考方向的关系,以及功率和能量的计算.学习电路理论应注重与实际应用的结合.1.1 电路与电路模型1.1.1 电路1、电路的构成(1)电源：提供电能的装置(2)负载：消耗电能的装置(3)中间环节：用来连接电源和负载,起传递和限制电能的作用.如下列图：开关2、电路的分类及作用(1)电力

3、电路：实现电能传输和转换功能的电路(2)信号电路：实现信号的传递和处理功能的电路实际上在同一电路中又可能将同时包含这两种电路,比方电视机1.1.2 电路模型：通过模型化的方法研究客观世界是人类熟悉自然的一个根本方法.为了能对模型进行定量分析研究,通常是将实际条件理想化、具体事物抽象化、复杂系统简单化.建立起来的模型应能反映事物的根本特征,以便对实际事物本质的了解图1-3电路模型图研究电路问题也不例外的采用模型化的方法.1.1.3有关电路的一些名词支路、节点、串联、并联、回路、网孔1.2电路中的主要物理量1.2.1电流及其参考方向(1)(2)1、电流定义表达式itdqdt3电流的方向电流的实际方

4、向一一规定为正电荷运动的方向.电流的参考方向一一假定正电荷运动的方向.1.2.2电压、电位、电动势及其参考方向1、电压1电压的定义：电压一一即电路中两点之间的电位差,用u表示.即将单位正电荷由a点移至b点电场力所做的功或能量w,称为a、b两点间的电压u,可描述为dwudq1-2假设设无穷远点为参考点,将单位正电荷分别从a点和b点移至参考点,电场力所做的功分别称为a点电位记为ua和b点电位记为ub,a、b两点之间的电压记为uab等于a、b两点的电位差,即uabuaub"3当电压的大小和方向不随时间变化时,称为直流恒定电压,通常用大写字母u表示.假设功的单位为焦耳J,电荷的单位为库仑C,

5、那么电压的单位为伏特V.电压的实际方向一一电位真正降低的方向.电压的参考方向一一即为假设的电位降低的方向.2在电流和电压参考方向相关联的条件下,可得如下判断：当p大于零时,说明该元件是吸收消耗功率;当p小于零时,说明该元件是发出功率或吸收负功率c假设电流和电压参考方向非关联时,如图1-8b所示,那么利用式1-5计算功率时要加负号：p=-ui.i_i_0,一元件001一元件o+w-U+p=uip=_皿电触电压参考方向相关联可电触电压参考方向琮联关联参考方向一一电流白流向是从电压的“+极流向“-极；反之为非关联参考方向.2、电位：1电位与电位参考点?®电路中a点与参考点o之间的电压称为该

6、点的电位电位参考点：2电位与电压的关系3、电动势p,数学上的描1-41.2.3电功率物理上定义,单位时间所做的功称为功率述为当时间的单位为秒s,功的单位为焦耳J时,功率的单位为瓦特W.设元件中的电流和电压参考方向相关联,如图1-8a所示,应用式1-1和式1-2,可将式1-4改写为(1-5)dwdwdq.puidtdqdt上式说明,电路元件所吸收的电功率等于元件中的电压和电流的乘积,当电压和电流的单位分别取伏特V和安培A时,功率的单位为瓦特W例1-1各元件电流和电压参考方向如图1-9所示.U1=3V,U2=5V,U3=U4=-2V,I1=-I2=-2A,I3=1A,I4=3A.试求各元件的功率,

7、并指出是吸收功率还是发出功率,整个电路的总功率是否满足能量守恒定律小结：本堂课学习的内容作业：1、课堂上集体作业1.11.21.31.42课后作业:1.5/1.6/1.7/1.8/1.9/1.11教学后记：1、起立、清点人数,对上一堂课迟到和旷课的同学提出告戒2、提醒上堂课做得不够好的同学,进一步鼓励同学们认真学习II.复旧引新：1、电路的有关知识2、电路中的主要物理量III.授新课：上一堂课我们学习了电路中有关电压的知识,我们知道作为电路的必要组成部件,还有电阻,电容电感,今天我们就将学习的内容是电阻无件1.3电阻元件电阻是电路中阻止电流流动和表示能量损耗大小的参数.电阻元件是用来模拟电能损

8、耗或电能转换为热能等其他形式能量的理想元件.电阻元件习惯上也简称为电阻,故,电阻一词有两种含义,应注意区别.从元件特性上可分为线性、非线性、时不变和时变电阻；从功率的发出或吸收角度,可分为有源和无源电阻；从端接点数上讲,又可分为二端电阻和多端电阻.假设一个二端元件在任一时刻其端电压u和流经的电流i二者之间的关系,可由u-i平面上的一条曲线来确定,那么此二端元件称为二端电阻元件.该曲线称为电阻的伏安特性曲线,它反映了电阻的电压与电流的关系VoltageCurrentRelation,简称VCR.例如：线性电阻的伏安特性曲线是u-i平面上一条通过原点的直线,电阻值的大小与直线的斜率成正比.直线的斜

9、率随时间变化时称为线性时变电阻,否那么称为线性时不变电阻简称线性电阻或电阻.图1-12示出了线性电阻的伏安特性曲线及元件的符号.由特性曲线可知,线性电阻是双向元件.设电流和电压参考方向相关联,线性时不变电阻的VCR约束方程由欧姆定律决定uRi,或iGu1-10式中,电阻R是与电流和电压大小无关的常数,当电流单位为安培A,电压单位为伏特V时,电阻的根本单位为欧姆W;电导G是电阻的倒数,即G1/R.电导的根本单位为西门子S.G"R由电功率的定义及欧姆定律可知,电阻吸收的功率为2-2puiRiGui-ii这说明正电阻总是吸收消耗功率的,称为无源元件.所谓宥源元件是指元件可向外部电路提供大于

10、零且无限长时间的平均功率的一类元件.图1-17示出了线性电感元件的特性曲线和元件符号设磁通与电流方向符合右手螺旋法那么.其数学关系为L/i(1-17)当磁通链的单位为韦伯Wb,电流的单位为安培A时,电感的单位为亨H.如同电阻、电容一样,电感一词既表示少戈美示元件参数大小的宦量.一"1丁一如上所或随曲间变化的磁场将产生电压,设电感电压和>61iKftktillite<!'>,匕伸的电流的参考方向相关联,那么有式d,diuLdtdt由式(1-18)可知,电感电压与电流的关系还可表达为积分关系,即1tiu()du()d1t一u()dLoi(0)tou(1-19)1

11、o式中,i(0)L")d是电感电流的初始值.此式说明,任意时刻t的电感电流不仅取决于0,t间的电压波形,而且还取决于(-s,0)间的电压,即零时刻电感电流的初值.这一性质与电容相似,所以,电感也是记忆元件在电感电流与电压参考方向关联时,电感吸收的功率为(1-20)puiLi那么在t1,12区间dt电感中储存的磁场能量为t2i(t2)wpdtLidit1i(t1)(1-21),、1212、1.5电谷启生i(t2)Li(t1)电容2储存电场能量W储存电荷水平的度量.电容元件是用来模拟一类能够储存电场能量的理想元件模型.实际电容器,简单地讲,是由两片平行导体极板,其间填充绝缘介质而构成的储

12、存电场能量的器件.图1-14所示为几种实际电容器.一个二端元件在任一时刻,其上电荷q与两端电压u之间的关系可由q-u平面上的一条不随时间变化,且通过零点的直线来确定,那么此二端元件称为线性时不变电容元件,简称电容C,其特性曲线及符号如图1-15所示.按图中的参考方向可得电容元件的特性方程Cq/u式中,参数C与直线的斜率成正比.当电荷单位为库仑,电压单位为伏特时,电容的单位为法拉F图1-15线性电容特性曲线及符号在电路理论中,更多的是讨论元件电压与电流的关系VCR.由,并考虑到式1-12,那么有dq八duICdtdt式1-13说明,电容的电流与其端电压的变化率成正比,与其电压的数值大小无关.读者

13、可自行分析在电容电压随时间的变化率分别等于零、有限值和无限值这三种情况下电容电流和电压的对应关系.由式1-13可得1t101tuidididCCC01-141tu0C-0id1 °,式中,l<0c1sd,称为电容电压在时刻的初始值.这说明任一时刻的电容电压不仅与该时刻的电流有关,而且还与此时刻以前的历史状态有关从-s开始,与电阻的电压只取决于即时的电流有着截然不同,故电容称为记忆元件.设电容的电压和电流参考方向相关联,电容吸收的功率为dupuiCu1-15»=dt-3»A"那么在t1t2内电谷中所博存的电场能量为t2u(t2)wpdtCudut1.

14、u(t1)当Ut2Uti时,说明电容从外部电路吸收能量,并以电场形式储存能量充电；反之,当ubutl说明电容将原先已储存的电场能量向外部赴帚放庶2、理想电流源电.由于电容具有能量储存水平,通常称为储能元件.小结：本堂课学习的内容作业：1、课堂上集体作业1.11.21.31.42课后作业:1.5/1.6/1.7/1.8/1.9/1.11教学后记：2、提醒上堂课做得不够好的同学,进一步鼓励同学们认真学习II.复旧引新：1、电感的有关知识2、电容的有关知识III.授新课：上一堂课我们学习了电路中有关的电阻,电容电感知识,我们知道作为电路的必要组成部件,还有,今天我们就将学习的内容是最后一个知识电源无

15、件1.6理想电压源和理想电流源1、理想电压源：任何实际电路正常工作必须要有提供能量的电源C为了对实际电源进行模拟,理论上定义了两种理想的独立电源：独立电压源和独立电流源(>【犷便符号电/符号v=E官流电流源符号忖直流电流源特性曲线3电流源一股符号1.7授控源受控源也称不独立电源,可用它来建立电子元器件的模型.受控源与独立电源不同,它不能给电路提供能量,而是描述了电路中不同之处的电压与电流之间的关系,即同一电路中某处的电压或电流受另一处的电压或电流限制.本书限于讨论限制量与被限制量之间呈线性关系的受控源,亦称线性受控源.irnkg、(c)VCSidiCCCS元件名称元件方程限制量被限制量限

16、制系数VCVSU2=U1UiU2CCVSU2=riiiiU2rVCCSi2=guiUii2gCCCSi2=iiiii2小结：本堂课学习的内容作业：1、课堂上集体作业2课后作业：教学后记：I.组织教学1、起立、清点人数,对上一堂课迟到和旷课的同学提出告戒2、提醒上堂课做得不够好的同学,进一步鼓励同学们认真学习II.复旧引新：1、理想电压源和理想电流源的有关知识2、复习受控源的有关知识III.授新课：前面我们学习了电路的有关知识,那么作为电路必然要遵循一定的规律,那么今天我们就开始研究电路的有关规律之一1.8基尔霍夫定理1.8.1基尔霍夫电流定律(kCL)其根本内容是：对于集总电路的任一节点,在任

17、一时刻流入该节点的电流之和等于流出该节点的电流之和.例如对图1-11所示电路a节点,有i1=i2+i3+i4或i1-i2-i3-i4=0Q41.8.2基尔霍夫电压定律KVLKVL的根本内容是：对于任何集总电路中的任一回路,在任一瞬间,沿回路的各支路电压的代数和为零.UiU2U3U4如图1-12,从a点开始按顺时针方向也可按逆时针方向绕行一周,有:u1-u2-u3+u4=0当绕行方向与电压参考方向一致从正极到负极,电压为正,反之为负.例题：1.5/1.6/1.7/1.8小结：本堂课学习的内容作业：1、课堂上集体作业2、课后作业：教学后记：I .组织教学1、起立、清点人数,对上一堂课迟到和旷课的同

18、学提出告戒2、提醒上堂课做得不够好的同学,进一步鼓励同学们认真学习II .复旧引新：1、中学里面对实验的要求2、实验室中平安用电的知识III .授新课：前面我们学习了电路的有关知识,那么作为电路必然要遵循一定的规律,那么今天我们就开始通过实验来研究电路的有关规律实验一：熟悉实验一、实验目的1 .熟悉实验台的布局及直流电压源、直流电压表电流表的使用方法.2 .学会用电流插头、插座测量各支路电流二实验原理各种电子仪表的使用方法三、实验电路四、实验仪器序号名称型号与规格备注1直流稳压电源0-30V可调DG042宜流数字电压表(I-200VD313宜流数字毫安表()-200mVD314迭加原埋实验电路

19、板DG05五、实验内容1.按电路图连接实验线路,将两路稳压源的输由分别调节为12V和6V,接入U1和U2处.2 .令U1电源单独作用,数据记入表1-1.3 .令U2电源单独作用,数据记入表1-1.4 .令U1和U2共同作用,数据记入表1-1o5 .将U2的数值调至+12V,数据记入表1-1o6 .将R5(330Q)换成二极管1N4007,数据记入表1-2.1、起立、清点人数,对上一堂课迟到和旷课的同学提出告戒2、提醒上堂课做得不够好的同学,进一步鼓励同学们认真学习II.复旧引新：1、中学里面对实验的要求2、实验室中平安用电的知识III.授新课：前面我们学习了电路的有关知识,那么作为电路必然要遵

20、循一定的规律,那么今天我们就开始通过实验来研究电路的有关规律实验二：验证基尔霍夫定律一、实验目的1 .进一步熟悉实验台的布局及直流电压源、直流电压表电流表的使用方法.2 .进一步掌握用电流插头、插座测量各支路电流3、利用实验稳固对基尔霍夫定律二实验原理1、基尔霍夫电流定律KCD：2I=02、基尔霍夫电压定律KVL:2U=0三、实验电路四、实验仪器序号名称型号与规格备注1直流稳压电源0-30V可调DG042宜流数字电压表(I-200VD313宜流数字毫安表()-200mVD314迭加原埋实验电路板DG05五、实验内容1.按电路图连接实验线路,将两路稳压源的输由分别调节为12V和6V,接入U1和U

21、2处.2 .令U1电源单独作用,数据记入表1-1.3 .令U2电源单独作用,数据记入表1-1.4 .令U1和U2共同作用,数据记入表1-1o5 .将U2的数值调至+12V,数据记入表1-1o6 .将R5(330Q)换成二极管1N4007,数据记入表1-2.实验内容U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)JCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)J1单虫作用J2单虫作用J1、U2“同作书2U2单虫作用表1-2实验内容U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)U1单独作用U2单独作用U1、U

22、2共同作用2U2单独作用作业教学后记I.组织教学1、起立、清点人数,对上一堂课迟到和旷课的同学提出告戒2、提醒上堂课做得不够好的同学,进一步鼓励同学们认真学习n.授新课：前面我们学习了电路的有关知识,那么作为电路必然要遵循一定的规律,那么今天我们对本章知识作一个小结一、小结本章知识本章介绍电路模型,电路的根本物理量、根本定律和根本元件,以及电路模型的应用实例.通过本章的学习,了解实际电路的功能和特点,电路模型的概念和意义,实际电路与电路模型内在的联系和区别.电流和电压参考方向是电路分析中最根本的概念,基尔霍夫电流定律和电压定律是电路理论的基石,应熟练掌握和运用.要理解和掌握电路根本元件的定义和元件方程与参考方向的关系,以及功率和能量的计算.学习电路理论应注重与实际应用的结合.1.1 实际电路与电路模型1.2 电路的根本物理量1.3 基尔霍夫定律1.4 电路的根本元件及方程1.5 应用二、评讲作业