电工电子技术 教案 学习领域1-直流电路（机电一体化）

电工与电子技术课程教案课程编号：B3375001教师姓名：电工与电子技术课程组所属专业：机电一体化技术开课时间：授课类型：□理论型（A类）☑理实一体型（B类）□实践型（C类）目录TOC\o"1-2"\h\u4367学习领域1：直流电路 3237221.1电路的基本概念和基本物理量 3206291.2电路的基本元件 13160201.3直流电路求解 32学习领域1：直流电路1.1电路的基本概念和基本物理量安徽机电职业技术学院教案首页模块学习领域1：直流电路1.1电路的基本概念和基本物理量课次1授课教师□单一教师姓名：□双师授课姓名：□实践指导姓名：学情分析1.已掌握电路基础概念（电流、电压、电阻、欧姆定律、简单串并联电路分析）；2.从高中“局部电路分析”到大学“系统化建模”的思维转变困难（如从串并联计算转向网络拓扑分析）；3.期望将理论联系实际（如电路仿真软件应用、简单电子设备原理分析），需设计实验或仿真演示增强直观理解。教学目标1.能描述电路的组成（电源、负载、导线、控制器件）及基本功能；2.能解释电流、电压、功率等基本物理量的定义、单位及相互关系；教学重点1.基本物理量的定义与计算；教学难点1.参考方向的含义与应用2.功率正负的含义思政元素中国电子科技发展成就，家国情怀，安全意识教学方法多媒体教学、启发引导与互动授课班级授课日期教学资源《电工电子技术》，机械工业出版社，刘苏英、武昌俊学银在线《电工与电子技术》/course/241026369.html教学设计简表（含辅助时间分配）时间分配教学环节设计意图5min课前引入展示生活中典型电路图片（如高压输电线路、手机电路板），提问：“这些电路如何实现能量传输或信息处理？50min电路的组成、电路的工作状态、电路的基本物理量详细讲解电路的组成、电路的工作状态、电路的基本物理量。20min发布基础题、拓展题组织学生进行不同层次试题的练习，巡视指导。10min归纳总结以思维导图形式梳理知识图谱5min课后作业布置课后作业，巩固所学，提高分析问题能力。课次1结束（90min）教学反思安徽机电职业技术学院教案续页（课次1）教学过程一、课前引入（5min）【教师活动】1.情境导入：展示生活中典型电路图片（如高压输电线路、手机电路板），提问：“这些电路如何实现能量传输或信息处理？它们的基本组成有什么共同点？”2.知识衔接：回顾高中物理中“闭合电路欧姆定律”，提问：“电源内阻对电路状态有何影响？短路为何会引发危险？”引导学生从旧知过渡到“电路工作状态”新内容。【学生活动】1.分组讨论：结合生活经验，列举电路的不同用途（如家用电器、通信设备），并尝试画出简单电路示意图。2.问题回顾：回顾高中实验中“测量电源电动势和内阻”的过程，思考实际电源与理想电源的差异。【思政元素】1.家国情怀：介绍我国特高压输电技术（如“西电东送”工程）的世界领先地位，强调电路理论在国家能源战略中的基础作用，激发学生的民族自豪感。2.安全意识：通过短路引发火灾的案例，渗透“安全生产”理念，引导学生认识电路理论学习中严谨性的重要性二、新知讲解（50min）【教师活动】1.1电路的基本概念电路是电流的通路，实际应用中电路多种多样，但作用主要有两方面：一是进行能量的传输、分配与转换，如电力系统中的输电电路；二是实现信息的传递与处理，如手机、电视机电路。1.1.1电路的组成电路一般由电源、负载和中间环节组成。1.电源电源是电路能量的提供者，有直流电源和交流电源两种，常见的直流电源有干电池、蓄电池、直流发电机等；常见的交流电源有家庭和工业上使用的工频电源。2.负载负载即用电装置，它将电能装换为其他形式的能量，比如照明灯可以将电能转换成光能，电动机可以将电能转换成机械能。3.中间环节中间环节包括导线、电子电器元件、开关等。1.1.2实际电路和电路模型为便于分析和研究电路，用能够反映其主要电磁特性的理想元件来代替实际的电路元件，我们称这样的抽象电路为“电路模型”。电路模型反映了各种理想元件在电路中的作用和相互之间的联接方式，并不表示元件之间的真实几何关系和实际位置。另外，在电路模型中，连接各元件的导线也被认为是理想元件，其阻抗忽略不计。例如，常见的指示灯电路的实际电路和电路模型如图1-1（a）(b)所示。电路模型中电阻只考虑其阻性，不考虑其感性和容性参数，发光二极管也认为是理想二极管，正向电阻视为零，反向电阻视为无穷大。(b)图1-1指示灯电路的实际电路和电路模型1.2电路的基本物理量电路分析计算中常用到的物理量有：电流、电压、电位和电功率。在进行电路的分析计算时，不仅要算出它们的大小，还要确定电压、电流的方向，以及电位、功率的正负。但有时要事先确定这些并不容易，因此为了方便计算，引入了电压、电流的参考方向。这样就可以先依据参考方向进行分析计算，最后根据计算结果的正负来确定他们的实际方向。1.电流及其参考方向电荷的定向运动形成电流，单位时间内，通过导体横截面的电荷量定义为电流强度，用以衡量电流的大小，电流强度简称为电流。习惯上把正电荷运动的方向规定为电流的实际方向，如果电流的大小和方向不随时间变化，则称为恒定直流，简称直流，用I表示。如果电流的方向随时间发生变化，则称为交流，用i表示。对直流电流，，对交流电流，在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安（A），其他还有kA、mA、μA，它们之间的关系为1kA=103A，1mA=10-3A，1μA=10-6A。参考方向是人们任意选定的一个方向，在电路中用箭头表示。如图1-2所示，图中箭头是任意指定的该段电路中电流的参考方向，这个方向不一定就是电流的实际方向，在规定了参考方向后，电流就成为了代数量，以此参考方向为依据，分析计算电路。当电流值计算结果为正，则说明电流的实际方向与参考方向一致；当电流值计算结果为负，则说明电流的实际方向与参考方向相反。这样在规定的电流参考方向下计算电路，由计算出的电流值的正负，就可以确定电流的实际方向。必须指出，电流的参考方向可以任意假定，而电流的实际方向是客观存在的，不会因为参考方向选取不同而改变。2.电压及其参考方向电荷在电场力作用下运动形成电流，在这个过程中，电场力推动电荷运动做功。为了表示电场力对电荷做功的能力，我们引入电压这个物理量，若正电荷Q在电场力作用下从A点运动到B点时，电场力做的功是W，则AB两点之间的电压定义为：从数值上看，AB间的电压就是电场力把单位正电荷从A点移动到B点所做的功，在国际单位中，电荷的单位是库仑（C），功的单位是焦耳（J），电压的单位是伏特（V），电压的倍数单位有千伏（kV）及毫伏（mV）等，1kV=103V，1mV=10-3V。电压也是有方向的，电压的实际方向是电场力移动正电荷的方向。和对待电流一样，可以在所研究的电路两点之间任意选定一个方向，作为参考方向，在电压参考方向下，分析计算电路，再依据计算结果的正负，确定电压的实际方向，若电压为正，则电压的实际方向与参考方向一致，反之，电压的实际方向与参考方向相反。电压的实际方向是客观存在的，它不因电压参考方向的选取不同而改变，一般采用双下标来写电压，例如A点到B点的电压用表示，根据以上分析可知，。在电路图上两点间电压的标法可以用箭头，也可以用正负号来表示，如图1-2中的电压方向标注所示。图1-2电压方向的两种标注方法电路中，若选取的电压、电流参考方向一致，称为关联参考方向；若选取的电压、电流参考方向相反，则称为非关联参考方向。实际应用中，虽然参考方向可任意选取，但为了计算方便，一般对于电源，其电压、电流方向应选取非关联参考方向；对于负载，其电压、电流方向应选取关联参考方向。欧姆定律能够描述某段导体电流跟这段导体两端电压的关系。该定律指出：在同一电路中，通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。1）部分电路欧姆定律流过电阻的电流I与电阻两端的电压U成正比，与电阻值R成反比。关联参考方向下欧姆定律可描述为：，非关联参考方向下欧姆定律可描述为：。（a）U、I参考方向一致（b）U、I参考方向一致图1-3部分电路欧姆定律2）全电路欧姆定律在一个闭合电路的整体中，电流I与电源的电动势E成正比，与电路中的内电阻和外负载电阻之和成反比，称为全电路欧姆定律。其表达式为:。图1-4全电路欧姆定律3.电位在电路中，若指定某点（可任意选取）为参考电位，电路中其他点到参考电位点之间的电压称为该点的电位。参考电位点也称为零电位点，电路中的参考电位点可以任意选取，但同一电路中只能选一个参考电位点，如接地点或设备的外壳。当参考电位点确定后，电路中各点的电位只有一个数值，称为电位单值性，电位比零电位点高的点电位为正，电位比零电位点低的点电位为负。依据电压的定义可知，两点间的电压等于这两点的电位之差，若A、B两点电位分别用和表示，则电压，。例1-1如图2-1所示电路，分别以A、B为参考点计算C和D点的电位及。（a）例1-1图（b）以A点为参考电位（c）以B点为参考电位图1-5电位电压计算解：（1）以A点为参考电位时：电路中电流（参考方向如图1-5（b）所示）：；1）C点电位即C点到参考电位点A点之间的电压，也是3Ω电阻两端电压，依据关联参考方向下（电压与电流方向相同）欧姆定律可知：。2）D点电位即D点到参考电位点A点之间的电压，也是2Ω电阻两端电压，依据非关联参考方向下（电压与电流方向相反）欧姆定律可知。3）从电压等于电位差的角度求解，电压；从欧姆定律角度求解，电压是C、D之间3Ω和2Ω电阻两端电压之和，依据关联参考方向下（电压与电流方向相同）欧姆定律可知：。两种运算结果是一致的。（2）以B点为参考电位时：电路中电流（参考方向如图1-5（c）所示）：；1）C点电位即C点到参考电位点B点之间的电压，也是10V电源两端电压，即所以：。2）D点电位即D点到参考电位点B点之间的电压，即所以：。3）从电压等于电位差的角度求解，电压；从欧姆定律角度求解，与（1）以A点为参考电位时3）中方法步骤相同。两种运算结果是一致的。从（1）（2）求解结果可以看出，电路中各点电位随参考点的变化而变化，即电位的相对性，但任意两点间的电压却保持不变，即电压的绝对性。4.功率电功率用来描述电路中各部分能量的消耗或提供的速度，定义单位时间内电能的变化率为电功率。用P表示，即。在电路中，功率也可以用电压和电流来表示，对于直流电路：；对于正弦交流电路：有功功率（平均功率），其中分别为电压电流有效值，为电压和电流的相位差（该公式会在后面正弦交流电2.2中详细介绍）。在分析电路时经常要判别哪个电路元件是电源（或起电源作用），哪个电路元件是负载（或作为负载使用），具体方法如下：当电路元件的电压电流参考方向为关联参考方向时，，当电路元件的电压电流参考方向为非关联参考方向时，。若功率计算结果功率为正表示吸收（消耗）功率，元件相当于负载，功率为负，表示发出功率，元件相当于电源。【思政元素】1.科学思维：讲解“电路模型”时，强调理想元件抽象过程中“抓主要矛盾、忽略次要因素”的哲学思维，培养学生透过现象看本质的能力。2.工匠精神：对比实际电路与理论模型的差异，强调“工程实践需以理论为基础，但需结合实际修正”，培养学生“求真务实、精益求精”的专业态度。3.绿色能源：在分析电源效率时，引入太阳能电池、锂电池等新能源技术，引导学生思考“如何通过电路优化提升可再生能源利用率”，渗透“双碳”目标下的责任意识。三、课堂练习（20min）【教师活动】分层任务：1.基础题：已知电源电动势

E=12V、内阻

R0​=1Ω，负载

RL​=11Ω，计算电路电流、负载功率及电源效率。2.拓展题：若负载短路，计算电源内阻损耗功率，并分析为何实际电路需加保险丝（结合焦耳定律）。巡视指导：关注学生计算中是否忽略内阻影响，引导学生反思“理论假设与实际约束”的关系。【学生活动】1.独立计算：完成基础题，对比“负载工作状态”与“短路状态”的功率差异。2.小组讨论：分析拓展题中“保险丝材料选择”（需熔点低、电阻大），结合生活中电路故障案例，分享安全用电常识。【思政元素】1.责任担当：通过“短路危害”讨论，强化“安全第一”意识，引导学生认识到电路设计需兼顾性能与安全性，培养“以人为本”的工程伦理。2.团队协作：小组讨论中鼓励学生分享解题思路，强调“集体智慧”在复杂问题解决中的作用，渗透“团结协作”的价值观。四、归纳总结（10min）【教师活动】1.知识图谱：以思维导图形式梳理“电路组成→工作状态→物理量计算”逻辑链，强调“能量守恒”“参考方向设定”等核心思想。2.提问引导：“为什么理想元件模型对电路分析至关重要？实际电路设计中如何平衡理论简化与工程安全？”引导学生反思“理论与实践的辩证关系”。【思政元素】1.创新意识：结合华为5G芯片、特高压设备等案例，指出“电路理论是电子信息产业的基石”，鼓励学生打好基础、勇于探索前沿技术，为我国科技自立自强贡献力量。2.系统思维：总结电路各要素的相互影响（如电源、内阻、负载的功率关系），引申至“个人与集体的关系”——每个元件各司其职，如同社会成员需协同合作，共同推动系统优化。五、课后作业（5min)某台灯电路由电源（适配器输出

U=12V，内阻忽略）、开关、LED灯（等效电阻

RL​=20Ω）和可调电阻

R=0∼30Ω

串联组成。画出电路模型图，分析开关断开（断路）、闭合且

R=0（满载）、闭合且

R=10Ω（调光）三种状态下的电流、灯功率及能量流向。1.2电路的基本元件安徽机电职业技术学院教案首页模块学习领域1：直流电路1.2电路的基本元件课次2、3授课教师□单一教师姓名：□双师授课姓名：□实践指导姓名：学情分析1.已掌握电路基础概念（电流、电压、电阻、欧姆定律、简单串并联电路分析），更加深入地了解电路的基本物理量；2.从高中“局部电路分析”到大学“系统化建模”的思维转变困难（如从串并联计算转向网络拓扑分析）；3.期望将理论联系实际（如电路仿真软件应用、简单电子设备原理分析），需设计实验或仿真演示增强直观理解。教学目标能描述电阻、电容、电感的电阻的定义与分类、特性、封装与包装；能分辨电阻、电容的串并联连接并计算等效电阻和电容。教学重点1.元件的特性、分类、封装；2.分辨电阻、电容的串并联连接并计算等效电阻和电容。教学难点1.元件的封装；2.分辨电阻、电容的串并联连接并计算等效电阻和电容。思政元素重大工程中的电路技术，科技自信，劳动精神。教学方法多媒体教学、启发引导与互动授课班级授课日期教学资源《电工电子技术》，机械工业出版社，刘苏英、武昌俊学银在线《电工与电子技术》/course/241026369.html教学设计简表（含辅助时间分配）时间分配教学环节设计意图5min课前引入45min电阻的定义与分类、电阻的串并联、电阻的封装与包装系统讲解电阻的定义与分类、电阻的串并联、电阻的封装与包装。25min分层设计基础题、拓展题根据学生的能力推送不同类型的试题，教师巡视指导。10min归纳总结电阻原件知识图谱梳理，学生对照图谱复述重点知识。5min课后练习布置课后作业，巩固所学，提高分析问题能力。课次2结束（90min）5min课前引入50min电容器和电容量、电容器的充放电、电流电压关系及电场能量、电感器和电感量、电压源与电流源对电容器和电容量、电容器的充放电、电流电压关系及电场能量、电感器和电感量、电压源与电流源等知识进行分析与讲解。20min分层设计基础题、拓展题根据学生的能力推送不同类型的试题，教师巡视指导。10min归纳总结按照知识图谱梳理本次内容，学生对照图谱复述重点知识。5min课后练习布置课后作业，巩固所学，提高分析问题能力。课次3结束（90min）教学反思安徽机电职业技术学院教案续页（课次2）教学过程一、课前引入（5min）【教师活动】【学生活动】【思政元素】二、新知讲解（45min）【教师活动】1.5电阻1.5.1电阻元件的定义与分类描述阻碍物体中自由电子定向运动能力的物理量称为电阻，阻碍能力越强，电阻越大，阻碍能力越弱，电阻越小。电路中的电阻元件称为电阻器，也简称电阻，所以实际上电阻有两层含义，一是指该元件具有电阻的性质，二是指元件本身是一个电阻器。电阻器的分类方法有很多，按电阻值变化与否一般可分为固定电阻器、可变电阻器；按电阻器的材料可分为碳膜电阻器、金属膜电阻器，合成膜电阻器、绕线电阻器、熔断电阻器、热敏电阻器和光敏电阻器等；按电阻封装分为插装电阻和贴装电阻。常见电阻器的实物图和电路符号分别如图1-25和1-26所示。（a）插装电阻-固定电阻-四环（b）插装电阻-固定电阻-五环（c）贴装电阻-固定电阻-三位数和四位数表示（c）敏感电阻-压敏（d）敏感电阻-光敏（e）可变电阻-微调（f）可变电阻-电位器图1-25常见电阻器的实物图（a）普通电阻(b)电位器(c)可调电阻(d)压敏电阻(e)热敏电阻(f)光敏电阻图1-26常见变阻器的电路符号1.5.2电阻元件的特性电阻元件按其两端电压和流过电流之间的关系分为线性电阻元件和非线性电阻元件。线性电阻元件在电压和电流取关联参考方向下，在任何时刻，它两端的电压和所流过的电流关系都服从欧姆定律，即u=Ri，在电压电流与非关联参考方向下，欧姆定律为u=−Ri，其中，u为电阻元件两端电压，单位为伏（V），i为流过电阻元件的电流，单位为安（A），R为电阻，单位为欧姆（Ω）。线性电阻元件的伏安特性曲线如图1-27（a）所示。非线性电阻元件的电压电流关系不符合欧姆定律，其伏安特性曲线的斜率不是固定值。如图1-27（b）是某个非线性电阻元件的伏安特性曲线。（a）（b）图1-27电阻元件的伏安特性曲线电阻元件在电路中是一个耗能元件，消耗的功率。电阻在电路中多用来进行限流、分压、分流以及阻抗匹配等，是电路中应用最多的元件之一。1.5.3电阻的串联与并联1.电阻的串联两个或多个电阻首尾相连，各电阻流过同一电流的连接方式，称为电阻的串联，如图1-28所示。电阻的串联电路具有以下特点：1）串联电路中，流过支路的电流处处相等，即I12）串联电路两端的等效电阻，等于各电阻之和，即R=R1+3）串联电路的端口电压，等于各电阻上电压之和，即U=4）串联电路中各电阻上电压与其阻值成正比，即5）串联电路中电阻吸收的总功率等各电阻吸收功率之和，即图1-28电阻的串联与等效图1-29电阻的并联与等效2.电阻的并联两个或多个电阻首尾分别相连，各电阻处于同一电压下的连接方式，称为电阻的并联。如图1-29所示。电阻的并联电路具有以下特点：1）并联电路中，各支路的端电压相等，即2）并联电路总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和，即3）并联电路的总电流，等于各支路电流之和，即4）并联电路各电阻流过的电流与其阻值成反比，即5）并联电路中电阻吸收的总功率等于各电阻吸收功率之和，即例1-5如图1-30（a）所示，已知，，，求其等效电阻的值。图1-30例1-5图解：由图1-30（a）可知：R3、R4、R5首尾分别相接，是并联，故将这三个电阻可以用一个等效电阻来代替，其大小为：，其等效电路图如图1-30（b）所示。由图1-30（b）可知，R2和R345首尾相接，是串联，故这两个电阻可以用一个等效电阻R2345来代替，其大小为：等效电路如图1-30（c）所示。由图1-30（c）可知，R1和R2345首尾分别相接，是并联，因此这两个电阻可以用一个等效电阻来代替，即所求电阻RAB，其大小为：，等效电路如图1-30（d）所示。注：阻值相等的n个电阻并联，等效电阻为每个电阻阻值的1/n。例1-6电路及参数如图1-31所示，求每一个电阻中流过的电流。图1-31例1-6图解：由图1-31可知，2Ω电阻和4Ω电阻串联得6Ω电阻，得到的6Ω电阻又与电路中原来的6Ω电阻并联得到3Ω电阻，新得到的3Ω电阻最后与电路中原来的3Ω电阻串联得到电路总电阻6Ω，即,根据欧姆定律可知，电路总电流。所以，3Ω电阻中的电流为2A，根据分流公式可得6Ω电阻中的电流为，2Ω和4Ω电阻中的电流相同，也为。1.5.4电阻的封装与包装电阻元件依据组装形式可分为插装和贴装两种。其中贴片电阻通常为矩形元件封装，如图1-32所示，以外形尺寸长宽来命名，封装型号的前两位数字表示长度，后两位数字表示宽度，表示方法有英制系列和公制系列两种。公制(mm)/英制(inch)转换公式：25.4mm×英制(inch)尺寸=公制(mm)尺寸图132贴片电阻封装例如：图132贴片电阻封装长度=25.4mm×0.04=1.016≈1.0mm；宽度=25.4mm×0.02=0.508≈0.5mm0402的公制表示法为：1005(1.0mm×0.5mm)贴片电阻元件因为体积很小，生产厂家往往把几千个电阻元件用一盘编带包装起来，常称为料盘，如图1-33所示。编带插装电阻编带贴装电阻贴装电阻料盘图1-33电阻元件的包装【学生活动】1.观察教师展示的电阻元件，根据外观（如颜色、引脚形状）猜测其类型和用途，如“色环细密的可能是精密电阻，体积大的可能是功率电阻”。2.用电阻箱、电流表、电压表搭建串联/并联电路，测量并验证电流、电压关系，记录数据并分析误差来源（如导线电阻影响）。3.每人分发5只不同色环的电阻，用万用表测量验证阻值，记录标注值与实测值的差异，分析误差原因（如色环磨损、测量接触电阻）。【思政元素】1.系统思维：强调串联电路“一损俱损”与并联电路“独立工作”的特点，引申至团队合作：“串联中每个元件需可靠，如同团队成员需各司其职；并联中多元协作可提升效率，体现包容共生理念。2.严谨治学：强调色环标注“一环错误全盘皆错”，如将金色环误判为银色环会导致误差扩大1倍，渗透“科学研究容不得半点马虎”的态度。三、课堂练习（25min）【教师活动】1.分层任务设计基础题：计算图1-12中（假设R1=4Ω，R2=6Ω，R3=10Ω并联接24V电源）各电阻电流及总功率。拓展题：设计一个由10Ω和15Ω电阻组成的分压电路，要求从12V电源中获得4V输出，画出电路图并计算电阻连接方式（串联分压，需串联一个30Ω电阻或利用现有电阻组合）。2.巡视指导重点关注学生对并联等效电阻计算（是否漏算倒数）和色环读数（五环电阻的有效数字识别）的易错点【学生活动】独立完成基础题，小组讨论拓展题解法，派代表上台展示分压电路设计方案（如串联R1=10Ω与R2=20Ω，从R1两端取4V）。【思政元素】1.安全责任：结合拓展题，强调分压电路需留有余量（如选用额定功率大于计算值的电阻），防止过热引发火灾，渗透“工程设计需以安全为前提”的伦理观。2.节约意识：引导学生思考“如何利用现有电阻组合实现目标阻值”（如串联/并联旧电阻），减少元件浪费，呼应“绿色低碳”理念。四、归纳总结（10min）【教师活动】1.知识图谱梳理电阻元件├─物理意义：阻碍电流的物理量/电阻器元件├─核心特性：│├─串联：等流分压，R总=ΣRi│└─并联：等压分流，1/R总=Σ1/Ri├─工程应用：│├─封装：插装（耐高压）vs贴装（微型化）│└─标注：色环（精密）/数码（快捷）/直标（直观）└─关键能力：阻值计算→电路设计→误差分析【学生活动】对照思维导图复述重点知识，记录“串联分压比=电阻比”“并联分流比=电阻反比”等核心结论。【思政元素】科技报国：展示我国“奋斗者”号深海探测器中耐高压电阻的应用案例，说明：“基础元件的性能决定高端装备的上限，鼓励同学们打好专业基础，助力科技自立自强。五、课后作业（5min)1.计算下列电阻的阻值与误差：四环：黄紫红银五环：橙白黑棕棕2.电路中R1=20Ω与R2并联，总电阻为12Ω，求R2阻值；若总电流为5A，求各支路电流。3.某LED灯额定电压3V、电流20mA，需接在5V电源上，求串联限流电阻阻值（需考虑电阻功率，计算P=I²R并选择合适额定功率）。安徽机电职业技术学院教案续页（课次3）教学过程一、课前引入（5min）【教师活动】【学生活动】【思政元素】二、新知讲解（50min）【教师活动】1.6电容1.6.1电容器和电容量1.电容器电容器是存储电荷的容器。凡是用绝缘物质（电介质）隔开的两个导体的组合就构成一个电容器。常见电容器外形和图形符号分别如图1-35和1-36所示。常见的电容器按介质材料分为：无机介质电容器：包括瓷介电容器，云母电容器等。有机介质电容器：包括纸介电容，有机薄膜电容器等。电解电容器：电解电容的阳极为金属箔，阴极一般是酸性电解液，介质为金属氧化物，常见的有铝电容，钽电容等。图1-35常见电容器图1-36电容电路符号2.电容量电容量是表示电容器存储电荷能力的物理量。定义为电容器存储的电荷量Q和其两端电压U的比值，用C表示。电容量的单位是法拉，用F表示，常用的单位是微法μF和皮法pF。1.6.2电容器的充放电、电流电压关系及电场能量图1-37中，当开关S接通1时，在US作用下产生电流i，电容器两极板上分别带上数量相等，极性相反的电荷。极板间电压上升，产生了电场，电容器存储了电荷和电场能量，图1-37电容的充放电过程这一过程称电容器的充电过程。图1-37电容的充放电过程当电容器两端电压充到US时，电路中电流减小为零，充电结束。电路处于稳态，相当于断路。当开关S接通2时,电容器两极板上的正负电荷互相中和，极板间电压逐渐减小，这一过程称电容器的放电过程。可见，电荷的变化导致电流的产生，具体地，电容上的电流和电压是微分关系。即电流大小不取决于电压的大小，而是取决于电压随时间变化的快慢。电容器两端的电压不能突变，而流过电容器的电流是可以突变的。电容元件是储能元件，分析证明，电容器中存储的电场能量为：1.6.3电容器的连接1.电容的并联电容并联时，等效的电容量等于各电容电容量之和，。2.电容器的串联电容串联时，等效电容量等于各电容量的倒数之和，。1.6.4电容元件的参数电容器在电路中多用来滤波、隔直、交流耦合、交流旁路及与电感元件构成振荡电路等，是电路中应用最多的元件之一。主要参数有以下几个：1.标称电容量和允许误差标注在电容器上的电容量，称作标称电容量。电容器的实际电容量与标称电容量的允许最大偏差范围，称为允许误差。2.额定工作电压指在规定的温度范围内，电容器能够长期可靠工作的最高电压。3.损耗因数电容器的损耗因数定义为损耗功率与存储功率之比，用D表示，。D值越小，损耗越小，电容的质量越好。（a）电容等效电路（b）忽略引线电感后的等效电路图1-38实际电容器的等效电路对于一个实际的电容，它在具备电容量的同时，也存在引线电感和介质损耗，等效电路如图1-38所示。当工作频率较低时，其引线电感的作用可忽略，此时电容的测量主要包括电容量和其损耗因数D的测量，随着频率的升高，引线电感的作用不能忽略，此时电容的大小将随着频率的上升而略有升高。理想电容在交流电路中的电抗为，电容不消耗能量，只与电源进行能量交换，所以流过电容的电流有效值与其两端的电压有效值乘积称为无功功率。1.7电感1.7.1电感器和电感量电感器是用绝缘导线在绝缘骨架上绕制而成的线圈，也称电感线圈。常见的电感器实物图和图形符号如图1-41和1-42所示。图1-41常见的电感器实物图（a）一般电感(b)磁芯电感(c)铁芯电感(d)空芯变压器(e)铁芯变压器图1-42几种电感器电路符号线圈通过电流会产生磁场。磁场的方向可用右手螺旋定则判定。如图1-43所示。磁场的强弱常用磁感应强度B来表示，其单位为特斯拉T。图1-43电流与磁场的关系对于均有磁场，磁通量等于磁感应强度B与其垂直穿过的面积S的乘积，其单位为韦伯（Wb）。磁链等于线圈中的磁通Φ与线圈匝数N的乘积。磁链的单位仍然是韦伯（Wb）。Φ=BSΨ=ΦN磁链Ψ是由线圈中的电流i产生的，对空心线圈Ψ和i成正比。L称自感系数，又称电感量，是反映线圈通电后产生磁场能力大小的物理量，单位是亨利（H）。1.7.2电感元件的电压电流关系及电感器储存的磁场能量当线圈中电流随时间变化时，线圈中的磁链（自感磁链）也会变化，根据电磁感应定律（法拉第定律），线圈中将产生感应电动势（自感电动势e），这种现象称为自感现象。图1-44线圈电压电流关系图1-45实际电感的等效电路自感电动势的存在使得线圈两端有电压u，称自感电压。在电路分析中，习惯取线圈电流，自感电压参考方向相同（关联参考方向），如图1-44所示，则有：，电感上的电压和电流是微分关系，电压与电流的变化率成正比。电感中的电流不能突变，但电感两端电压是可以突变的。通有电流的电感线圈中存在磁场，磁场中存储有磁场能量。可分析证明电感器储存的磁场能量为：。1.7.3电感元件的参数及标注方法电感在电路中可用来滤波、变压、与电容元件构成振荡电路等。电感的主要参数有电感量、误差、额定电流、温度系数、分布电容和品质因数（电感损耗电阻为R，在一定频率的交流电压下工作时，电感所呈现的感抗与损耗电阻R之比，称为电感的品质因数，即）。对于一个实际的电感，它在具备电感的同时，也存在分布电容和损耗电阻，等效电路如图1-45所示。当工作频率较低时，其分布电容的作用可忽略，随着频率的升高，分布电容的作用不能忽略，此时电感的大小将随着频率的上升而略有升高。理想电感在交流电路中的电抗为，电感不消耗能量，只与电源进行能量交换，所以流过电感的电流有效值与其两端的电压有效值乘积称为无功功率。电感的标注与电阻相似，有色环标注和数码标注等。电感元件的包装也与电阻基本相同，有散装和编带包装。【学生活动】1.用万用表测量电感线圈直流电阻（接近0Ω），理解“电感对直流相当于导线”的特性。2.分组完成等效变换练习，总结步骤：“先标注参考方向，再计算参数，最后验证外特性”。【思政元素】绿色理念：对比传统电解电容（含重金属）与环保型铝电解电容（无铅化），强调“电子元件生产需符合RoHS环保标准”。创新思维：介绍纳米晶合金电感（体积小、损耗低，用于5G基站），鼓励学生关注新型材料在电子元件中的应用。辩证思维：通过“理想模型与实际电源的差异”，引导学生理解“理论需结合实际修正”，如设计电源时需实测内阻并预留裕量，培养“求真务实”的科学态度。三、课堂练习（20min）【教师活动】【学生活动】【思政元素】四、归纳总结（10min）【教师活动】1.知识图谱梳理储能元件与电源├─电容（C）：│├─特性：隔直流通交流，储能(W_C=1/2Cu²)│└─连接：并联(C_总=ΣC_i)，串联(1/C_总=Σ1/C_i)├─电感（L）：│├─特性：阻交流通直流，储能(W_L=1/2Li²)│└─连接：串联(L_总=ΣL_i)，并联(1/L_总=Σ1/L_i)└─电源等效变换：├─条件：(I_S=E/R_0)，(R_0'=R_0)（方向对应）└─局限：仅对外电路等效，理想电源无法变换【学生活动】【思政元素】五、课后作业（5min)

1.3直流电路求解安徽机电职业技术学院教案首页模块学习领域1：直流电路1.3直流电路求解课次4、5、6授课教师☑单一教师姓名：□双师授课姓名：□实践指导姓名：学情分析1.已掌握电路基础概念（电流、电压、电阻、欧姆定律、简单串并联电路分析）；电路物理量的基本概念和常用电子元件的特性、分类、连接与等效计算、封装等；2.从高中“局部电路分析”到大学“系统化建模”的思维转变困难（如从串并联计算转向网络拓扑分析）；3.期望将理论联系实际（如电路仿真软件应用、简单电子设备原理分析），需设计实验或仿真演示增强直观理解。教学目标1.能复述基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）的内容及适用条件；2.能理解叠加定理和戴维南定理的核心思想（重点：线性系统叠加性，难点：独立源置零的操作逻辑）；3.能判断电阻的串联与并联关系，并计算等效电阻（重点：混联电路化简）；4.能应用支路电流法、节点电压法求解直流电路（难点：列写独立方程组的规范性）；5.能通过电路等效变换（如电源等效、戴维南等效），形成“化繁为简”的工程简化意识；6.能在实验或仿真中验证定理时，培养严谨的数据分析与误差反思能力；7.在分组实验中，能通过分工合作完成电路搭建与测量任务，强化团队沟通能力。教学重点1.节点电流守恒（KCL）与回路电压守恒（KVL）的规范列写；2.支路电流法的变量设定与方程构建步骤；3.独立源的置零操作（电压源短路、电流源开路）及分响应叠加原则；4.独立源置零后的电阻网络简化。教学难点1.基尔霍夫定律的复杂应用；2.支路电流法的方程组求解3.戴维南定理的等效电阻计算；4.叠加定理的适用条件5.电源等效变换的逻辑矛盾。思政元素1.定理中的哲学思维；2.实验中的求真态度；3.细节严谨性培养；4.工程伦理与社会责任；5.绿色电路设计理念教学方法多媒体教学、启发引导与互动授课班级授课日期教学资源《电工电子技术》，机械工业出版社，刘苏英、武昌俊学银在线《电工与电子技术》/course/241026369.html教学设计简表（含辅助时间分配）时间分配教学环节设计意图8min课前引入47min支路、节点、回路的概念、基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律、支路电流法带领学生一起分析讲解：支路、节点、回路的概念、基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律、支路电流法。20min分层设计基础题、拓展题根据学生的能力推送不同类型的试题，教师巡视指导。10min归纳总结知识图谱梳理，学生对照图谱复述重点知识。5min课后练习布置课后作业，巩固所学，提高分析问题、解决问题的能力。课次4结束（90min）5min课前引入45min叠加定理详细讲解叠加定理。25min分层设计基础题、拓展题根据学生的能力推送不同难度的叠加定理题，教师巡视指导，帮助学生。10min归纳总结板书总结：知识图谱梳理，学生对照图谱复述重点知识。5min课后练习布置课后作业，巩固所学，提高分析问题、解决问题的能力。课次5结束（90min）5min课前引入45min戴维南定理详细讲解戴维南定理。25min分层设计基础题、拓展题根据学生的能力推送不同难度的戴维南定理试题，教师巡视指导，帮助学生。10min归纳总结板书总结：知识图谱梳理，学生对照图谱复述重点知识。5min课后练习布置课后作业，巩固所学，提高分析问题、解决问题的能力。课次6结束（90min）教学反思安徽机电职业技术学院教案续页（课次4）教学过程一、课前引入（8min）【教师活动】【学生活动】【思政元素】二、新知讲解（47min）【教师活动】1.7基尔霍夫定律电路由若干电路元件组成，电路元件之间的电流、电压关系由基尔霍夫定律来体现。基尔霍夫定律包括电流和电压定律。在介绍基尔霍夫定律之前，首先介绍几个电路名词。1）支路：电路中至少有一个元件且通过同一电流的路径，特点是没有分支。2）节点：3条或3条以上的支路的交点。3）回路：由一条或多条支路组成的闭合电路，电路中任何一个闭合路径都是一个回路。4）网孔：回路平面上不包含其他支路的最简单回路。如图1-46所示电路，电路中共有US1和R1、US2和R2、R33条支路，a、b2个节点，US1→US2→R2→R1、US2→R3→R2、US1→R3图1-46电路名词实例图1-47节点电流图1-48广义节点电流1.7.1基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（KCL）指出：在任意时刻，对电路中任一节点，流过该节点的各支路电流的代数和为零，即ΣI=0，这一方程称为节点电流方程。在列方程时通常规定流入节点的电流为正，流出节点的电流为负，当然也可按相反方向规定。如图1-47，有+I1−I2+I3−I4−I5=0，亦可写作I2例1-7如图1-46，列写节点a、b的KCL方程。解：设流入节点的电流取正号，流出节点的电流取负号，对a点:有I1+I2−I3=0或I节点电流方程应用范围可扩大至包含数个节点的封闭面（广义节点）。在任意时刻，电路中任一假想封闭面S(包含多个节点)的各支路电流的代数和为零，即对广义节点也有∑I=0。如图1-48，有IA1.7.2基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（KVL）指出：在任一瞬间，沿任一闭合回路绕行一周，各部分电压的代数和等于零，即ΣU=0。对闭合回路任意指定一绕行方向，元件或支路参考电压方向与环路绕行方向一致取正号，否则取负号，如图1-49，取顺时针绕行方向，有UAD+UDB+UBC+U列KVL方程的方法可归纳为：1）选取各支路电流的参考方向（任意选取）；2）选取回路的绕行方向（任意选取）；3）电阻电压IR中，若电流方向与回路绕行方向一致，该项前取正号，反之取负号；4）电压源电压Us中，若电压Us方向与回路绕行方向一致，该项前取正号，反之取负号。图1-49闭合回路图1-50开口电路例1-8如图1-46，列写三个回路的KVL方程。解：取每个回路绕行方向均为顺时针方向，有左边网孔：U右边网孔：I整体回路：I基尔霍夫电压定律应用范围可扩大至“开口电路”。如图1-50，有UAB1.8支路电流法支路电流法是以电路中各支路电流为待求量，直接应用基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）对节点和回路列出所需的方程来求解复杂电路的基本方法。例如，图1-51所示电路中各电压源和各电阻值都是已知量，求各支路的电流。用支路电流法求解电路，图中有5条支路，即有5个待求电流，需要建立5个独立方程。图中有A、B、C3个节点，可列出3个KCL方程。A：I1B：−IC：−I1−I显然，三个KCL方程相互关联，并不完全独立，由任意两个方程可推导出第三个方程。可证明：若电路有n个节点，独立节点电流方程只有（n-1）个。3个节点只能有2个独立节点KCL方程，为建立方程组，还需3个独立回路KVL方程，为确保所选回路相互独立，可选择网孔回路，图中恰好有3个网孔，分别列出KVL方程。网孔①：I4网孔②：I2网孔③：I35个方程联立，即可求解5个未知支路电流。可证明：若电路有n个节点，b条支路，m个网孔，三者关系为：b=m+n-1。支路电流法解题方法可归纳为：1）任选各支路电流的参考方向，并以各支路电流为待求量；2）n个节点列出n-1个节点电流方程；3）任选m个网孔的绕行方向，列网孔的回路电压方程；4）求解b=m+n-1个联立方程式，可直接求得各支路电流。例1-9如图1-52，各元件参数数据已知：US1=60V，US2=20V，R1=10Ω，R2=4Ω，R3=20Ω，用支路电流法求各支路电流。解：选定各支路电流参考方向和回路绕行方向，列方程：节点A：−网孔①：I网孔②：−带入数据，整理得：10−解方程组得：I1=5.75A，I2=5.625A，I3=-0.125A图1-52例1-9图图1-53例1-10图例1-10如图1-53所示电路，求电流源两端的电压及流过6Ω和4Ω电阻的电流。解：选定各支路电流参考方向和回路绕行方向，其中一个支路为电流源，支路电流已知，因此只需列2个方程节点A：I网孔①：−解方程组得：I1=1A，I2=4A。由网孔②：−4I2+U=0当然，图中有I1、I【学生活动】【思政元素】三、课堂练习(20min)【教师活动】【学生活动】【思政元素】四、归纳总结（10min