电工电子技术(上)教案设计

1、电工电子技术（上）课程教案（ 2016-2017 学年秋季学期）授课教师：授课专业班级：学分：6学时：教师所在教研室：电气自动化技术2016年8月教学内容注意点配时提问：试想如果没有电，生活将会怎样？5导入新课：5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）便于控制第1章直流电路电路：电流流通的路径。直流电路：由直流电源供电的电路。§1.1电路及主要基本物理量一、电路的组成及作用电路就是电流通过的

2、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。电路三10（ 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部 分 组号进行传递

3、和处理的作用，如变压器、输电线等。成教学内容注意点配时2 、电路模型和电路图电 路 模10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，需用型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。RLC开关S电 干白负E炽源 电载RL灯池Ro导线中间环节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。输电线电动机发电机升压变压器降压变压器电灯电炉电源中间环节负载（ 2 ）实现信息的传输和处理，如测

4、量电路、扩音机电路、计算机电电 路 的20路等。典型电路是扩音机。作用晶体管放大电路扬声器电源中间环节负载二、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。恒定电流交变电流IQ（ DC ）（“”）tiq（ AC ）（“”）t教学内容注意点配时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 I 表示。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。1kA103 A1A103 mA106A3 、电流的方向（ 1 ）实际方向习惯

5、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。（ 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“参考方向参考方20（也称正方向） ”。向选取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。实际方向实际方向ababII参考方向参考方向a） I0b ） I04 、电流的表示方法（ 1 ）箭头：（ 2 ）双下标：I ab5 、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

6、用不同表测量。（ 2 ）电流表应串联在电路中。教学内容注意点配时（ 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电压实10a 际方向b E U ab负载规定：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两点之间的电压，用 U ab 表示。电压的单位为V（伏 特 ），还有 kV（千伏）、 mV （毫伏）、V （微伏）等。

7、参 考 方1kV103 V1V103 mV106V向选取2 、实际方向：由高电位指向低电位结论：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。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： U ab教学内容注意点配时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。（

8、4）选择正确的量程。【例】 电路如图所示，已知 U 16V， U 24V ，求： U ab ? U1U2ab解： U ab U 1 ( U 2 )6V(4V)10V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U ab 恒定不变，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E 表示。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）。电 动 势的 实 际方向教学内容注意点配时结

9、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（E ）和电压（ U ab ）的区别：* 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【例】 电路如图所示，已知电源电动势E10V ，求出： U ab? U ba?Eab解： U abE10V ， U baU ab10V 。五、功率把单位时间内电场力所做的功称

10、为电功率。用“P”表示。定义式： PWUII 2 RU 2tR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 ）教学内容注意点配时1 kW h 指： 1 千瓦功率的设备，使用1 小时所消耗的电能，俗称1 1 kW h5度电。的意义1kWh=3.6106J【例 1 】： 1 度电可以为20W 的电灯供电（50 ）小时。【例 2 】：有一功率为60W 的电灯， 每天使用它照明时间为4h ，如果按每月 30 天计算，那么每月消耗的电能为多少度？

11、合多少焦耳？解：该电灯平均每月工作实际t 4h 30天120h ，则 W Pt 60W120h7200W h7.2kW h即每月消耗的电能为7.2 度，约合 3.6106J 7.2度 2.6 107 J 。【例 3 】：某 19 寸彩电功率180 W ，平均每天开机 2h ，若每度电费 0.5元，则一年（以360 天计算）要缴纳多少钱电费？解：WPt0.182360129.6kWh129.6度129.60.564.8元本次课小结：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。5教学

12、 内 容注意点配时复习提问： 1、电动势与电压的区别；52、1度电的概念？导入新课：§1.2电阻元件和欧姆定律5一、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 。1k103， 1M1062 、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l体的材料、长度和横截面积：R单位换10S式中： 制成电阻的材料的电阻率，国际单位制单位为m ； l 算绕制成电阻的导线长度，国际单位制单位为m ； S 绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制单位为m 2 ； R 电阻值，国际单位制单位为。纯金属的电

13、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、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I 与电阻两端的电压U 成正比，与电阻值 R成反比，称为部分电路欧姆定律。U3 、表达式：I（ U 、 I 参考方向一致）RUI （ U 、 I 参考方向不一致）RUIRUIRa） U 、 I 参考方向一致b） U 、 I 参考方向不一致注意表10达 式 的符号教 学内容注意点配时【例 1 】：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。+UIRIU6V2AR6V2A(a)(b)解：对

14、图 (a) 有， UIR，RU6I32对图 (b) 有， UIR，RU63I 2【 例 2 】：已知某 100W 的白炽灯在电压 220V 时正常发光，此时通过的电流是 0.455A ，试求该灯泡工作时的电阻。U220解： R484I 0.455【 例 3 】：有一个量程为 300V （即测量范围是 0 300V ）的电压表，它的内阻 RO 为 40k 。用它测量电压时，允许流过的最大电流是多少？U3000.0075A 7.5mA解： I40 103RO三、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：

15、电源内部的电阻，简称内阻。用RS 表示。外电阻：外电路的电阻。用RL 表示。教学内容注意点配时2 、内容：闭合电路中的电流I 与电源的电动势E 成正比，与电路的总电阻，即内电阻和外负载电阻之和（RSRL ）成反比。IEURLRS3 、表达式：IERSRLEIRSIRLU内U 外U 内 是内阻上的压降；U 外 既是外阻上的压降，又是电源两端的电压全电路20（路端电压或端电压） 。欧 姆 定四、电阻的串联律 表 达多个元件逐个顺次连接起来，就组成了串联电路。式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。IIU 1R1UURU 2R21 、串联电路的特点（ 1 ）

16、等效电阻：RR1R2R3LRn* R > R1、R2*当 R1 ? R2时， RR1（大）（ 2 ）流经各电阻的电流相等。教学内容注意点配时（ 3 ）串联总电压等于各电阻上电压之和，即U U1U2 U3L U n ；U1U 2LU nUI（ 4 ）分压关系为：R1R2RnR当两只电阻 R1、 R2 串联时，总电阻RR1R2 ，则有分压公式UR1U ， UR2U1R22R1R1R2五、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。IIUI1R1I2R2UR1 、并联电路的特点1

17、 111R1 R2（ 1 ）等效电阻：R2L； R R1/R2R2R R1RnR1*R < R1、R2*当 R1 ? R2时， RR2（小）（ 2 ）各电阻电压相等。（ 3 ）并联总电流等于各电阻上电流之和，即II 1I2 I3LI n ；（ 4 ）分流公式为：I1R2I， I2R1IR1 R2R1R2注 意 分压 公 式的使用教学内容注意点配时【例1 】：图所示的并联电路中，求等效电阻RAB 、总电流I、各负载电阻上的电压、各负载电阻中的电流。解：等效电阻RABR1R263R1R2623总电流U12I6ARAB2各负载上的电压U 1U 2U12V各负载上的电流I1R2 I36R1R26

18、2A3I 2II 16 24A六、电阻的混联既有串联又有并联的电路称为混联。混联电路形式多种多样，但可以利用电阻串、并联关系进行逐步化简。等 效 电【例 1-5 】：教材P6 略阻的求20【例 2 】（：选作）如图，已知 R1R2R3R4R5 1，求等效电阻 Rab 。 解R5R2R3R4cR1ab注 意 分流 公 式的使用教学内容注意点配时Rab ( R3R4) / R5R2 / R1(11)/1 1 /12 /11 /121/1解：等效电阻35/1358【例 3 】：（选作） 如图，已知 R1R2 R3R ，求等效电阻 Rab 。R1R2R3acdb等效电阻 RabR解：R1 / R2 /

19、 R33本次课小结：本次课讲解了电阻元件和欧姆定律，要求学生了解电阻定律，熟练掌握部分电路和全电路欧姆定律，熟练掌握电阻串、并联的特点及混联电阻的等效变换。电路等15效 电 阻的求解布置作业：1、教材 P31习题 1 5（2）2 、课外选作题：5教学内容注意点配时教学内容注意点配时复习提问： 1 、电阻的串、并联特点；52 、分压、分流公式。导入新课：§1.3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。电 气 设2、铭牌数据备 的 工30通常电气设备或元件的额定值标在产品的铭牌上，故额定值也称铭牌作状态数据

20、。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。SISI0I

21、 SEEEURLULU oRLU LU0RLULRoRoRoa）电源的有载工作b ）电源开路c）电源短路E电路中的电流为：IRORL端电压与输出电流的关系为：UEROI电 路 的三种状30态 的 特点教学内容注意点配时上式表明： 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 RL。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的电动势。I0，UUOE3 、短路电源两端由于

22、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 I S ，且有 ISEISRO 0。，电源输出电压为 U ERO短路电流 I S 很大，如果没有短路保护，会发生火灾。短路是电路最严重、最危险的事故，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。【例 1 】：如图所示， 不计电压表和电流表内阻对电路的影响，求开关在不同位置时，电压表和电流表的读数各为多少？解：开关接“ 1”号位置，电路短路。电压表读数为 0 ；E22010A 。电流表中的短路电流为：I 短0.2r开关接“ 2”号位

23、置，电路断路。教学内容注意点配时电压表读数为电源电动势的数值，即2V ；电流表中无电流通过，I断0A。开关接“ 3 ”号位置，电路处于通路状态。电流表读数： IE2R r9.80.2 A0.2电压表读数： UIR0.29.8 1.96 V或 UEIr20.2 0.2 1.96 V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、开路与短路的特点。布置作业：教材 P30习题1 4（4）、（5）5教学内容注意点配时复习提问：电路有载工作、开路与短路的特点。5导入新课：§1.5基尔霍夫定律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

24、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 ：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明确基 15源支路 ，不含电源的支路称无源支路 。本概念（ 2 ）节点 ：三条或三条以上支路所汇成的交点叫节

25、点。图中共有2个节点，分别是节点 a 和节点 b 。（ 3 ）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 ：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 。c U1I1aI2U2dR1I 3R2E1U3 R3E2b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I入I出如上图，对于节点a 有： I3I1I 2节点电20流 方 程的列写教学内容注意点配时将上式改写成I3I1I20因此

26、得到I02 、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I 0注意符10【例 1-7 】：如图所示电路， 已知： I12A，I 23A ，I30.5A，I 41A ， 号规定求：（ 1 ） AB 支路的电流 I R? （ 2 ）交于 B 点的另一支路电流I 5?I1I 3I 5RI 2ABI RI 4解：（1 ）对于节点 A ，有 I RI 1I2 2A3A5A（ 2）对于节点 B，有 I4I RI3I 5I 5I4 IRI31A5A( 05A)3.5A【例】：已知： I 12A ，I 23A， I 32A

27、，求I 4 。I 2I1I3I 4解：I1I2I3I40I4I1I2I32(3)(2)3A教学内容注意点配时3 、推广应用KCL的不仅适用于结点，还适用于任一假设的闭合面。把该闭合面看成广义推 广 应大节点，还可以列写电流方程。用aIaR3R1I abI caR2I cI bcIbcb若把虚线所围的闭合面看成是一个节点，应有I a I b I c【例 1-8 】：已知： I 11A，I2 3A，I5 9A，求： I3、 I4和I6。I 6I2I4I 1I 3I 5解： I3I1I21A3A4A，I 4I5I 39A4A5A，I 6I 4I25A3A8A或用基尔霍夫电流定律的推广形式，将中间三条

28、支路看成一个广义节点，则有 I1I 6I5 ， I 6I 5I 19A1A8A 。两种结果完全相同。教学内容注意点配时二、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：U0 ，符号的规定：电源正极指向负极的方向与循环方向一致，取“E”号；正极指向负极的方向与循环方向不一致，取“E”号。负载电流I 的参考方向与循环方向一致，电阻上的压降IR 取“IR ”号；电流 I 的参考方向与循环方向不一致，电阻上的压降IR 取“ IR ”号。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R1I

29、1R3I 3E10 。c U1 I1aI2U2dR1I 3R2E1U3 R3E2b【例 1-9 】：如图所示电路，列出相应的回路电压方程。20a25I1I 3I 2回路10回路100V200Vb回 路 电压方程20的 列 写及 符 号的规定解：对于回路，电压方程为20I 110I 3100V对于回路，电压方程为25I 210I 3200V教学内容注意点配时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。R1abR2E1I1RRI2E234cdKVL的推广应15用电路中 a 、 b 两点间开路无电流，设其间电压为U ab ，对假想回路abdca ，其循

30、环方向为顺时针方向，列出电压方程U abR4 I2 R3I1 0因此可求出： U ab R3 I1 R4 I 2【例 1-10 】：如图示电路，已知电压U 114V，求 US。3I2U SU 110V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2I10VU1 02IU110V=14V 10V=4VI2A对于整个回路，按顺时针循环方向列电压方程：3I2I10VUS0U S32A+22A10V=20V教 学内容注意点配时【例】：（选讲） 如图示电路，已知：E170V ， E245V ， R120 ，R25， R36，求各支路电流。R1aR2I1I 2E1I3R 3网孔E2网孔b解：

31、节点个数n2 ，支路条数 b3对节点 a 有： I 3I1I 2 ，即I1I2I 30对于网孔，按顺时针循环一周，根据电压和电流的参考方向可列出： R1I1R3I 3E10 ，即 20I16I 370V对于网孔，按逆时针循环一周，根据电压和电流的参考方向可列出： R2I 2 R3 I3E20，即 5I26I 345VI1 I2 I303 个方程联立求解：20I 16 I 370V5I 26I 345VI 12A解得：I 23AI 35A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，要求学生熟练掌握基尔霍夫电压定律(KVL):U 0 、基尔霍夫电流定律 (KCL): I 入I 出、

32、I 0 及其推广应用的灵活使用。布置作业：教材 P31习题 1 5 （1）、（2）5教学内容注意点配时复习提问：导入新课：20二、电压源与电流源1 、电压源(是对外提供电压的电源，开路状态时，两端有电压，电流为零；当接成闭合回路后，电压源上有电流流过)电压源按其内阻是否考虑可分为两类：一类是忽略内阻或内阻为零的电压源， 称为理想电压源，或称恒压源；一类是考虑内阻， 内阻不为零的电压源， 称为实际电压源。（1）理想电压源（恒压源） ：内阻为 0指 针 式*输出电压恒定不变， U = E万 用 表*输出电流由外负载决定，1的使用IRL（a）理想电压源（ b ）实际电压源（ c ）外特性曲线（ 2）

33、实际电压源（理想电压源实际上是不存在的。一个实际电源总是有内阻的，当电源通过电流时，存在着能量损耗。一个实际电压源可等效成一个理想电压源E 与内阻 RO 串联的模型。）当接上负载时，电源端电压（负载RL 上的电压和电流的关系）UEIRO2 、电流源(是对外提供电流的电源，开路状态时，有电流存在，无端电压；当接成闭合回路后，电流源两端有电压存在)20电流源按其内阻是否考虑可分为两类：一类是不考虑内阻或内阻为无穷大的电流源，称为理想电流源 ，或称为 恒流源；一类是考虑内阻， 内阻不为无穷大的电流源， 称为实际电流源 。（ 1 ）理想电流源（恒流源）：内阻为*输出电流恒定不变，I = I S*其端电压由外负载决定，uRL教学内容注意点配时笔应接在什么位置上。红色表笔的连线应接到标有“”符号的插孔内，黑色表笔应接到标有“”或“*”符号的插孔内。有些万用表针对特殊指 针 式量设有