电工电子技术与技能（通用版）PPT全套教学课件

电工电子技术与技能（通用类）第一章认识实训室与安全用电任务一认识实训室活动一电工实训室的电源配置任务二电工电子仪表的类型及功能任务二安全用电活动一电流对人体的危害活动二常见电气火灾及预防措施活动一电工实训室的电源配置通用电工实验台：25套，具备直流电路、单相交流电路和三相交流电路基本实验功能；电源：三相四线制，380/220V，10A,工频；可调交直流电源：0～240V，2A；绝缘电阻：≥5MΩ；漏电保护：≤30mA；万用表：25只，MF47；电压表：25只，0～400V；电流表：25只，500mA，1A，5A；滑线变阻器：25个，200Ω，2A；稳压电源：25台，双路输出,0～30V,0～2A；单相电能表：25只，220V,2400r/(kW·h),2.5(5)A；三相电能表：25只，380V,6A；示波器：25台，20MHz，双踪；低功率因数功率表：25只，Ｄ64；直流单臂电桥：25只，QJ23。活动二电工电子仪表的类型及功能常用电流表和电压表按工作原理的不同分为磁电式、电磁式和电动式三类。活动二电工电子仪表的类型及功能一、钳形电流表的使用1.认识钳形电流表钳形电流表简称钳表，如下图所示，它主要用于在不断开电路的情况下，直接测量低压交流电路带绝缘导线的电流。活动二电工电子仪表的类型及功能钳表的量程与表盘刻度如下图所示。活动二电工电子仪表的类型及功能2.选择量程低压钳形电流表只能测量低压交流电流，不能用于高压带电测量。测量前应先把电流零位调好，并选择好量程挡，以免因用小量程挡测大电流而损坏仪表，如图1-6所示。活动二电工电子仪表的类型及功能3.操作方法紧握手把将钳口张开，把被测载流导线引于钳口内中央处，以免产生较大误差，如图1-7所示。松手让钳口关闭，就可从表盘读出被测电流的大小。活动二电工电子仪表的类型及功能4.小电流的测量如图1-8所示。活动二电工电子仪表的类型及功能二、兆欧级电阻表的使用图1-9所示为ZC7型兆欧级电阻表结构示意图。活动二电工电子仪表的类型及功能1.电压等级的选择各种电器设备与电气线路绝缘电阻的合格值都是依据所使用的电压等级来制定的。因此，用兆欧级电阻表检测绝缘电阻，兆欧级电阻表的电压等级应符合规定的电压要求，如表1-1所示。活动二电工电子仪表的类型及功能2.测量范围的选择兆欧级电阻表没有量程开关，但每个兆欧级电阻表都有一定的测量范围，规格有：0～∞；1MΩ～∞；2Ω～∞。为避免引起较大的误差，测量低压电器（特别是潮湿场所的电器设备）的绝缘电阻时，应使用以0刻度为起点的兆欧级电阻表，不能使用以1MΩ或2MΩ刻度为起点的兆欧级电阻表；测量高压电器的绝缘电阻时，则应使用以2MΩ为起点的兆欧级电阻表。活动二电工电子仪表的类型及功能3.兆欧级电阻表的使用步骤（1）按被测对象的额定电压选定相应电压等级的兆欧级电阻表。（2）测量前对表作开路检验。（3）测量前对表作短路检验。（4）测量线路或设备的相间绝缘。（5）测量设备或线路的对地绝缘。（6）测量电缆线路。（7）测量完毕，被测设备必须充分放电，特别是电缆、高压电机、电容器、变压器等设备，放电时间应尽可能长些，完全放电后才可拆线。（1）摇动手柄时若指针指“0”，表示被测线路短路，应马上停止摇动，以防仪表损坏。（2）为确保安全，测量前一定要将被测对象断电及放电。活动二电工电子仪表的类型及功能三、数字万用表的使用1.数字万用表的结构DT830数字万用表共有28挡，能自动调零、显示极性、超量程显示和低电压指示等，并装有快速熔断管过流保护电路和过压保护元件。电池盒在表的背后，依“OPEN”字样往下推便可卸下盖子更换电池。在卸下电池盖时，还可以发现一只0.5A的快速熔断管，仪表在“DCA”和“ACA”量程内超负载工作时，熔断管内熔丝会立即熔断，从而起到保护作用，如图1-15所示。活动二电工电子仪表的类型及功能2.操作练习

目前，数字万用表型号很多，而且功能大部分都比DT830要强，如不少后期生产的DT系列数字万用表，都已能在测量中自动显示被测量的属性（如AC、DC等）和测量单位（如mV、V、mA、Ω、kΩ等）；并增加了自动关机功能，在停止测量后，大约经过15min仪表可以自行切断电源；而10A插孔的电流量程也提高到20A。由于不同型号的万用表测量指标都有所不同，使用时请详细阅读说明书。问答题1.如何正确使用钳形电流表、兆欧级电阻表和万用表？2.利用万用表如何测量电路中的电流？活动一电流对人体的危害电流对人体的伤害可以分为两种类型，即电伤和电击。电伤是指由于电流的热效应、化学效应和机械效应引起人体外表的局部伤害，如电灼伤、电烙印、皮肤金属化等，在不是很严重的情况下，电伤一般无生命危险；电击是指电流流过人体内部造成人体内部器官的伤害，这是触电事故后果中最严重的，绝大部分触电死亡事故都是由电击造成。人体电阻一般在1000Ω左右，一般情况下，交流15~20mA及直流50mA以下，对人体是安全的，但如果持续时间过长，即使电流小到8~10mA，也可能使人致命。我国规定交流安全电压上限为42V，直流安全电压上限为72V，我们的照明用电电压为220V，那是危险电压！活动二常见电气火灾及预防措施一、短路火灾短路俗称连电，是指电气线路中相线与相线、相线与零线之间短接起来的现象。一般在短路点处会产生强烈的电弧和电火花放电，其温度使金属导线融化或汽化，所形成的熔珠、火星四处飞溅，不仅使电气设备或导线外的绝缘层被烧毁，同时还会引起周围的可燃物燃烧，从而构成电气火灾。活动二常见电气火灾及预防措施防止电气线路短路的措施主要有：

(1)严格按照《电气设计规程》的规定，设计、安装、调试、使用和维修电气线路。

(2)防止电气线路绝缘老化，除考虑环境条件的影响外，还应定期对线路的绝缘情况进行检查。

(3)不同的工作环境，电气线路中导线和电缆的选择和敷设，应根据相应的国家标准规定进行。

(4)安装阀型避雷器进行线路保护。

(5)加强电气线路的安全管理，防止人为操作事故和未经允许乱拉乱接线路。活动二常见电气火灾及预防措施二、电器线路过载所引起的火灾过载也称过负荷运行，是指超过电气线路和设备允许负荷运行的现象。负荷是指电气设备和线路中通过的功率或电流。线路发生过载的主要原因是导线截面积选用过小，实际负荷远远超出了导线的安全载流量，或在线路中又加入过多或功率过大的设备等原因所造成的。因此要想避免此类火灾的发生，就应该合理选用导线截面，不准乱拉电线和随意增加负荷。活动二常见电气火灾及预防措施三、照明灯具防火在使用照明灯具时要注意以下几点：

(1)要根据灯具的使用场所、环境要求，选择不同类型的灯具。

(2)碘钨灯等高温灯具应与可燃物保持适当的距离，在灯泡上不能用布、纸或其他可燃物遮挡。活动二常见电气火灾及预防措施四、电热设备防火根据电热设备的火灾危险性，应采取的防火措施，一是电热设备功率比较大，应防止线路过载，最好采用单独的配线供电；二是电热器具，如电烤箱、电熨斗、电烙铁等，一般通电时，人员不能离开，应养成人走断电的好习惯。活动二常见电气火灾及预防措施五、电气火灾的补救常识1.电气火灾的特点

(1)电气设备着火后可能仍然带电，并且在一定范围内存在触电危险。

(2)充油电气设备如变压器等受热后可能会喷油，甚至爆炸，造成火灾蔓延且危及救火人员的安全。活动二常见电气火灾及预防措施2.断电灭火(1)处于火灾区的电气设备因受潮或烟熏，绝缘能力降低，所以拉开关断电时，要使用绝缘工具。(2)剪断电线时，不同相电线应错位剪断，防止线路发生短路。(3)应在电源侧的电线支持点附近剪断电线，防止电线剪断后跌落在地上，造成电击或短路。(4)如果火势已威胁邻近电气设备时，应迅速拉开相应的开关。(5)夜间发生电气火灾，切断电源时，要考虑临时照明问题，以利扑救。如需要供电部门切断电源时，应及时联系。活动二常见电气火灾及预防措施3.带电灭火(1)应选用不导电的灭火器材灭火，如干粉、二氧化碳、1211灭火器，不得使用泡沫灭火器带电灭火。

(2)要保持人及所使用的导电消防器材与带电体之间的足够的安全距离，扑救人员应带绝缘手套。

(3)对架空线路等空中设备进行灭火时，人与带电体之间的仰角不应超过45°，而且应站在线路外侧，防止电线断落后触及人体。如带电体已断落地面，应划出一定警戒区，以防跨步电压伤人。活动二常见电气火灾及预防措施4.充油电气设备灭火 (1)充油设备着火时，应立即切断电源，如外部局部着火时，可用二氧化碳、1211、干粉等灭火器材灭火。

(2)如设备内部着火，且火势较大，切断电源后可用水灭火，有事故储油池的应设法将油放入池中，再行扑救。问答题1.电流对人体的危害有几种类型？2.如何进行电气火灾的扑救并保证人身的安全？第二章直流电路任务一电路任务二电路的常用物理量任务三电阻元件与欧姆定律任务四电阻的连接任务五基尔霍夫定律任务一电路电路的表示方法多种多样，常用的有实物图和电路图等。实物图是为了工程施工的方便，按设备的大小取一定的比例绘制而成。电路图习惯又称为“原理图”或“电原理图”，它的使用不受对象实际大小和复杂程度的限制，它反映的是电路的功能和原理，绘制时不考虑实际位置，如图2-1所示。问答题1.电路由哪几个部分组成？电源的作用是什么？2.你能识读常用的电路元件符号吗？请对照常用电路元件符号表检查自己是否正确。任务二电路的常用物理量活动一电流活动二电压活动三电位活动四电动势活动五电能活动一电流电荷在电场作用下的定向移动形成电流。电流的大小用电流强度表示。如果电流的大小和方向都不随时间变化，这种电流称为恒定电流（或稳恒电流），简称直流电流，用大写字母“I”表示。电流的量值用电流强度表示，即单位时间内通过导体横截面的电荷量，用公式表示为电流是一个具有大小和方向的物理量。电流的国际单位是安培，简称安，用大写字母A表示。1安表示1秒通过导体横截面的电荷量为1库［仑］。电流有时也用到千安(kA)、毫安(mA)、微安（μA）等单位，其关系如下：。在一段电路或一个电路元件中，当我们不知道电流的真实流向时，为了分析的方便，我们就事先假设这段电路或元件中电流的方向，这个假设的电流方向就称为电流的参考方向。参考方向可以任意选定。当然，我们所选定的参考方向，并不一定就是电流的实际方向，如图2-2所示。【例2-1】已知某段电路如图2-3所示，试确定通过电阻R上的电流实际方向。解:

图(a),电流实际方向为：B→A。图(b),电流实际方向为：A→B。活动一电压如图2-4所示，在电路中，假设电场力把正电荷从A移动到B时，电场力所做的功是WAB，则所谓A，B两点之间的电压就是：电场力把单位正电荷从A点移动到B点时所做的功，用UAB表示，即如果某两点间电压的大小和方向不随时间的变化而变化，这种电压就称为恒定电压，一般也叫做直流电压，用大写字母“U”表示。电压的单位用伏［特］(V)表示，另外还有千伏(kV)、毫伏(mV)、微伏(μV)，其关系如下：电压的方向（极性）由高电位点指向低电位点，所以电压又称为电压降，简称压降。我们一般在元件或电路的两端预先标上的“+”和“-”，实际上表示的就是电压的参考极性。如图2-5所示。【例2-2】电路如图2-6所示，已给出参考方向，U1=10V，U2=-10V，试指出电压的实际方向。解：图(a)中，电压U1的实际方向与参考方向一致，由a指向b。图(b)中，电压U2的实际方向与参考方向相反，由b指向a。活动三电位电位是电路中某点相对于参考点的电压，参考点的电位规定为零。因此，电路中选定的参考点又称为零电位点或基准点。电位的单位也是伏［特］（V）。计算电路中某点电位的步骤可归纳为：(1)根据题意选择好零电位点。(2)确定电路中的电流方向和各元件两端电压的正负极。(3)从被求点开始通过一定的路径绕到零电位点，则该点的电位即等于此路径上全部电压降的代数和。【例2-3】如图2-8所示，已知E1=45V，E2=12V，电源内阻可忽略不计，R1=5Ω，R2=4Ω，R3=2Ω，求B、C、D三点的电位。活动四电动势在电源内，非电场力将单位正电荷从电源的负极经电源内部移到电源的正极所做的功，称为电动势。对直流电动势，表示为电动势的单位也是伏［特］（V）。图2-10所示为电动势常用的两种表示方法。【例2-4】如图2-12所示，已知电动势E＝3V，试写出电压U的数值。解：图（a）中，U=E＝3V；图（b）中，U=-E=-3V。活动五电能电流流过负载或电源时，在一段时间t内电路消耗或产生的电能用W表示，即W=Pt其中，P表示负载或电源的功率。在国际单位制中，电能的单位是焦［耳］（J）。工程应用中，电器设备用电量常用千瓦时（kW·h）作为单位，俗称度。电能的大小可以用电度表测量，其关系为【例2-5】某彩色电视机的功率是75W，平均每天开机3h，设每度电需交5角4分电费，那么，该用户一个月（30天）要交多少电费？活动六电功率电功率是单位时间内电场力所做的功，用P来表示。在直流情况下：P=UI功率的单位为瓦［特］(W)，简称瓦。另外，还有千瓦(kW)、毫瓦（mW），它们的换算关系是：【例2-6】试求图2-15(a)、(b)、(c)中元件的功率。解：图(a)，P=UI=6×3=18W＞0，元件消耗功率。图(b)，P=-UI=-6×2=-12W＜0，元件产生功率。图(c)，P=-UI=-(-2)×2=4W＞0，元件消耗功率。任务三电阻元件与欧姆定律活动一电阻和电阻定律活动二线性电阻和非线性电阻活动一电阻和电阻定律导体对电流有或大或小的阻碍作用，人们称之为电阻，用文字符号R来表示。如图2-16所示，图（a）是几种常见的电阻实物，图（b）是图形符号。电阻单位是欧［姆］，用符号Ω表示，除欧［姆］外，常用的单位还有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）,它们之间的关系为实践证明，导体的电阻在材料确定的情况下，与导体的长度成正比，与导体的横截面积成反比，可表示为这个规律称为电阻定律。其中，ρ是导体的电阻率。电工学上用温度系数表示这种现象，即温度每升高1℃时，电阻所变动的数值与原来电阻值的比值称为电阻的温度系数，用字母α表示，单位为1/℃。设温度为T1时，导体电阻为R1，温度升高到T2时，导体的电阻为R2，则温度系数可以近似地表示为α＞0时，叫做正温度系数，表示随温度升高导体的电阻增大；α＜0时，叫做负温度系数，表示随温度升高导体的电阻减小。电子线路中感温元件热敏电阻就具有这种特性。活动二线性电阻和非线性电阻加在电阻两端的电压和电流之间的关系，称为电阻的伏安特性。在UI直角坐标系中表示这一关系的曲线称为伏安特性曲线。根据电阻元件性质的不同，可分为线性电阻和非线性电阻。线性电阻元件的伏安特性曲线是通过坐标原点的直线，阻值是常数。伏安特性曲线不是直线或者是直线但不过原点的电阻称为非线性电阻，其阻值不是常数，它随电压和电流的变化而变化。图2-17（a）所示为线性电阻的伏安特性曲线，图2-17（b）所示为二极管的非线性特性曲线。【例2-7】在单相照明电路中，白炽灯两端的电压是220V，灯丝的电阻是500Ω，求流过灯丝的电流。任务四电阻的连接活动一电阻的串联活动二电阻的并联活动三电阻的混联活动一电阻的串联把几个电阻一个接一个地首尾连接起来，中间没有分支电路，这种连接方式称为电阻的串联，如图2-18所示，其特点是串联电阻流过同一电流。电阻串联能起到分压的作用，由图2-18(a)可知：【例2-8】两个电阻R1、R2串联，总电阻100Ω，总电压为60V，欲使U2=12V，试求R1、R2。方法一方法二活动二电阻的并联将几个电阻的一端接在电路的同一点上，而把它们的另一端接在电路的另一点上，这种连接方式称为电阻并联，如图2-19所示。电阻并联可起分流作用，由图2-18(a)可得【例2-9】R1=500Ω和R2并联，总电流I=1A。试求等效电阻及每个电阻的电流。设R2为：（1）600Ω；（2）500Ω；（3）2Ω；（4）0。活动三电阻的混联所谓电阻的混联，是指串联和并联电阻组合成的二端电阻网络。分析电阻混联的一般步骤为：(1)计算各串联电阻和并联电阻的等效电阻，再计算总的等效电阻。(2)由欧姆定律求出总电流。(3)根据串联电阻分压关系、并联电阻分流关系，逐步计算出各支路电流、各部分电压以及电路的其他参数。【例2-10】如图2-21(a)所示，两盏“220V、40W”的白炽灯接到US=220V的电压源上，输电线路电阻R线=2Ω。（1）试求白炽灯的电压、电流和功率;（2）如再接入一个“220V、500W”的电炉（图中的R3），白炽灯的电压、电流和功率变为多少？任务五基尔霍夫定律活动一相关概念活动二基尔霍夫电流定律活动三基尔霍夫电压定律活动一相关概念1.支路电路中具有两个端钮且通过同一电流的每一分支（至少包含一个元件）叫做支路。如图2-22中aR1US1b、aR2b、aR3US2b均为支路。2.节点三条以上的支路的连接点叫节点，如：a、b点。3.回路电路中任一闭合路径叫做回路，如图2-22中aR1US1bR2a、aR2bUS2R3a、aR1US1bUS2R3a都是回路。4.网孔在回路内部不含有支路的这种回路叫做网孔，如图2-22中aR1US1bR2a、aR2bUS2R3a均为网孔。活动二基尔霍夫电流定律对于电路中的任一节点，流入节点的电流总和等于流出该节点的电流总和，或者说，流进流出节点的电流的代数和等于零。其数学表达式为。【例2-11】在图2-23中给出的电流参考方向下，已知I1=1A，I2=-3A，I3=4A，I4=-5A，求I5。活动三基尔霍夫电压定律在任意时刻，沿电路中任意一个封闭路径，无论其闭合或断开，封闭路径上所有电压降的代数和恒等于零，这称为基尔霍夫电压定律，简称KVL定律。KVL定律的数学表达式为【例2-12】在图2-26所示电路中，已知R1=10Ω、R2=5Ω、R3=5Ω、US1=13V，US2=6V，求各支路电流。第三章电容和电感任务一电容活动一电容器和电容活动二电容器的参数和种类活动三电容器的标称方法任务二电感活动一电感的定义活动二电感器质量判别活动一电容器和电容一、电容器任意两个相互靠近的导体，中间隔以绝缘物质就构成一个电容器,这两个导体叫做电容器的两个极，中间的绝缘物质叫做电介质。电容器的基本特性是能够储存电荷。如图3-1所示，将电容器的A板经开关S1与直流电源的正极连接，B板与负极连接。闭合开关S1，在电场力的作用下，驱使A板中的自由电子向电源正极移动，经过电源内部移到B板。这样A板由于失去电子带上正电荷，图31电容器的充电、放电B板得到电子带上负电荷；随着A、B两板电荷的不断积累，A板电位逐渐升高，B板电位逐渐降低；当A板电位等于电源正极的电位，B板电位等于电源负极的电位，即A、B两板间的电压与电源电动势相等时，自由电子的定向移动停止。这时电容器的A板储存了一定量的正电荷，B板储存了等量的负电荷，我们就说电容器储存了一定的电荷，并且两板之间建立了电场，这个过程叫做充电。若用一根导线经开关S2把充电后的电容器两极接通，S2闭合后，两极上的电荷互相中和而失电，这个过程叫做放电。二、电容如果加在一个电容器两极板间的电压是1V，每个极板储存的电荷量是1C时，则该电容器的电容是1F。在实际应用中，法［拉］（F）这一单位较大，常用的较小单位有微法（μF）和皮法（pF）。三、平行板电容器

两个极板相互平行的电容器叫做平行板电容器。平行板电容器是最简单的电容器。理论和实验证明：平行板电容器的电容量C与两极板的正对面积S成正比，与两极板间的距离（即电介质的厚度）d成反比，跟两极板间电介质的介电常数ε成正比。其数学表达式为四、分布电容

任何两个相互靠近的导体之间都存在电容。例如两根输电线之间、晶体管各电极之间、电感线圈线匝之间或电子仪器中的导线与金属外壳之间都存在着电容，这种电容叫做分布电容，如图3-2（a）、（b）、（c）所示。【例3-1】将一个电容为10μF的电容器接到50V的直流电源上。(1)问充电前后电容器的电容是否改变？(2)求充电结束后，电容器所带的电荷量。活动二电容器的参数和种类一、电容器的参数1.电容器的标称容量和允许误差成品电容器上所标明的电容值称为电容器的标称容量。电容器在生产过程中由于受到诸多因素的影响，另外在长期使用过程中电介质性能的变化，使得电容器的实际容量与标称容量之间总有一定的差额，称为电容器的误差。如果误差是在国家标准规定的允许范围之内，则称为允许误差。2.电容器的额定工作电压电容器的额定工作电压又称耐压，是指电容器长期安全工作而不会引起电介质遭受破坏的电压数值。它一般直接标在电容器的外壳上。电容器在直流电路工作时，两极板间所加的实际电压不得超过电容器的额定工作电压。如果电容器接在交流电路中，则交流电压的最大值不能超过电容器的额定工作电压，否则电容器就会被击穿。二、电容器的种类1.固定电容器

固定电容器的电容量是固定不变的。它可以分为无极性电容器和有极性电容器两类。无极性电容器的两个极板没有正负极之分。无极性电容器按照两极板间电介质材料的不同，有纸介电容器、云母电容器、油质电容器、陶瓷电容器、金属膜电容器等。有极性电容器的两个极板有正负极之分，使用时不能将极性接反，否则电容器将会被击穿，电解电容器是常用的有极性的电容器。2.半可变电容器半可变电容器也叫做微调电容器，它的电容量只能在很小范围内改变。半可变电容器一般利用改变动片和静片间的距离，或通过改变两极板间的正对面积，来改变电容量。它在电路中常被用做补偿电容使用。半可变电容器常用的电介质有陶瓷、有机薄膜等。3.可变电容器电容量能在较大范围内随意调节的电容器叫做可变电容器。可变电容器一般是通过改变两极板间的正对面积来改变电容量的。比如收音机里作为调谐元件用的电容器，它由两组相互靠近的金属片组成，一组金属片是固定不动的，叫做定片，另一组金属片与转轴连接，能随轴一起转动，叫做动片。当旋转动片时，可以改变两组金属片相对面积的大小，从而改变电容器的电容量。可变电容器中常用的电介质有空气、云母等。活动三电容器的标称方法一、直接表示法用阿拉伯数字、英文字母和罗马数字等表示电容器有关参数的方法，如图3-3所示。二、文字符号法用阿拉伯数字和文字符号有规律地表示电容器有关参数的方法，如图3-4所示。三、数码表示法用三位数码表示元件的标称值，如图3-5所示，从左到右，第一、二位表示有效数，第三位表示10的乘方数，电容器的单位是pF。四、色码表示法有立式色环、卧式色环和色点三种标法，认读方法与电阻器的相同，如图3-6所示。活动一电感的定义线圈中有电流通过时，就有磁通穿过线圈，这种磁通称做自感磁通，用符号ΦL表示。自感磁通穿过线圈的每一匝，彼此交链，把自感磁通与线圈匝数的乘积称做自感磁链，用符号ΨL表示为自感磁链的单位为Wb。将线圈的自感磁链与线圈中电流的比值，称做线圈的自感系数或电感系数，简称电感，用符号L表示为在国际单位制中，电感L的单位为H（亨［利］）。常用单位有mH(毫亨)和μH(微亨)。它们之间的关系是在自动控制中，需要各种形式的传感器。如图3-8所示的变隙式电传感器、变截面式电传感器、螺管式电传感器等，都是带有电感线圈的装置，它们可完成压力、位移等非电量的检测，实现对生产机械的自动控制。活动二电感器质量判别(1)先用万用表电阻挡R×1挡去测量线圈的电阻值，如图3-9所示。(2)多个绕组的线圈，除测量其每组绕组的电阻外，还要用万用表测量绕组之间是否有短路现象。(3)对具有铁芯或金属屏蔽罩的线圈，还要测量它的线圈与铁芯或金属屏蔽罩间是否短路，如图3-10所示。第四章单相正弦交流电路任务一测量基础知识任务二正弦交流电路的基本物理量任务三纯电阻、纯电感、纯电容电路任务四串联电路任务五交流电路的功率任务一测量基础知识活动一交流电压的测量活动二交流电流的测量活动三试电笔的使用活动一交流电压的测量用交流电压表测量交流电压时，电压表不分极性，只需在测量量程范围内直接并联到被测电路即可，如图4-1（a）所示。如需扩大交流电压表量程，无论是磁电式、电磁式还是电动式仪表，均可加接电压互感器，如图4-1（b）所示。活动二交流电流的测量用交流电流表测量交流电流时，电流表不分极性，只要在测量量程范围内将它串入被测电路即可，如图4-2所示。因交流电流表线圈的线径和游丝截面很小，不能测量较大电流，如需扩大量程，无论是磁电式、电磁式还是电动式电流表，均可加接电流互感器，其接线原理如图4-3所示。活动三试电笔的使用一、认识试电笔试电笔，又称为低压验电器，是专门用来检查低压设备或低压线路是否有电，以及区别火线（相线）与零线（中性线）的一种工具。图4-4所示为常见的几种试电笔。图4-5所示为试电笔的结构示意图二、操作练习按照图4-6所示方法练习一下，看教室中的插座是否带电。三、高压验电器高压验电器通常用于检测对地电压在250V以上的电气线路与电气设备是否带电。常用的有10kV及35kV两种电压等级。常见的高压验电器有发光型、风车型及有源声光报警型等几种。图4-7所示为一种6～10kV高压验电器。四、高压验电器的操作方法检验方法是：将高压发生器靠近验电器色标指示器的触点，按下高压发生器开关，若此时高压验电器的红色色标转动，证明高压验电器完好。高压验电器的使用要求如下：（1）高压验电器应经常检验，至少半年做一次检验。（2）高压验电器的电压必须与被测试设备的电压等级相一致。（3）绝对不能在雨、风、雾、雪及潮湿的天气时，在室外使用高压验电器验电。任务二正弦交流电路电路

的常用物理量活动一正弦交流电的基本概念活动二正弦量的分析方法活动一正弦交流电的基本概念一、正弦交流电的产生大小和方向都不随时间变化的电流称做直流电流，大小和方向都不随时间变化的电压称做直流电压，大小和方向都不随时间变化的电动势称做直流电动势。直流电流、直流电压和直流电动势统称直流电。大小和方向随时间周期性变化的电流称做交流电流，大小和方向随时间周期性变化的电压称做交流电压，大小和方向随时间周期性变化的电动势称做交流电动势。交流电流、交流电压和交流电动势统称交流电。大小和方向随时间按正弦规律周期性变化的电流、电压和电动势称做正弦交流电，简称交流电。若不特别声明，书中所说的交流电，均指正弦交流电。正弦交流电压波形如图4-9所示。大小和方向随时间周期性变化的交流电，按随时间周期性变化的规律不同有正弦交流电和非正弦交流电两种。电流、电压或电动势在某一时刻的大小称做瞬时值，若用横轴作时间轴，电流、电压或电动势的大小作纵轴，将各个时刻对应的瞬时值连接起来所得到的曲线，称做波形图或波形曲线，简称波形。常见的非正弦交流电有两类，一类是大小、方向都周期性变化，这一类非正弦交流电根据波形的形状取名，如图4-10(a)所示，电压随时间变化的波形是矩形，所以称做矩形波；图4-10(b)中，电压随时间变化的波形是三角形，取名为三角波。另一类非正弦交流电的大小周期性变化，而方向不改变，这一类非正弦交流电则称做脉冲，也根据波形的形状取名，如图4-10(c)和图4-10(d)所示的脉冲，分别称做矩形脉冲波和锯齿脉冲波。在电力系统中，交流电是由交流发电机产生的；在信号系统中，交流电是由振荡电路产生的。交流发电机的模型如图4-11所示。二、周期、频率、角频率1.周期把交流电完成一次周期性变化所用的时间叫做交流电的周期。用T表示，单位为秒（s）。周期越大，说明交流电完成一次周期性变化所用的时间越长，即交流电变化得越慢；周期越小，交流电完成一次周期性变化所用的时间越短，即交流电变化得越快。2.频率交流电在单位时间内完成周期性变化的次数叫做交流电的频率，用f表示，单位为赫［兹］（Hz）。常用单位还有兆赫（MHz）、千赫（kHz），它们之间的关系为交流电的频率越高，说明交流电在单位时间内完成周期性变化得次数越多，即交流电变化得越快；交流电的频率越低，说明交流电在单位时间内完成周期性变化的次数越少，即交流电变化得越慢。3.角频率在公式e=Emsin(ωt+φ0)中，ω是线圈转动的角速度，即线圈在单位时间内转过的角度；φ0是线圈转动的初始相位。线圈匀速转动一周，交流电动势就按照正弦规律周期性地变化一次，也就是交流电动势的电角度变化2π弧度。因此ω又指交流电每秒所变化的电角度，叫做交流电的角频率，单位为弧度/秒（rad/s）。【例4-1】已知某正弦交流电动势的瞬时值表达式为e=5sin（100πt+π/3）V，求这个交流电动势的周期、频率和角频率。三、正弦交流量的数值1.交流电的瞬时值交流电的大小和方向随时间呈周期性的变化。我们把交流电在某一时刻的数值叫做交流电的瞬时值。通常用e、u、i分别表示交流电动势、交流电压和交流电流的瞬时值，则2.交流电的最大值交流电在一个周期内所出现的最大瞬时值叫做交流电的最大值，又叫做振幅或峰值。最大值是用来表示交流电变化强弱的物理量。在交流电的瞬时值表达式中，因为sin(ωt+φ0)的最大值是1，所以用Em、Um、Im分别表示交流电动势、交流电压和交流电流的最大值。3.交流电的有效值交流电的有效值是用电流的热效应来规定的。让一个交流电和一个直流电分别通过阻值相同的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这个交流电的有效值，通常用E、U、I分别表示交流电动势、交流电压和交流电流的有效值。【例4-2】一个正弦交流电压u=2202sin（100πt+π/3）V，将它加在200Ω的电阻两端。求：(1)通过电阻的正弦交流电流的瞬时值表达式。(2)每分钟电阻上产生的热量是多少？4.交流电的平均值交流电的平均值，是指交流电在半个周期内所有瞬时值的平均大小。一般用字母EP、UP、IP表示。四、正弦交流电的相位关系1.相位和初相位交流电在随时间变化的过程中，不同时刻对应着不同的电角度，从而得到不同的瞬时值，所以正弦交流电中的（ωt+φ0）反映了正弦量在周期性变化过程中瞬时值的变化进程，它对于确定任一时刻交流电的大小和方向起着决定作用，我们把（ωt+φ0）叫做正弦交流电的相位。在t=0时刻，交流电的相位等于φ0，叫做初相位，简称初相。2.相位差两个正弦交流电在任一时刻相位之差叫做这两个交流电的相位差，用φ表示。设有两个正弦交流电，分别是u=Umsin(ω1t+φ1)和i=Imsin(ω2t+φ2)，则它们的相位差是3.两个同频正弦量的相位关系因为存在着相位差，所以一个正弦量与另一个正弦量在时间上存在着超前和滞后的关系。4.两个同频正弦量的特殊相位关系活动二正弦量的分析方法一、三角函数法三角函数式表示出了交流电的有效值（或最大值）、频率（或周期、角频率）和初相，明确地反映了交流电的基本特征，利用其可以计算出任意时刻交流电的瞬时值。这种利用三角函数式表示正弦交流电关系的方法叫做三角函数法，又叫做解析法。二、波形图法以电角度ωt或时间t作为横坐标，以正弦交流电的瞬时值作为纵坐标，在平面直角坐标系中作出正弦交流电随ωt(或t)变化的函数图像，叫做正弦交流电的波形图法。三、矢量图法矢量图法就是用旋转矢量表示正弦交流电。如图4-16所示。任务三纯电阻、纯电感、纯电容电路活动一纯电阻交流电路的特点活动二纯电感交流电路的特点活动三纯电容交流电路的特点活动一纯电阻交流电路的特点没有电容和电感，只有电阻的交流电路称做纯电阻交流电路，如图4-18所示为纯电阻交流电路的原理图、波形图和矢量图。1.电流与电压的关系纯电阻交流电路中电流与电压的频率相同，初相位相同，相位相同。瞬时值、有效值和最大值都遵循欧姆定律。2.电阻元件的功率在交流电路中，把电压瞬时值与电流瞬时值的乘积称做瞬时功率，用符号p表示。在纯电阻电路中，设u=Umsinωt，i=Imsinωt，则瞬时功率在一个周期内的平均值，称做平均功率，用符号P表示。平均功率或有功功率可用下式计算，即P=UI=U2R=I2R式中，U为交流电压的有效值，单位为V(伏)；I为交流电流的有效值，单位为A(安)；有功功率P的单位为W(瓦)。工程上常用kW(千瓦)和MW(兆瓦)作有功功率的单位。【例4-7】R=5Ω的电阻接在电压u1=100sin(314t+45°)V的电路上，求：(1)电阻中的电流i；(2)电阻的有功功率P。活动二纯电感交流电路的特点电路中只有线圈(电感元件)且线圈电阻忽略不计的交流电路称做纯电感交流电路，又称纯电感电路。1.感抗线圈对交流电流的阻碍作用称做感抗，感抗用符号XL表示，其大小与交流电流变化的频率成正比，与线圈的电感成正比。当交流电的角频率为ω(或频率为f或周期为T)，线圈的电感为L时，感抗为2.电流与电压的关系在纯电感交流电路中，电压和电流的频率相同；电压和电流的相位关系是：电压超前电流90°（或说电流滞后电压90°）；电压最大值、有效值与电流最大值、有效值之间的关系遵循欧姆定律，但电压瞬时值与电流瞬时值之间的关系不遵循欧姆定律。电压最大值、有效值与电流最大值、有效值之间的关系遵循欧姆定律，即【例4-8】将L=5mH的线圈接在电压为u=220sin(1000t+60°)V的电路中，写出线圈中电流i的数学表达式并画出电压和电流的相量图。3.功率为描述电能与磁场能的相互转换，把电感元件瞬时功率的最大值称做无功功率，用符号QL表示。无功功率可用下式计算为QL=UI=U2/XL=I2XL式中，U为交流电压的有效值，以V作单位；I为交流电流的有效值，以A作单位；无功功率QL的单位为var(乏尔，读“乏”即可)。工程上常用kvar(千乏)作无功功率的单位，1kvar=1000var。活动三纯电容交流电路的特点1.容抗电容器对交流电流的阻碍作用称做容抗，用符号XC表示。交流电路的频率越高，容抗越小；电容器的电容越大，容抗越小。在交流电路中，容抗可用下式计算为2.电流与电压的关系电压最大值、有效值与电流最大值、有效值之间的关系遵循欧姆定律，即Im=Um/XCI=U/XC求电流瞬时值的数学表达式时，可先根据欧姆定律求出电流最大值，然后按照电流与电压的相位关系，求出电流瞬时值的初相位，最后写出电流瞬时值表达式。在纯电容交流电路中，电压和电流的频率相同；电压和电流的相位关系是：电流超前电压90°(或电压滞后电流90°)；电压最大值、有效值与电流最大值、有效值之间的关系遵循欧姆定律。3.功率为描述电能与电场能的相互转换，把电容元件瞬时功率的最大值称做无功功率，用符号QC表示。电容的无功功率是电能与电场能相互转换过程中瞬时功率的最大值，它的大小为电压有效值与电流有效值的乘积。无功功率可用下式计算为任务四串联电路活动一RL串联交流电路活动二RLC串联交流电路活动一RL串联交流电路将电阻与电感线圈串联后连接在交流电源上组成的电路，称做电阻与电感串联电路或RL串联电路。将电阻与电容串联后接在交流电源上组成的电路称做电阻与电容串联电路或RC串联电路。RL串联电路如图4-26所示。一、总电压与电阻两端电压和电感两端电压的关系【例4-13】将R=40Ω的电阻与XL=30Ω的线圈串联后，接在U=220V的电源上，求通过电路的电流I、电阻两端的电压UR和线圈两端的电压UL。三、RL串联电路的功率在由多个元件组成的交流电路中，把总电压有效值U和总电流有效值I的乘积称做视在功率，用符号S表示。可以看出，视在功率S、有功功率P和无功功率QL三者的关系也符合直角三角形三边之间的关系，所以由S、P和QL组成的三角形也是直角三角形，称做功率三角形。如图4-28(c)所示。电压三角形、阻抗三角形和功率三角形,是3个相似直角三角形。在工程上，将有功功率与视在功率的比值称做功率因数。从功率三角形可以看出，这个比值是角φ的余弦函数，所以，功率因数用符号cosφ表示。【例4-14】

将R=40Ω的电阻与XL=30Ω的线圈串联后，接在U=100V的交流电源上，求电路的S、P、QL和cosφ。活动二RLC串联交流电路通常把电阻、电感线圈和电容串联的单相交流电路称为RLC串联电路。如图4-29所示。电阻R两端电压UR与电流同相位，电感线圈L两端电压UL的相位超前电流90°，电容C两端电压UC的相位滞后电流90°。以电流作参考相量，可以得到各元件两端电压的相量如图4-30所示。在RLC串联电路中，电路总电压U的大小为根据阻抗三角形与电压三角形是相似三角形，可得电路的阻抗为根据功率三角形与电压三角形是相似三角形，可得电路的视在功率S、有功功率P和感性无功功率QL、容性无功功率QC之间的关系为【例4-15】在如图4-31所示的电路中，电压表V1的读数为40V，电压表V2的读数为60V，电压表V3的读数为90V，测量总电压的电压表V的读数应是多少?该电路是感性电路还是容性电路?总电压的相位是超前还是滞后电流?【例4-16】

在RLC串联电路中，电阻R=30Ω，电感线圈L=445mH，电容器的电容C=32μF，电路的总电压u=220sin314tV，求： (1)电路电流的瞬时值i的表达式； (2)电阻R、电感线圈L、电容C两端的电压有效值各是多少?任务五交流电路的功率活动一电路的功率和功率因数活动二功率因数的提高及意义活动一电路的功率和功率因数1.交流电路的功率某一瞬时，电压瞬时值u和电流瞬时值i的乘积称为该时刻的瞬时功率，用小写字母p表示，即p=ui。瞬时功率在一个周期内的平均值来反映电路所消耗的功率，称为平均功率，用大写字母P表示，又称为有功功率，单位为瓦（W）。用瞬时功率的最大值，来说明能量转换的规模和速率，称为无功功率，用大写字母Q表示，单位为乏（var）。用电路总电流的有效值I与总电压有效值U的乘积表示电源提供的总功率，称为视在功率，用大写字母S表示，即S=UI，单位为伏·安（V·A）。。（1）纯电阻电路的功率（2）纯电感电路的功率（3）纯电容电路的功率（4）RL串联电路的功率（5）RLC串联电路的功率下面我们讨论一下RLC串联电路中感抗XL、容抗XC与无功功率Q的关系。(1）当XL＞XC时，电路呈感性。(2)当XL＜XC时，电路呈容性。(3)当XL=XC时，电路呈阻性。2.功率因数电路的有功功率与视在功率的比值叫做功率因数，又称力率，即cosφ=P/Sφ又称为功率因数角。当cosφ=1时，电路的有功功率等于视在功率，无功功率为零；当cosφ≠1时，电路的有功功率总小于视在功率；当cosφ=0时,电路的有功功率为零，视在功率等于无功功率。【例4-17】有一台视在功率为10kV·A、额定电压为220V的单相变压器，当负载的功率因数分别为cosφ=1和cosφ=0.5时，变压器输出的有功功率各为多少？活动二功率因数的提高及意义1.功率因数的提高电力系统中功率因数的提高可采用下列方法：(1)提高发电设备的功率因数。(2)提高输配电线路及设备的功率因数。输配电线路的有功功率损耗ΔP为(3)提高用电设备的功率因数2.提高功率因数的意义提高电力系统中功率因数的意义如下：(1)能减少线路损失。(2)可以提高设备的利用率。(3)可以使发电机按照额定容量输出。(4)可以改善电网电压质量。第五章三相正弦交流电路任务一三相正弦交流电活动一三相交流电源的产生活动二三相电源的星形连接任务二三相负载的连接活动一三相对称负载的Y连接活动二三相不对称负载的Y连接活动三三相负载的△连接活动一三相交流电源的产生一、三相交流电源的产生三相交流电动势是由三相交流发电机产生的。图5-1所示为一台最简单的三相交流发电机的示意图，其主要组成部分是电枢（定子）和磁极（转子）。电枢是固定不动的，又叫定子。定子的铁芯内圆周表面有槽，用来放置三个彼此绝缘而尺寸、匝数、绕法相同的电枢绕组，每相绕组在空间位置上彼此相隔120°，绕组始端用U1、V1、W1表示，末端用U2、V2、W2表示，三相绕组分别叫做U、V、W绕组。磁极是可转动的，又叫转子。转子铁芯上绕有励磁线圈绕组，用直流电励磁，通常选择合适的磁极端面形状及绕组分布，使定子内圆周上各点产生按正弦规律分布的磁感应强度。当转子由其他机械带动匀速按顺时针方向转动时，每相绕组依次切割磁力线，因三相绕组以同一速度切割磁力线，故三相绕组中产生的电动势频率相同，又由于三相绕组结构完全相同，因而产生的电动势幅值相等，且三相绕组空间位置彼此相差120°。因此，三相电动势到达最大值的时间也相差120°，即U、V、W三相互差120°。以U相为参考正弦量，则三相绕组的三个电动势的表达式为 eU=Emsinωt eV=Emsin(ωt-120°) eW=Emsin(ωt-240°)=Emsin(ωt+120°)三个电动势到达最大值（或负的最大值或零及某一值）的先后顺序称为三相交流电的相序。一般选U相电动势eU为参考电动势，则V相电动势eV滞后U相电动势eU120°，W相电动势eW滞后V相电动势eV120°，而把U-V-W称为顺相序。这样的幅值相等、频率相同、相位差互为120°的三相电动势称为对称三相电动势，其波形图和相量图如图5-2所示。活动二三相电源的星形连接将发电机三相绕组的末端U2、V2、W2连接在一起，始端U1、V1、W1分别与负载相连，这种连接方式就叫做星形连接，如图5-3所示。三相电源星形连接后，每相始端与末端之间的电压，即端线与中线之间的电压称为相电压，有效值用UU、UV、UW表示，一般用UP表示。若忽略三相绕组内的电压降，各相电压就等于各相电动势，相电压的参考方向从端线指向中线，如图5-3（a）所示。端线与端线之间的电压称为线电压。有效值用UUV、UVW、UWU表示，一般用UL表示。线电压的参考方向由注脚字母先后次序表明，如UUV指端线U和端线V之间电压，且参考方向由U线指向V线，书写时不能颠倒，否则相位相差180°。由电压定义可知，U线与V线间电压瞬时值uUV，等于U相电压和V相电压瞬时值之差，即三相线电压瞬时值：若用相量表示，则三个线电压的有效值相量与相电压有效值相量间的关系为它们的相量图如图5-4所示，由相量图可求得相电压和线电压有效值之间的关系：由此可知：当三相电源作星形连接时，线电压在数值上等于相电压的3倍，在相位上线电压比它相对应的相电压超前30°。三个线电压是对称的，彼此相位差也为120°。三相电源作星形连接时，引出四根导线，叫做三相四线制。它给负载提供两种电压值，220V相电压，380V线电压。活动一三相对称负载的星形连接负载作星形连接的三相四线制电路如图5-5所示，负载为对称负载，即：复阻抗ZU=ZV=ZW，阻抗角φU=φV=φW。若忽略输电导线电阻，各相负载上的电压就等于电源的各相电压。通过各相负载的电流称负载相电流，其大小一般用IP表示。相电流的参考方向与相电压的参考方向相同。通过每根相线的电流称为线电流，其大小一般用IL表示，线电流的参考方向由电源指向负载，显然，线电流等于相电流，且通过中线的电流称为中线电流，用IO表示。当负载对称时，由于三相电流也是对称的，因而各相电流的相量图如图5-6所示。图5-7所示就是星形连接的三相三线制电路。【例5-1】如图5-7所示的负载为星形连接的对称三相电路，电源线电压为380V，每相负载的电阻为8Ω，电抗为6Ω。求：(1)在正常情况下，每相负载的相电压和相电流；(2)第三相负载短路时，其余两相负载的相电压和相电流；(3)第三相负载断路时，其余两相负载的相电压和相电流。活动二三相不对称负载的星形连接不对称的电路如图5-8所示。因为电源是对称的，所以负载上的相电压等于电源的相电压，负载相电压也是对称的，即UP=UU=UV=UW。线电压等于相电压的3倍，UL=3UP。各相电流为由于负载不对称，各相电流也不对称，因而中线电流不为零，中线电流相量等于各相电流相量和，即【例5-2】某电阻性的三相负载星形连接，其各电阻分别为RU=RV=20Ω，RW=10Ω。电源的线电压UL=380V，求相电流、线电流和中线电流。活动三三相负载的三角形连接将三相负载分别接在三相电源的两根相线之间的接法，称为三相负载的三角形连接，如图5-12所示。当三相负载对称时，则各相电流的大小相等，其值为同时各相电流与各相电压的相位差也相同：线电流不等于相电流：【例5-4】有三相对称负载，各相额定电压为380V，阻抗ZP=20Ω，电源的线电压为380V，问三相负载应采用哪种连接？其相电流、线电流各是多少？第六章磁场及电磁感应任务一磁场任务二磁场的主要物理量任务三铁磁性物质任务四电磁感应任务一磁场活动一电流的磁场活动二磁场对电流的作用活动一电流的磁场一、磁场物体吸引铁、镍、钴等物质的性质叫做磁性，具有磁性的物体叫做磁体。任何一个磁体都有北（N）极和南（S）极两极；磁极之间存在相互作用的磁力，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引；磁极之间的相互作用和电荷间的相互作用有类似的规律。电荷之间的相互作用是通过电场来实现的。同样，磁极之间的相互作用也是通过一种特殊物质传递的，这种物质由磁极产生并存在于磁极周围，叫做磁场。磁场的基本特性是对其中的磁体和运动电荷有力的作用。磁场的方向是这样规定的：在磁场中的任一点，小磁针静止时N极所指的方向就是该点的磁场方向。二、磁感线所谓磁感线，就是在磁场中画出一些带有箭头的曲线，并使曲线上任一点与箭头方向一致的切线方向都跟该点磁场方向相同，使曲线的疏密程度与所在区域的磁场强弱成正比，如图6-1所示。几种常见磁铁的磁感线分布情况如图6-2所示。磁感线存在如下特点：(1)磁体外部的磁感线由N极指向S极，磁体内部的磁感线由S极回到N极，形成闭合曲线（这一点与电场线的分布不同，电场线是不闭合曲线）。(2)磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。磁感线密的地方磁场强，磁感线疏的地方磁场弱。(3)任意两条磁感线都不相交。三、电流的磁场所有磁场都是由电流产生的，任何电流都会产生磁场。磁场的方向和产生它的电流方向之间有着确定的关系，这个关系可由安培定则（又称右手螺旋定则）确定。1.直线电流的磁场方向如图6-4（a）所示，用右手握住导线，拇指指向电流方向，则弯曲的四指所指的方向就是通电直导线的磁感线的环绕方向。2.通电螺线管的磁场方向如图6-4（b）所示，用右手握住螺线管，弯曲的四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是螺线管中心轴线上的磁场方向，即螺线管Ｎ极的方向。继电器也是利用电流产生的磁场来控制开关的接通和断开的，如图6-5所示即为继电器中应用电磁铁控制电动机电路的断开和闭合的原理图。活动二磁场对电流的作用磁场对通电导线的作用力叫做安培力。电动机的转子就是在安培力的作用下转动起来的。安培力的发现，使电能转化为机械能成为可能。在现代社会中，工业、农业、科学研究领域及人们的日常生活的方方面面，几乎离不开和安培力有关知识的应用，本活动将研究这种作用力的大小和方向。一、安培力的大小在匀强磁场中，垂直于磁场的通电导线受到的安培力的大小等于磁感应强度B、电流I和导线的长度L三者的乘积。这个规律是由安培首先发现的，所以把它称为安培定律。当导线与磁场成任意夹角α（≤90°）时，如图6-6所示，将导线长度折算成垂直于磁场的部分Ly和平行于磁场的部分Lx，其中Ly是受力的有效边，Lx不受力。二、安培力的方向使用左手定则。具体方法是：平伸左手，拇指与四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，则拇指所指的方向就是导线受到的安培力的方向，如图6-7所示。三、磁场对通电线圈的作用如图6-8(a)所示，当通电线圈平面与磁场方向垂直时，利用左手定则可以判断出线圈四个边受到的安培力互相抵消。该平面叫做中性面。如图6-8(b)所示，当线圈平面与磁场方向平行时（线圈平面与中性面垂直时），bc、ad两边由于和磁场方向平行而不受安培力的作用；ab、cd两边由于和磁场方向垂直受到安培力的作用，其中ab边受到安培力的方向为垂直纸面向里，cd边为垂直纸面向外，从而形成对转轴的转动力矩。

或【例6-1】某电动机内的磁感应强度为0.9T，绕在转子上的矩形线圈通有6.0A的电流，若线圈面积为300cm2，匝数为200匝，求线圈对转轴的最大转动力矩。任务二磁场的主要物理量活动一磁感应强度和磁通活动二磁导率和磁场强度活动一磁感应强度和磁通一、磁感应强度实验证明：通电导线垂直于磁场方向时受到的磁场力最大，通电导线平行于磁场方向时受到的磁场力为零。进一步的实验表明：垂直于磁场方向的通电导线，在磁场中某处受到的磁场力跟导线长度与导线中电流乘积的比值是一个常量。在磁场中垂直于磁场方向的一小段通电导线，所受的磁场力与导线中的电流和导线的长度乘积的比值叫做导线所在处的磁感应强度。磁感应强度是矢量，磁场中某点的磁感应强度方向就是该点的磁场方向。二、磁通量在磁场中，把穿过某一面积的磁感线条数叫做穿过这一面积的磁通量，简称磁通，用Φ表示。在磁感应强度为B的匀强磁场中，当面积S和磁场方向垂直时，穿过这一面积的磁通量为活动二磁导率和磁场强度一、磁导率磁导率这个物理量表示物质的导磁性能，用μ表示，单位为亨/米(H/m)。由实验测得真空中的磁导率μ0是一个常数，为了比较物质的导磁性能，我们把任一物质的磁导率μ跟真空中的磁导率μ0的比值叫做这种物质的相对磁导率，用μr表示，则根据相对磁导率的不同，可将物质分为三类：（1）μr＞1的物质叫做顺磁物质，如空气、铅、铝等。（2）μr＜1的物质叫做反磁物质，如铜、石墨、银等。（3）μr＞＞1的物质叫做铁磁物质，如铁、镍、钴及它们的合金等。铁磁性物质的相对磁导率见表6-1。二、磁场强度磁场中某点的磁感应强度与介质的磁导率μ的比值，叫做该点的磁场强度，用H来表示，则磁场强度是矢量，在均匀介质中，它的方向和磁场方向一致。在国际单位制中，磁场强度的单位为A/m，在工程上常用A/cm作单位。1.通电长直导线的磁场强度实验证明，在通电长直导线产生的磁场中，各点的磁场强度与导线中的电流成正比，与导线的距离成反比。如图6-10所示，导线中的电流为I，与导线距离为r的A点的磁场强度为2.通电螺线管的磁场强度密绕的通电螺线管内部的磁场可以近似看成匀强磁场。设螺线管的长度为L、电流为I、匝数为N，如图6-11所示，则通电螺线管内部的磁场强度为【例6-2】一通电螺线管长20cm，匝数为500，通以2A的电流，以空气为介质，求螺线管内部的磁感应强度。若其中插入相对磁导率为2180的软铁，求螺线管内部的磁场强度和磁感应强度。任务三铁磁性物质活动一铁磁性材料活动二磁路的欧姆定律活动一铁磁性材料一、铁磁性物质的磁化使原来不具有磁性的物体，在外界磁场的作用下产生了磁性的现象叫做磁化。铁磁性物质是由许多磁畴（由分子电流形成）构成的，每个磁畴都是一个小磁体，在没有外界磁场作用时，它们的磁场方向杂乱无章，磁性互相抵消，对外不显磁性。如图6-12（a）所示。有外界磁场作用时，这些磁畴的极性方向大致趋于一致或完全趋于一致。如图6-12(b)所示。二、磁化曲线和磁滞回线1.磁化曲线如图6-13所示，分别给出了B、μ随H变化的曲线，其中，B随H变化的曲线叫做磁化曲线。2.磁滞回线被磁化的物质，当外界磁场强度H逐渐变为零时，磁感应强度B不能随着H的减小而减小到零，它还留有一定的剩磁，这种磁感应强度的变化滞后于磁场强度的变化的性质叫做磁滞。利用图6-14所示的实验装置（变阻器调节电流的大小，双掷开关控制电流的通断和电流的方向）对铁磁材料反复磁化，可以得到如图6-15所示的闭合曲线。磁滞现象是由磁性材料中磁畴的惯性造成的，在反复磁化过程中，由于磁滞的存在而必然有矫顽磁力，因而带来能量损耗。这种损耗叫做磁滞损耗。3.铁磁性材料的性质(1)因为铁磁性物质的磁导率μr＞＞1，比非铁磁性物质（顺磁物质和反磁物质）大得多，所以铁磁性物质具有高导磁性。(2)当物质中的磁感应强度B增加到一定数值时，B不能随H的增大而继续增大（如图6-13中c点以后部分的曲线所示），即铁磁性物质具有磁饱和性。(3)铁磁性物质具有磁滞性。三、铁磁性物质的分类1.硬磁物质常见的硬磁物质有钨钢、碳钢等。其特点是剩磁大、矫顽磁力大、不易退磁、磁滞损耗大，其磁滞回线如图6-16（a）所示。2.软磁物质常见的软磁物质有硅钢片、铁镍合金、纯铁、铸铁等。其特点是剩磁小，矫顽磁力小，其磁滞回线如图6-16（b）所示。这类材料易磁化，也易退磁，磁滞损耗小，常用来作电磁铁、变压器、电动机、接触器等电器的铁芯。3.矩磁物质矩磁物质极易被磁化，这种材料在很小的磁场强度作用下就会被磁化并达到饱和，去掉外磁场后，其剩磁仍能保持其饱和值，它的磁滞回线如图6-16（c）所示。矩磁材料主要用来制作记忆性磁体。活动二磁路的欧姆定律一、磁路磁通经过的路径叫做磁路。磁路分为有分支磁路和无分支磁路（类似于串联电路和并联电路）。图6-17（a）所示为无分支磁路，图6-17（b）所示为有分支磁路。磁通不像电流那样，几乎全部集中在导体中，磁通的主要部分沿铁芯而闭合，这部分磁通叫做主磁通。还有一小部分磁通通过铁芯外部而闭合，叫做漏磁通。在漏磁通不严重的情况下，为计算方便，常略去漏磁通不计，而把主磁通认为是全部磁通。二、磁路的欧姆定律。若磁路由不同材料（μ不同）、不同长度（L不同）和不同横截面积（S不同）的几部分构成，则磁路的磁阻为各部分磁阻之和，即若在同一闭合磁路上有几部分磁动势，则总的磁动势应为各部分磁路上的磁动势之和，即【例6-3】同一种材料制成的铁芯如图6-18所示，横截面积处处相等，均为100cm2，磁路的平均长度为250cm，线圈匝数为1000匝，求通以6.0A的电流（假设此时的相对磁导率μr=3000）时磁路中的磁通。任务四电磁感应活动一电磁感应现象活动二楞次定律和右手定则活动一电磁感应现象如图6-19（a）所示，导体ab垂直于磁场放置，两端通过导体和电流计连接成闭合回路。如图6-19（b）所示，螺线管和电流计连接成闭合回路，将条形磁铁插入线圈的过程中，穿过闭合回路的磁通量增大，此时指针发生了偏转。利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象，在电磁感应现象中产生的电流叫做感应电流。活动二楞次定律和右手定则如图6-20所示，将电池、电流计和电阻用导线连接，点触开关S，观察电流计指针的偏转方向与电流方向的对应关系；再将电池正、负极调换，再点触开关S，观察电流计指针的偏转方向与电流方向的对应关系。从实验中可以发现：电流从哪端流入电流计，电流计指针就向哪端偏转。一、楞次定律如图6-22所示，导体AB放置于磁场中，它与电流计组成闭合电路。当AB向右作切割磁感线运动时，穿过闭合回路的磁通量减少，回路中产生感应电流。感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。这一规律叫做楞次定律。对于磁铁与闭合线圈相对运动而产生的电磁感应，楞次定律又可以这样理解：线圈中感应电流的磁场总是阻碍磁铁的相对运动。对于导体切割磁感线而产生的电磁感应现象，楞次定律还可以这样理解：感应电流总是使导体受到的安培力阻碍导体的切割磁感线的运动。这种“阻碍”说明了电磁感应现象符合能量守恒定律。【例6-4】如图6-23(a)所示，磁铁从闭合线圈左端穿入、从线圈右端穿出的过程中，线圈回路产生的感应电流方向是否发生改变？应用楞次定律的步骤为：(1)明确穿过线圈原来的磁场方向及磁通量的增减情况。(2)根据楞次定律求出感应电流的磁场方向。(3)由安培定则求得感应电流的方向。二、右手定则在导体切割磁感线发生的电磁感应现象中，感应电流的方向还可以用右手定则判定，如图6-24所示。其具体方法是：平伸右手，拇指与四指垂直，让磁感应线垂直穿过手心，拇指指向导体运动的方向，则其余四指所指的方向就是感应电流的方向。第七章用电技术任务一电力供电与节约用电活动一发电方式简介活动二电能的输送和分配任务二用电保护活动一人体触电方式活动二安全用电活动一发电方式简介1.火力发电它是利用燃料（煤或石油等）在锅炉燃烧时发出的热量来加热循环水，使之变成高温高压的蒸汽从喷嘴高速喷出，去冲蒸汽轮机的叶片使其转动，从而拖动三相发电机旋转而发电的。火力发电的优点是建厂速度快，投资小。火力发电的缺点是要消耗大量的燃料，而且煤炭等燃料资源分布不均匀，易造成运输紧张，从而使成本较高；煤炭等燃料储量有限；对环境的污染严重。目前，我国仍以水力发电为主。2.水力发电它是利用水的位能通过压力管道变成动能来推动水轮机转动，从而拖动三相发电机旋转而发电的。水力发电的优点是资源丰富，不需要消耗燃料，不存在环境污染，发电成本低，生产运行简单可靠，并且它可以和水利枢纽工程相结合，从而收到综合利用的实效。水力发电的缺点是建设周期长，投资大，而且易受自然水情的影响。我国水力资源丰富，已建成一大批大、中、小型水力发电厂，但水力资源开发仍不足。目前，长江三峡水力枢纽工程大大提高了我国的水力发电能力。3.核能发电它是利用原子核裂变释放出的巨大能量通过载热剂引导出来，然后去加热原子锅炉中的水，使之变成高温高压的蒸汽，再推动汽轮机去拖动三相发电机旋转而发电的。核能发电的优点是比火力发电经济，发电成本较低，可减轻环境污染。但核能发电的建厂条件要求较高，投资大，周期长。目前核电发展处于上升阶段，核电建设一定会得到长足的发展。活动二电能的输送和分配为了减少输电线路的电压损失和功率损耗，目前都采用高压输电。但发电机由于受绝缘材料性能的限制，输出的电压不能太高，一般有3.15、6.3、10.5、13.8、15.75、18kV等几种。因此，在输电时，除供给发电厂附近的用户外，都要经升压变压器先将电压升高，然后再把电能输送出去。输电电压的高低视输出功率和距离远近而定。一般输送距离越远，输送功率越大，则要求输电电压越高。目前我国输电电压有35、110、