(中职)《电工技术基础与技能》全册电子教案完整版教学设计

《电工技术基础与技能》全册电子教案完整版教学设计项目一认识电工实训室与安全用电任务一初识电工技术基础与技能课程（1课时）学习目标（1）了解电的现象。（2）了解电工技术基础与技能课程的学习目的、内容，对本门课程形成总体认知。一、电的由来电是物质的一种属性。一般物质不带电，当物质中有多余负电时将带负电，缺少负电时将带正电。二、电的分类电按照电荷是否可以自由移动分成静电和电流两种。1.静电：是不能流动的电荷。2.电流：是可以移动的电荷。当物体内部的电荷有规则地定向移动就形成电流。电流又分为直流电流和交流电流两大类。大小和方向都不随时间变化电流，称为直流电流（用字母“DC”表示）；大小和方向都随时间变化的电流，称为交流电流（用字母“AC”表示）。三、本门课程学习内容主要内容包括认识电工实训室与安全用电、电路的基本概念、直流电路分析、电容、电磁应用技术、正弦交流电路、安全用电等7个项目内容任务二认识实训设备及器材（2课时）学习目标了解电工实训室的实训设备及器材。学会使用电工基本工具。一、走进电工实训室（结合实训室实景讲解）配合实训室讲解介绍高压、低压交直流电源和各种常用电工仪表（万用表、兆欧表、钳表钳形电流表？等）。钳形电流表？二、实训设备配合实训室讲解实训设备包括交直流电源、各种低压电器元件、常用电工仪表与工具等。1.交流电源实训室能提供220V、380V、0~24V三种交流电源。2.直流电源实训室能提供0~30V可变直流电源。3.各种低压电器元件实训室能提供各种低压电器元件，完成电动机控制线路的实训不是只完成这一项实训，调整叙述。不是只完成这一项实训，调整叙述4.常用电工仪表实训室能提供万用表、电压表、电流表、偏口钳、螺丝刀等常用电工仪表与工具（图1-11~图1-16），完成各项实训任务。任务三实训室安全用电（1课时）学习目标掌握实训室的安全操作规程，学会急救方法，能对紧急状况进行正确处理。一、实训室操作规程（1）进入实训室时，应穿好工作服、绝缘鞋，不得佩戴手链等金属饰品。（2）实训室内禁止吸烟，禁止喧哗、打闹，禁止携带食物、饮料等。（3）进入实训室，禁止随意走动，行走时注意周边物品、线路，禁止摆弄与本节课无关的实训器材。（4）实训过程中，严格按照操作规程操作。先检查实训器材、导线是否完好，发现由有缺陷应立即报告，停止使用并及时更换。（5）严格按照仪器仪表的操作规程使用。（6）实训操作时，严格按照指导老师要求去做。经老师检查无误后方可通电，禁止学生私自通电。用电结束后，关闭电源。（7）实训操作时，注意观察。出现异常应立即断电并报告老师。（8）发现有人触电时应立即切断电源，采取必要的急救措施进行救治。（9）定期检查实训室的安全设施，保证灭火器等应急设备能安全使用。（10）实训完毕后，关闭电源。整理实验器材，打扫实验室卫生，关好门窗。二、实训室紧急救护若出现紧急情况，应做到以下几点：（1）遇到突发状况，不要慌乱，第一时间断电。（2）断电之后，注意检查人身和设备的情况。（3）发生人员触电事故，要根据情况进行救护。（4）设备出现故障后，必须查出故障原因并排除以后，经老师检查后方可继续实训。（5）实训台若出现火灾，切忌使用水灭火，必须使用专门的灭火器灭火。急救方法：1.人工呼吸法2.胸外按压法项目二电路的基本概念任务一认识电路学习目标（1）熟悉电路的基本组成及各部分的作用。（2）理解电路的三种工作状态。一、电路的组成及作用1.电路的作用将电能转换成其他形式的能，可以产生电信号，并对信号进行传输、转换、控制、处理和储存。2.电路的组成最简单的电路是由电源、负载（用电器）、导线、开关等元器件组成。电源是将其他形式的能量转换成电能的装置。电源分交流电源和直流电源两大类。直流电源供电时电路中电流的方向不变，如干电池；交流电源供电时电路中电流的方向会随时间变化，如电视机电源。负载的作用是把电能转换成其他形式的能量。开关用于控制电路的通断。导线用来传输和分配电能。3.电路图表示方式（结合电路图讲解）电路图分为电路原理图、电路安装图和电路实物图三种。电路原理图是指用标准化的符号绘制的，用来表明设备电气的工作原理及各电器元件的作用、相互之间的关系的一种图纸。电路安装图用来表明各种电气设备在机械设备上和电气控制柜中的实际安装位置，为机械电气在控制设备的制造、安装、维护、维修提供必要的资料。电路实物图指按照实物画出来的图纸。4.电路的工作状态电路的工作状态分三种：通路（闭路）、断路（开路）、短路。通路：接通的电路，电路中有电流。断路（开路）：断开的电路，电路中没有电流。短路：不经过负载(灯泡)将电源直接连接起来。通常采用安装熔断器或低压断路器（空气开关）的措施来预防短路故障。当电路发生短路时，它们能快速切断电路，保护线路和用电设备。任务二认识电路的基本物理量学习目标掌握描述电路的基本物理量。一、电流导体内部的电荷（自由电子、正离子、负离子）在电场力的作用下有规则地定向移动就会形成电流。电流分直流电流和交流电流两大类。大小方向都不随时间变化的电流，称为直流电。大小和方向都随时间变化的电流，称为交流电。一般直流电用字母DC或符号“—”表示，交流电用字母AC或符号“～”表示。1s内通过导体横截面的电荷量称为电流强度，简称电流，用字母I表示。电流的单位是安培，简称安，符号为A。除安培外，常用的电流单位还有千安（kA）、毫安(mA)、微安（μA），它们之间的换算关系是：1kA=103A=106mA=109μA习惯上规定正电荷的移动方向为电流的方向。为了计算方便，常常先假设一个电流方向，称为电流参考方向。若计算结果为正值，则电流的实际方向与参考方向相同；若计算结果为负值，则电流的实际方向与参考方向相反。电击伤人的程度与很多因素有关，但主要还是由电流的大小决定。电流/mA通电时间工频电流人体反应直流电流人体反应0~0.5连续通电无感觉无感觉0.5~5连续通电有麻刺感、疼痛、无痉挛无感觉5~10数分钟内痉挛、剧痛，但可摆脱电源有针刺感、压迫感及灼热感10~30数分钟内迅速麻痹、呼吸困难、血压升高，不能摆脱电源压痛、刺痛、灼热强烈，有抽搐30~50数秒至分钟心跳不规则、昏迷、强烈痉挛，心脏开式颤动感觉强烈、有剧痛、痉挛50~数百低于心脏搏动周期受强烈冲击，但没发生心室颤动剧痛、强烈痉挛、呼吸困难或麻痹高于心脏搏动周期昏迷、心室颤动、呼吸麻痹、心脏麻痹或停跳二、电压电压，也称电势差或电位差，即电场中两点间的电位之差。电压是衡量电场做功本领大小的物理量。它用字母U表示。电压的单位是伏特，简称伏，符号为V。除伏特外，常用的电压单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV），它们之间的换算关系是：1kV=103V=106mV=109μV我们规定电压的方向由高电位指向低电位，即电位降的方向。因此电压也常称为电压降。为了计算方便，常常先假设一个电压方向，称为电压参考方向。若计算结果为正值，则电压的实际方向与参考方向一致；若计算结果为负值，则电压的实际方向与参考方向相反。供电系统的电压中有高压、低压、安全低压这三种。（1）高压。交流1100V以上或者直流1200V以上的电压称为高压。高压一般用于电力系统的输配电中，电压越高，输配电线路上的电损耗越小。（2）低压。我们日常生活或生产中用的交流220V/380V就属于低压。一般日常生活用电电压为220V，如电视机、照明灯等；企业的动力设备常常使用380V的电压，如起重机、电动机等。（3）安全电压。规定对地电压低于42V的电压为安全电压。三、电源电动势与端电压衡量电源转换能量本领的物理量为电动势，用字母E表示，其单位为伏特（V）。电源两端的电压称为电源的端电压，简称端电压，用字母U表示。电源的端电压与电源的电动势的单位相同，它们之间有区别又有联系。电压可存在于电源的内部和外部，电动势仅存在于电源内部。通路状态时，U<E；开路状态时，U=E；短路状态时，U=0四、电阻导体对电流的阻碍作用称为电阻。电阻用字母R表示。单位为欧姆，简称欧，符号为Ω。除欧姆外，常用的电阻单位还有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ），它们之间的换算关系是：1MΩ=103kΩ=106Ω电阻是物质的一种属性,任何物质都有电阻。不同物质往往电阻值不同。对于同一种材料，在一定温度下，导体的电阻与它的横截面积成反比，与它的长度成正比。即(2-1)式中，R为导体的电阻，Ω；ρ为导体的电阻率，Ω·m；l为导体的长度，m；S为导体的横截面积，m2。电阻的大小除了与导体的材料、长度、横截面积有关之外，还与温度有关。1.常见电阻器电阻器在日常生活中一般直接称为电阻，是一种应用非常广泛的元器件，在电路中通常用于分压或者限流。一般可分为固定变阻器、可变电阻器和敏感电阻器等。（结合实物讲解）2.电阻的主要参数电阻的主要参数有标称阻值、允许偏差和额定功率等。（1）标称阻值是在电阻器上标志的电阻值。（2）允许偏差是指电阻器实际阻值与标称阻值之间允许的最大偏差。（3）额定功率是指电阻器在规定的气压和温度下，长期连续工作而不损毁，不改变电阻器性能，所允许耗散的最大功率。3.电阻器的表示方法电阻器的标称阻值和允许偏差的表示方法通常有三种：直标法、文字符号法、色标法。直标法，是指将电阻器的标称阻值和允许误差直接用数字和字母印在电阻上。若电阻上未标出误差，则表示该电阻误差为±20%。通常用3位数字来标注片状电阻的阻值。第一位、第二位数字代表有效数字；第三位代表阻值倍率，即两位有效数字之后0的个数。对于带小数的欧姆级片状电阻或10Ω之内的整数值也用R来代表Ω。文字符号法。文字符号法是指用数字和文字符号或者二者有规律的组合，在电阻器上标志出主要参数的表示方法。(3)色标法。色标法是指用不同颜色的色环在电阻器表面表示出标称阻值和允许误差的方法。普通电阻用四环法表示，精密电阻用五环法表示。四环电阻表示方法为电阻值＝有效数字（第一、二色环表示的两位数字）×倍率（第三色环表示的10*）+允许误差（第四色环表示）五环电阻表示方法为电阻值＝有效数字（第一、二、三色环表示的三位数字）×倍率（第四色环表示的10*）+允许误差（第五色环表示）例：如图所示的色环电阻，它的阻值是多少？该色环电阻第一位黄色代表有效数字4，第二位紫色代表有效数字7，第三位黑色代表有效数字0，第四位金色代表倍乘10-1，第五位棕色代表允许误差±1%，所以这个电阻的阻值是47Ω±1%。任务三万用表的使用知识目标学会使用万用表测量电路的电压、电流、电阻。一、指针式万用表的使用MF47型万用表是一种常见的机械式万用表，它由测量线路、表头和转换开关等部分组成。测量线路将各种不同的被测电量转换成表头能够接受的直流电量，并由表头表示出来。1.表笔的使用MF47型万用表一般配有红、黑两种颜色的表笔。使用时应将其插入相应的位置，红表笔接“+”端，黑表笔接“COM”端。2.挡位的选择万用表可以测量多个电量，具有多个量程和挡位。使用前一定先选择好相应的被测量对象的挡位，在调整合适的量程范围进行测量。若挡位选择错误，可能会损坏万用表。若不知道被测量的大小，应选择最大量程挡位先测一下，再调到合适的挡位及量程。应当注意的是，测量时指针位置靠近零位置或者满量程位置，其测量结果的准确性较低。测量电压或者电流时，指针应尽量指在量程的后1/3或1/4处。测量电阻时指针摆动在中央位置时读数为宜。3.调零在使用MF47型万用表之前，应注意观察指针是否指在零位。若不为零，则应调整机械调零旋钮使其指零。测量电阻时，还应将两个表笔短接看其指针是否指在欧姆零位。若不为零，应进行欧姆调零，并且每变换一次欧姆挡的量程都要进行一次欧姆调零。4.测量读数测量时将两支表笔接触待测元件或电路。测量电压或电阻时需把表笔并联在被测电路或元件两端，测量电流时需把表笔串联在被测电路中。待表针稳定后读数。读数时，应双眼平视表盘刻度线，根据所选量程读数（不同量程最小刻度线表示的数值不一样）。测量电阻时，最后读数应为指针示数乘以量程挡位。例如，指针指示为7，若是“×100”挡，则电阻值为700Ω；若是“×1k”挡，则电阻值为7kΩ。测量结束后应将转换开关旋转到交流电压最高挡位。万用表使用注意事项：测量电压或电流时注意是交流电还是直流电。若是直流电应注意极性，红表笔接电源正极，黑表笔接电源负极。测量电阻时应断电。（3）测量电流前应先估算电流的大小，防止超过所选的量程。二、数字万用表的使用数字万用表是一种多用途的电子测量仪表，其特有的蜂鸣挡，若被测电路为接通状态则发出蜂鸣，在电路维修时更方便快捷，可以快速鉴别出电路是开路状态或是短路状态。1.表笔的使用数字万用表有红、黑两支表笔。使用时黑表笔插入“COM”端，红表笔根据待测量插入相应插孔。当测量电压或是电阻时，红表笔插入“VΩ”端，测量电流时根据大小插入“A”或“mA”端。2.挡位的选择测量前应选择合适的量程挡位，先选择被测量再选择量程挡位。面板操作键作用如下：（1）Ω：电阻挡，分200Ω、2kΩ、20kΩ、200kΩ、2MΩ、200MΩ六挡。（2）V～：交流电压挡，分2V、20V、200V、750V四挡。（3）V—：直流电压挡，分200mV、2V、20V、200V、1000V五挡。（4）A—：直流电流挡，分200μA、2mA、20mA、200mA、20A五挡。（5）A～：交流电流挡，分200mA、20A两挡。（6）hFE：三极管β测量，有NPN和PNP两种型号管子的插孔。（7）：二极管测量，短路测量。3.测量读数测量时将两表笔接触待测元件或电路。测量电压或电阻时需把表笔并联在被测电路或元件两端，测量电流时需把表笔串联在被测电路中。数字万用表可以直接读数。测量电阻时注意查看单位。测量结束后关闭电源即可。三、测量电路参数的步骤1.测量电阻（1）选好量程挡位，然后进行欧姆调零，数字万用表不需要欧姆调零。（2）用万用表的红黑表笔接触被测电阻的两端，如图2-30所示，注意手不要碰触笔尖的金属部分。（3）指针稳定后在第一条刻度线上读数或数字万用表直接读数。图2-30数字万用表测量负载电阻2.测量电压（1）选好量程挡位，注意选择交流电压挡还是直流电压挡。（2）用万用表的红、黑表笔接触被测电压两端，如图2-31所示。若被测量为直流电压，则应红表笔接电压正极，黑表笔接电压负极。若被测量为交流电压，则不需要注意极性。（3）指针稳定后在第二条刻度线上读数或在数字万用表上直接读数。注意观察量程，不同的量程，同一指针位置表示的数值大小不同。图2-31数字万用表测量交流电压3.测量电流（1）测量电流前应先估算一下电流的大小，再选择量程挡位。（2）将万用表串接在被测电路中。若被测量为直流电流，则应红表笔接电压正极，黑表笔接电压负极。（3）指针稳定后在第二条刻度线上读数或在数字万用表上直接读数。注意观察量程，不能的量程，同一指针位置表示的数值大小不同。任务四分析电阻电路欧姆定律1.部分电路欧姆定律流过导体的电流与这段导体两端的电压成正比，与这段导体的电阻成反比。这就是部分电路欧姆定律，写成如下公式：I=（2-2）由式(2-2)可得R=（2-3）或U=IR（2-4）式中，I为导体中的电流，A；U为导体两端的电压，V；R为导体两端的电阻，Ω；这个定律揭示了电路中电压、电流、电阻三者之间的关系，是电路的基本定律之一，适用于所有的交直流线性电路。例2-1某灯泡接在220V的电源上，正常工作时的电流为0.5A，试求此灯泡的电阻。解：R===440Ω例2-2有一个量程为500V(测量范围是0~500V）的电压表，它的内阻是40kΩ。用它测量电压时，允许通过的最大电流是多少？解：I===12.5mA2.全电路欧姆定律在闭合电路里，电流与电源的电动势成正比，与整个电路的电阻成反比。这就是全电路欧姆定律，即I=（2-5）将此公式进行变形：E=I(R+r)（2-6）E=IR+Ir式中，IR=U是外电路的电压，也称为端电压；Ir=U0是内电路的电压。电源电动势等于内、外电压之和。U=E－Ir当外电阻R增大时，由I=可知，电路电流I减小，Ir即电源的内压降减小。再由U=E－Ir可得，端电压U增大。反之R减小，端电压U也会减小。电阻的连接1.电阻的串联把两个或两个以上的电阻，一个接一个地连在一起，中间没有其他分支，这样的连接方式称为电阻的串联。串联电阻具有以下特点：电路中各处的电流都相等，即：I=I1=I2=I3=…=In（2-7）由于串联电路中间没有其他分支，所以通过电路中每一处的电流均相等。串联电路的总电阻等于各串联电阻之和，即R=R1+R2+R3+…+Rn（2-8）（3）串联电路总电压等于各串联电阻两端电压之和，即U=U1+U2+U3…+Un（2-9）（4）串联电路各电阻上的电压与各电阻的阻值成正比，即Un=U（2-10）Rn越大，它所分配的电压Un也越大，式（2-10）称为分压公式。串联电阻的应用很广泛。利用串联电阻可以获得阻值比原来阻值大的电阻；利用串联电阻可以限制和调节电路中的电流；利用串联电阻可以扩大电压表的量程等。例2-3如图2-36所示分压器中，已知U=300V，R1=150kΩ，R2=100kΩ，R3=50kΩ，求输出电压Ucd、Ubd。解：2.电阻的并联把两个或两个以上的电阻并列地接在电路中的相同两点之间，使每一电阻两端都承受相同的电压，这种电阻的连接方式称为电阻的并联。并联电阻具有以下特点：（1）并联各电阻两端的电压相等，并且等于电路两端的电压，即U=U1=U2=U3=…=Un（2-11）（2）并联电阻总电流等于各并联电阻中的电流之和，即I=I1+I2+I3+…+In（2-12）（3）并联电路总电阻的倒数，等于各并联电阻倒数之和，即+…+（4）在并联电路中，各支路分配的电流与支路的电阻值成反比，即In=I（2-13）式中，Rn越大，通过它的电流越小，Rn越小，通过它的电流越大，式（2-13）称为分流公式。并联电路的应用十分广泛。凡额定电压相同的负载几乎都采用并联形式，如路灯、各种家用电器、机床等。利用并联电阻可以获得阻值比原来阻值小的电阻；利用并联电阻可以构成分流器，扩大电压表的量程等。三、电阻的混联既有电阻的串联，又有电阻的并联，这样的连接方式称为电阻的混联。对于混联电路，需要根据电阻串、并联的特点，把电路进行化简，求得电路的等效电阻。但对于某些较为复杂的混联电路，一般很难一下看清各电阻之间的连接关系。那么就可以先画出等效电路图，再计算其等效电阻。求出总的等效电阻之后，再计算电路的总电流。最后根据电阻串联的分压关系和电阻并联的分流关系，逐步推算出各个电阻的电压和电流。例2-4如图2-38所示电路，求电路中的总电流I，其中E=15V，R1=R2=R3=R4=4Ω。首先在原电路中，给每一个连接点标注一个字母，同一导线连接的点用同一字母。按顺序将各个字母沿水平方向排列，待求端的字母置于首尾两端，最后将各电阻依次填入相应的字母之间。解：(1)首先在原电路中标出字母A、B、C、D。(2)将原电路进行等效，把电阻填入相应的两个字母之间。AC之间、BD之间是导线相连的，为等电位点，如图2-39所示。R1、R2、R3、R4、并联接在电源上。(3)电路总电阻1R电路总电流I=E四、电功与电功率1.电功当电流经过负载时，负载可以将电能转换成其他不同形式的能量，这个过程称为电流做功，简称电功。用字母W表示，单位为焦耳(J)。其定义式为W=UIt（2-14）式中，U为导体两端的电压，V；I为导体中的电流，A；t为导体通电时间，s。由I=，有W=t（2-15）由U=IR，有W=I2Rt（2-16）在实际应用中，焦耳是个比较小的单位，使用较少。我们常常用千瓦时（kW·h）或度作为电功单位。1度=1kW·h=3.6×106J2.电功率我们把单位时间内电流所做的功称为电功率。它是描述电流做功快慢的物理量。电功率用字母P表示，单位为瓦特（W）。电功率的计算公式为P==UI(2-17)由I=，有P=(2-18)由U=IR，有P=I2R(2-19)实际应用中，电功率的常用单位还有千瓦（kW）、毫瓦（mW）：1kW=103W=106mW例2-51度电可供“220V，25W”的灯泡发光多少小时？解：1度=1kW•h，25W=0.025kW由P=，得t===40h3.负载的额定值负载长时间正常工作时所允许施加的最大电压、流过的最大电流称为负载的额定电压、额定电流。额定电压和额定电流的乘积，称为额定功率。额定值用带有下标“N”的字母表示。电气设备的额定值通常表在铭牌上。焦耳定律电流流过导体时使导体发热的现象，称为电流的热效应。实验表明：电流流过导体产生的热量与导体的电流的平方、导体的电阻、通电时间成正比，这一定律称为焦耳定律，即Q=I2Rt（2-20）式中，Q为导体产生的热量，J；I为导体中的电流，A；R为导体中的电阻，Ω；t为导体通电时间，s。实训1测量电路的基本参数一、实训目标学会使用万用表测量描述电路的基本参数，包括电阻、电压和电流。二、实训器材（1）MF47型万用表1块。（2）小功率电阻6个。（3）直流电源（0~30V）。（4）交流电源（0~220V）。（5）导线若干。三、实训步骤1.测量电阻（1）将MF47型万用表转换到欧姆（Ω）挡，并选择合适的量程。若不清楚被测电阻的大小，则选择最大量程。（2）选好挡位后短接调零，即将红黑表笔接在一起，看指针是否指在欧姆的零位（第一条刻度线最右侧）。若指在零位则可开始测量，否则调节调零旋钮使指针指零。这里需要注意的是，若更换量程挡位则需重新调零。（3）将两表笔分别与电阻的两个管脚相接，读出电阻值，填入表。2.测量直流电压（1）将MF47型万用表转换到直流电压（V）挡，并选择合适的量程。若不清楚被测电压的大小，则选择最大量程。（2）将万用表表笔并接在直流电源两端，红表笔接电源正极，黑表笔接电源负极。读出电压值，填入表。3.测量交流电压（1）将MF47型万用表转换到交流电压（V）挡，并选择合适的量程。若不清楚被测电压的大小，则选择最大量程。（2）将万用表表笔并接在交流电源两端。读出电压值，填入表。实训小结实训2欧姆定律在直流电路中的应用实训目标（1）熟练使用万用表测量电路的基本参数。（2）掌握电压、电流、电阻三者之间的关系。实训器材MF47型万用表1块。（2）小功率电阻（100Ω、400Ω、800Ω、1kΩ）。（3）直流稳压电源（0~30V）。实训步骤（1）按图2-41接好电路。图2-41实验电路图（2）当R分别为100Ω、400Ω、800Ω、1kΩ，改变直流电源输出电压，当其分别为0V、1V、2V、4V、6V、8V、10V时，读出电流的相应数值，并记录在表2-11中。表2-11欧姆定律测量记录表阻值0V1V2V4V6V8V10V100Ω400Ω800Ω1kΩ（3）根据欧姆定律，计算当R分别为100Ω、400Ω、800Ω、1kΩ，改变直流电源输出电压，当其分别为0V、1V、2V、4V、6V、8V、10V时的电流值，填入表2-12。表2-12欧姆定律计算结果记录表阻值0V1V2V4V6V8V10V100Ω400Ω800Ω1kΩ（4）对比两张表格，验证欧姆定律。=1\*GB3①根据实验表中记录的数据，绘制电压、电流关系曲线：当R为定值时，横坐标为电压，纵坐标为电流。绘制电流随电压变化的关系曲线，并说明曲线特点。=2\*GB3②根据表格记录数据，说明电压相同时，电阻与电流的关系。=3\*GB3③根据表格记录数据，说明电阻相同时，电压与电流的关系。实训小结项目三直流电路分析任务一基尔霍夫定律的应用（6课时）学习目标掌握基尔霍夫定律，学会运用基尔霍夫定律分析复杂电路。一、基本名词1.支路由一个或几个元件首尾相接构成的一段无分支电路，称为支路。2.节点三条或三条以上支路的连接点，称为节点。3.回路电路中任意一个闭合路径称为回路。4.网孔内部不含支路的回路称为网孔。如图3-1所示电路中，有3条支路，即AEDB、AB、AFCB支路。A、B都是节点。ABDE、ABCF、AEDBCF都是回路。ABDE、ABCF回路是网孔。二、基尔霍夫定律1.基尔霍夫电流定律（KCL）该定律的内容是：任一瞬间，通过电路中任一节点的各支路电流的代数和恒等于零。也就是说，流入节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。用数学式表达，即∑IK=0(3-1)式中，IK是连接于该节点的各支路电流，K=1，2，3，…，n（设有n条支路连接于该节点），或者表示成∑I入=∑I出(3-2)例3-1如图3-2所示，请列出节点电流方程。解：假设流入节点电流为正，则I1－I2+I3－I4=0例3-2如图3-3所示电路，已知I1=5A，I3=1A，求I4。解：先任意假设未知电流I4的参考方向，如图中所示。由题意可知I2=I1=5A在节点b应用基尔霍夫第一定律，列节点电流方程式：I3=I2+I4则I4=I3－I2=1－5=-4AI4为负值，表示I4的实际方向与参考方向相反，其实际方向应为流进节点。2.基尔霍夫电压定律（KVL）该定律的内容是：任一瞬间，作用与电路中任一回路各支路电压的代数和恒等于零。用数学式表达为∑UK=0(3-3)式中，UK是连接于该节点的各支路电流，K=1，2，3，…，n(设有n条支路组成该回路)。该定律用于某一回路时，需先假定各支路电压的参考方向并指定回路的循环方向（顺时针或逆时针），当支路电压与回路方向一致时取“+”号，相反时取“-”号。在任意时刻，一个闭合回路中各段电阻上电压降的代数和等于各电源电动势的代数和，公式为∑RI=∑E（3-4）这就是基尔霍夫电压定律的另一种表达形式。基尔霍夫定律具有普遍的适用性，它适用于由任何元件构成的任何结构的电路，电路中的电压、电流可以是恒定的也可以是任意变化的。任务二支路电流法的运用（4课时）学习目标（1）掌握支路电流法，能够应用支路电流法分析、求解电路。（2）通过学习支路电流法，巩固基尔霍夫定律的内容及应用。一、支路电流法求解电路的一般步骤（1）确定电路的支路数m、节点n，任意假设各支路电流的参考方向和网孔的绕行方向。（2）根据基尔霍夫电流定律列出（n－1）个独立的节点电流方程。（3）根据基尔霍夫电压定律列出（m－1）个独立的回路电压方程。（4）代入数据，联立方程组求解各支路电流。当计算结果为正时，说明实际方向与参考方向相同；若结果为负，则相反。支路电流法具体解题已知直流发电机的电动势E1=7V，内阻r1=0.2Ω，蓄电池组的电动势E2=6.2Ω，内阻r1=0.2Ω，负载电阻R3=3.2Ω。求各支路电流和负载的端电压。（1）这个支路有3条支路，2个节点，即m=3，n=2。有三个未知量，需要列出三个独立方程式联立求解。（2）列出（n－1）个独立的节点电流方程，即列1个节点电流方程。对于A点：I1+I2=I3①（3）列出（m－1）个独立回路电压方程，即列2个回路电压方程。假设回路绕行方向如图3-10所示，则对回路=1\*ROMANI：I1r1－I2r2=E1－E2②对回路=2\*ROMANII：I2r2+I3R3=E2③对回路=3\*ROMANIII：I1r1+I3R3=E1=4\*GB3④三个方程中的任何一个方程式，都可以从其他两个方程式中导出，所以只有两个回路电压方程是独立的。（4）联立方程组，求解各支路电流。将数据代入①②③式，可得方程组：解得：I1=3A，I2=-1A，I3=2A。负载两端的电压为：U3=I3R3=2×3.2=6.4V。三、电压源与电流源1.电压源用一个恒定电动势E与内阻r串联表示的电源称为电压源。电压源的内阻越小越好。当n个电压源串联时，可以合并为一个等效电压源，等效电压源E等于各个电压源的代数和，即E=E1+E2+…+En（3-4）方向与E相同的取正号，反之取负号。等效电压源的内阻等于各串联电压源内阻之和，即r=r1+r2+…+rn（3-5）2.电流源用一个恒定电流I与内阻r并联表示的电源称为电流源。电流源的内阻越大越好。当n个电流源并联时，可以合并为一个等效电流源，等效电流源I等于各个电流源的代数和，即I=I1+I2+…+In（3-6）参考方向与I相同的取正号，反之取负号。等效电流源的内阻的倒数等于各并流电流源内阻的倒数之和，即…+（3-7）上述两种电源之间是可以相互转化的。实训验证基尔霍夫定律（2课时）一、实训目标验证基尔霍夫定律，加深对电路定律的理解。二、实训器材（1）双路直流稳压电源（0~30V）。（2）直流电流表3块。（3）MF47型万用表1块。（4）电阻3个。说明大致阻值说明大致阻值（5）导线若干。三、实训步骤（1）按图3-12将电源E1、E2接入电路，并调节，使E1=16V，E2=6V。（2）将电流表接入电路，测量I1、I2、I3的值（注意电流的方向），将数据填入表3-1。表3-1测量电流值I1I2I3节点A上电流的代数和（3）用导线撤换电流表，用万用表测量各段电压的数值（注意电压的方向），将数据填入表3-2。表3-2测量电压值UabUbdUdcUcaUad回路abcd电压降之和回路acdea电压降之和四、实训小结将本实训的评价与收获填入表。项目五电磁应用技术任务一认知磁现象（2课时）学习目标掌握磁的基本知识，理解磁的基本概念。一、磁的基本概念1.磁性物质具有吸引铁、镍、钴等物质的性质称为磁性。2.磁体具有磁性的物体称为磁体。磁体根据来源不同可分为天然磁体和人造磁体，人造磁体根据形状不同可分为条形磁铁、针形磁铁、U形磁铁等。3.磁极磁体上磁性最强的区域称为磁极。任何物体都有两个磁极，分别为南极（S）北极（N）。两磁体的磁极间具有相互作用，即同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。应用：指南针、磁悬浮列车。二、磁场与磁力线规定在磁场中某一点自由旋转的小磁针静止时北极所指的方向为该点的磁场方向。描述磁场的几个物理量如下：1.磁力线为了形象地描述磁场这一概念，引入磁力线（磁感线）的概念。磁体周围存在的磁力作用空间称为磁场。我们规定：在磁体外部，磁力线由N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极。在曲线上任意一点切线方向就是小磁针在磁力作用下静止时N极所指方向。通常以磁力线方向来表示磁场方向。用磁力线的疏密来描述磁场的强弱，磁力线越密集，磁场越强，反之越弱。2.磁感应强度垂直通过单位面积的磁力线的数目称为该点的磁感应强度，用字母B表示，单位为特斯拉，简称特（T）。3.磁通量垂直通过某一面积上的磁力线的总数称为通过该面积的磁通量，简称磁通，用字母Φ表示，单位为韦伯，简称韦（Wb）。匀强磁场磁通量为Φ=BS（5-1）任务二认知电流的磁场（2课时）学习目标（1）理解磁现象的电本质——电流的磁效应。（2）掌握右手螺旋定制，学会判断电流产生磁场的方向。电流的周围存在磁场，即电流的磁效应。通电导体产生的磁场方向可以用右手螺旋法则（安培定则）来判断。右手螺旋法则（安培定则）内容：1.直导体电流的磁场用右手握住通电导体，让拇指指向电流方向，则弯曲的四指的指向就是磁场方向。2.螺线管电流的磁场用右手握住螺旋管，弯曲的四指指向线圈的电流方向，则拇指方向就是螺旋管内部磁场的方向。利用电流的磁效应可以制成磁悬浮列车、电动机定子、低压电器的电磁系统、电磁铁、电磁起重机、磁性工作台等。任务三感知电磁力（2课时）学习目标（1）理解电磁力的概念。（2）学会计算电磁力的大小，学会判断电磁力的方向。（3）掌握电磁力的应用。一、磁场对载流导体的作用我们把载流导体在磁场中所受的作用力称为电磁力，用F表示。根据这一原理制成了电动机。实验证明：电磁力F的大小与导体电流大小、导体在磁场中的有效长度及载流导体所在位置的磁感应强度成正比。即F=BILsinα(5-2)式中，F为导体受到的电磁力，N；B为磁感应强度，T；I为导体中的电流强度，A；L为导体有效长度，m；α为直导体与磁感应方向夹角。当导体垂直于磁感应强度的方向时，导体受到的电磁力最大；与导体平行时不受力。载流导体在磁场中受到的电磁力的方向可以用左手定则判断。左手定则内容是：伸平左手，拇指与四指垂直并在一个平面上，让磁力线穿过手心，四指指向电流方向，则拇指所指方向是导体受力方向。二、磁场对通电矩形线圈的作用根据磁场对通电矩形线圈的作用制成了很多电气设备和仪表，如直流电动机、直流电压表、直流电流表、万用表等。怎么才能使线圈连续旋转？在直流电动机中加入换向器，使得电动机始终瞬时针旋转。*任务四认知铁磁材料（2课时）学习目标（1）了解不同的铁磁材料的特性，掌握其用途。（2）理解磁化、磁滞现象。铁磁物质的磁化原来不具有磁性的物质，在外磁场作用下产生磁性的现象，称为磁化。磁化曲线铁磁物质从完全无磁状态进行磁化的过程中，磁感应强度B将按照一定规律随外磁场强度H的变化而变化，这种B-H关系曲线称为磁化曲线。三、磁滞回线如图5-24（a）所示（上面那个实验图标号），当铁磁材料在交变磁场中进行反复磁化时，可以得到图5-26所示的磁滞回线。通过反复磁化得到的B-H曲线SRDS称为磁滞回线。铁磁材料在反复磁化过程中，B的变化总是滞后于H的变化，这一现象称为磁滞。四、铁磁材料的分类1.软磁材料软磁材料指剩磁和矫顽力都很小的铁磁材料。可用来制造电动机、变压器、继电器的铁心等。软磁材料主要有坡莫合金、铸钢、硅钢等。2.硬磁材料硬磁材料指指剩磁和矫顽力都很大的铁磁材料。硬磁材料适用于制作永磁铁，主要有钨钢、钴钢、铬钢、铝镍钴合金等。3.矩磁材料矩磁材料的磁滞回线形状如矩形。矩磁材料主要用来制作记忆元件，如存储器的磁芯等。*任务五认知磁路与磁路欧姆定律（2课时）学习目标（1）掌握磁路的基本概念。（2）掌握磁路欧姆定律。磁路的基本概念1.磁路磁通经过的闭合路径称为磁路。2.磁动势通电线圈的电流和线圈匝数的乘积，称为磁动势（磁通势），用符号Fm表示，单位为安培（A）。Fm=NI（5-3）式中，N为线圈匝数；I为通过线圈的电流，A。3.磁阻磁通通过磁路时所受到的阻碍作用称为磁阻，用符号Rm表示。磁阻的大小与构成磁路的材料的性质有关，且与磁路的长度l成正比，与磁路的横截面积S成反比：（5-4）式中，μ为磁导率，H/m；l为磁路长度，m；S为磁路横截面积，m2。二、磁路欧姆定律磁路中的磁通Φ等于作用在该磁路上的磁动势Fm除以磁路的磁阻Rm，这就是磁路的欧姆定律。写成公式即（5-5）任务六感知电磁感应现象（2课时）学习目标（1）了解电磁感应现象，掌握产生感应电流的条件。（2）掌握楞次定律，学会用楞次定律判断感应电流的方法。（3）掌握右手定则，学会用右手定则判断感应电流的方法。一、电磁感应现象如图5-32所示，将磁铁插入线圈，或把磁铁从线圈中拔出，观察电流表指针的偏转情况。大量实验证明：当闭合线圈中的磁通发生变化或导体相对于磁场运动而切割磁力线时，在导体或线圈中都会产生电动势。若线圈或导体构成闭合回路，则导体或线圈中将产生电流。这种由于磁通变化而在导体或线圈中产生感应电动势的现象称为电磁感应。由电磁感应产生的电动势称为感应电动势（感生电动势），由感应电动势引起的电流称为感应电流（感生电流）。只要穿过闭合电路的磁通发生变化，闭合电路中就有电流产生。这就是发生电磁感应现象的条件。二、法拉第电磁感应定律与楞次定律1.法拉第电磁感应定律线圈中感应电动势的大小与穿过线圈的磁通变化率成正比，这个规律称为法拉第电磁感应定律。设Δt时间内通过线圈的磁通量为ΔΦ，则单匝线圈中产生的电动势的平均值为（5-6）对于N匝线圈，其感应电动势为（5-7）式中，e为在Δt时间内产生的感应电动势，V；N为线圈匝数；ΔΦ为线圈中的磁通变化量；Δt为磁通变化所需要的时间，s。法拉第电磁感应定律说明线圈中感应电动势的大小取决于线圈中磁通的变化速率，而与线圈中磁通本身的大小无关。2.楞次定律应用楞次定律可以判断线圈中感应电动势或感应电流的方向。楞次定律的内容是：当穿过线圈的磁通变化时，感应电流的磁通总是阻碍原磁通的变化。使用楞次定律判断感应电流的方向。判断原磁通的方向及变化趋势。（2）使用楞次定律判断感应磁通的方向。根据楞次定律，感应磁通阻碍原磁通的增大，与原磁通方向相反。故感应磁通方向向上。（3）根据右手螺旋定则判断感应电流方向。3.直导体的感应电动势当直导体切割磁力线运动时，会发生电磁感应现象。对于磁感应强度为B的匀强磁场，长度为L的直导体以速度v切割磁感线运动，运动方向与磁感线方向成α角，则直导体中产生的感应电动势的大小为E=BLvsinα直导体切割磁感线产生感应电动势的方向用右手定则判断。右手定则内容：伸平右手，拇指与其余四指垂直，让磁感线垂直穿过掌心。拇指指向导体运动方向，则四指的方向便是感应电动势方向或感应电流方向。例5-2使用右手定则，感应电动势方向（感应电流方向）为A→B。任务七认识自感、互感和涡流现象（6课时）学习目标（1）了解自感、互感和涡流现象。（2）能够根据电磁感应定律分析通电、断电时发生自感、互感现象的原因。（3）了解自感、互感、涡流现象的应用和防止。自感1.自感现象如图5-40所示。调节滑线变阻器，使两个支路的电阻值相等。观察实验现象。当线圈中的电流发生变化时，线圈本身就产生感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈中电流的变化。这种由于线圈自身电流发生变化而产生感应电动势的现象称为自感现象。在自感现象中产生的感应感应电动势称为自感电动势。2.自感系数当空心线圈中通过电流后，这个电流产生的磁场使每匝线圈具有的磁通Φ称为自感磁通。使N匝线圈具有的磁通称为自感磁链，用字母ψ表示。则Ψ=NΦ(5-8)我们把线圈中通过单位电流所产生的自感磁链称为自感系数，也称自感量，简称电感，用L表示，单位为亨利，简称亨，用字母H表示，即（5-9）式中，ψ为由线圈自身的电流产生的自感磁链，Wb；i为通过线圈的电流，A；L为线圈的电感，H。电感是衡量线圈电流产生自感磁链的能力的物理量。电感L是由线圈本身的特性决定的，只与其大小、线圈的匝数、几何形状及线圈中媒介质的磁导率有关。3.自感现象的应用自感现象在各种电气设备和无线电技术中有广泛的应用。自感线圈是交流电流的重要元件，构成RL电路、RLC电路。在无线电设备中，用它和电容组成振荡电路，来发生电磁波。自感现象也有不利的一面。在一些电工设备中，自感现象的存在造成过电压、过电流，从而使电气设备受到危害。互感1.互感现象图5-43所示为互感实验电路。由于一个线圈中电流的变化，而在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感现象。由互感现象产生的电动势称为互感电动势，由互感电动势产生的电流称为互感电流。2.互感系数线圈1和线圈2之间就有了磁的联系，这种联系称为磁耦合或互感耦合。为了定量表征这种互感耦合而引入互感系数的概念。当线圈1和线圈2之间有互感耦合后，这时互感磁链为=N1(5-10)=N2（5-11）在两个有磁耦合的线圈中，互感磁链与产生此磁链的电流的比值，称为这两个线圈的互感系数，也称互感量，简称互感，用M表示，单位和自感系数一样，也是亨利（H）。即（5-12）通常互感系数只与两个线圈匝数、几何形状、尺寸、相对位置及媒介质磁导等率有关，与回路电流无关。3.互感电动势对于两个靠得很近的线圈，设两个线圈的互感系数为M（常数），当第一线圈的电流i1变化将在第二个线圈中产生的互感电动势为（5-13）（5-14）上式表明，线圈中的互感电动势是与互感系数和另一线圈电流的变化率的乘积成正比。互感电动势的方向可以用楞次定律判断。4.互感的同名端互感电动势的方向不仅取决于互感磁通的变化趋势，而且与线圈的绕向有关。在电工技术中，人们采用同名端来反映磁耦合线圈的绕向。在同一变化磁通下，感应电动势极性相同的端点称为同名端。一般用符号“●”表示。5.互感现象的应用互感在电力工程和无线电技术中有着广泛的应用。我们使用的各种变压器、电动机、电焊机等都是利用互感原理制成的。（1）变压器变压器是根据互感原理制成的，它把某一数值的交变电压变换为频率相同而大小不同的交变电压。变压器是供、用电系统中很重要的电气设备。它可以改变交流电的电压、电流，还可以改变相位和阻抗等。涡流把块状金属放在交变磁场中，由电磁感应定律可知，金属块内将产生感应电流。这种电流在金属块内自成闭合回路，很像水的旋涡，因此称为涡电流，简称涡流。涡流对一般的电器是有害的。因为它是铁心发热，产生涡流损失，造成能量的无谓消耗。铁心过热，还会影响绕在铁心上的线圈的绝缘寿命，致使设备不能正常运行。此外，涡流还具有削弱原来磁场的作用。应当采取措施，尽量减小涡流对电气设备的影响。为了减小涡流，在低频范围内，电气设备的铁心用硅钢片叠制而成。涡流有其有害的一面，也有其有利的一面。可以利用涡流产出的热量加热金属，如高频感应炉；可以利用涡流进行高频淬火；可以利用涡流在中装配过程使工件获得预期的预紧力（俗称“热装”或“红套”）等。实训验证电磁感应（2课时）实训目标（1）观察电磁感应现象。（2）验证楞次定律。实训器材（1）空心线圈。（2）条形磁铁。（3）开关。（4）干电池。（5）滑线变阻器。（6）微安表。实训步骤1.磁铁与线圈间相对运动按照图5-48接好线路。将条形磁铁插入（拔出）线圈，观察实验现象，记录好电流方向。用楞次定律条分析条形磁铁插入（拔出）线圈时产生的感应电流方向。比较实验结果与分析结果是否相同，验证楞次定律。2.载流线圈与副线圈相对运动（1）按照图5-49接好线路。（2）原线圈插入和拔出副线圈时将条形磁铁插入（拔出）线圈，观察实验现象，记录好电流方向。（3）用楞次定律条分析形磁铁插入（拔出）线圈时产生的感应电流方向。（4）比较实验结果与分析结果是否相同，验证楞次定律。3.原线圈电流发生变化（1）将原线圈放入副线圈中。（2）改变原线圈中的电流：闭合开关；调节滑线变阻器；打开开关。观察实验现象，记录好电流方向。（3）用楞次定律分别分析闭合开关、调节滑线变阻器、打开开关时产生的感应电流方向。（4）比较实验结果与分析结果是否相同，验证楞次定律。4.讨论感应电流的大小与哪些因素有关四、实训小结略。项目四电容的应用任务一认识电容器和电容（4课时）学习目标（1）理解电容的概念，掌握电容器的基础知识。（2）了解常用电容器的种类、外形和参数。（3）掌握电容器的连接方法和特点。一、电容器任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体，都可以看成是一个电容器。电容器可以储存电荷，它是一个储能元件。结合实物图，讲解电容实物。二、电容量电容器任一极板所带的电荷量Q与它的两极板间的电压的比值称为电容量，简称电容，用C表示。它的单位是法拉（F）。C=(4-1)式中，C、Q、U的单位分别为F（法）、C（库）、V（伏）。除法拉外，电容的常用单位还有微法（μF）、皮法（pF），其换算关系为1F=106μF=1012pF三、电容器的主要性能指标电容器的主要性能指标有电容量、允许误差、额定工作电压、介电损耗和稳定性等。1.标称容量和允许误差成品电容器上所标明的电容值称为标称电容。它同电容器的实际容量之间有一定的差额，这一差额称为允许误差。2.额定工作电压电容器的额定工作电压常称为耐压，是指电容器长时间安全工作时所能承受的最高直流电压。四、电容器的连接1.电容器的串联将几只电容器依次相连，构成中间无分支的连接方式，称为电容器的串联。电容器串联的特点如下：串联后的等效电容（总容量）的倒数等于各个电容量倒数之和，即…+(4-2)（2）总电压U等于每个电容器上的电压之和，即U=U1+U2+…+Un(4-3)若电容C1、C2串联，每只电容器上分配的电压可以用下式计算：U1=U U2=U(4-4)2.电容器的并联将几只电容器接在同一对节点的连接方式称为电容器的并联，如图4-8所示。图4-8电容的并联电容器并联的特点如下：（1）并联后的等效电容（总容量）C等于各个电容器的容量之和，即C=C1+C2+…+Cn(4-5)（2）每个电容器两端承受的电压相等，且等于电源电压U，即U=U1=U2=…=Un(4-6)例4-1有两只电容器，C1=2μF，C2=8μF，额定工作电压U1=160V，U2=250V。如图4-9所示，若将它们串联后接在300V的直流电源上使用，求等效电容量和每只电容器上分配的电压，并说明这样使用是否安全。图4-9例4-1图解：(1)串联等效电容则C=1.6μF(2)U1=U==240VU2=U－U1=60V(3)由于C1实际分配电压为240V，高于其额定工作电压160V，所以C1将被击穿。C1被击穿后，迫使C2承受全部的电源电压300V，C2也很快被击穿。所以这样使用不安全。任务二电容器的充放电电路的特性及测试（2课时）学习目标（1）理解电容器的储能特性。（2）掌握电容器的特性。一、电容器的充、放电过程如图所示为电容器充放电实验电路。充电过程S为单刀双掷开关。当S置于“1”时，构成充电电路，此时电源向电容器充电。结合图分析充电过程2、放电过程电容器充电结束后，把S置于“2”，构成电容器放电电路，此时电容器相当于一个直流电源。结合图分析放电过程。二、电容器的特点电容器接直流电源时，仅在开始的很短的时间内产生电流，当UC=E时，充电结束，电流为零，相当于电容器把直流电“隔断”。电容器接交流电时，由于交流电的大小、方向不断交替变化，使得电容器反复进行充、放电。这样就在电路中出现连续的交流电流，这就是电容器具有的通过交流电的作用，简称“通交”。实训认识和检测电容一、实训目标（1）熟悉常见电容。（2）学会利用万用表判断电容的好坏。实训器材（1）常见电容器若干。（2）万用表1块。实训步骤（1）观察认识各种电容器，并读出各个电容器的标称值，填写表4-1。（2）检测电容器。=1\*GB3①观察法识别电容器的极性，根据电容器的外观、标志识别。=2\*GB3②用万用表识别电容器。利用万用表欧姆挡可以识别电容器的正负极性、质量好坏，·极性的识别。将万用表调到R1K或R10K挡，测量电容器两引脚之间的电阻值，并记录。将两表笔对调再测一次，并记录。比较两次数值（一大一小），以阻值大的那次为准，黑表笔接触的为正极，红表笔接触的为负极。·质量的识别。对于容量较大的电容器，将万用表调到欧R1K挡。黑表笔接电容器正极，红表笔接电容器负极，观察指针摆动情况。若指针向零位方向摆动，然后慢慢回摆至“∞”，则电容质量良好（表针摆动越大，说明电容器的容量越大）。若指针向零位方向摆动，但不回摆至“∞”，而是停在表盘的某处，则电容器漏电。若指针指向零位后不动，则电容器内部已经短路。若指针不摆动，则电容器内部断路，或者电容量很小，不能使指针摆动。对于容量较小的电容器，可以借助一个外加直流电压，用万用表直流电压挡进行测量，黑表笔接直流电压负极，红表笔串联被测电容后接直流电压正极。若在接通电源瞬间表指针有很大摆幅（电容器的容量越大表指针摆幅越大），然后表指针逐渐返回零位，说明电容器是良好的。若电源接通时表针不动，说明电容器失效或断路；若表针一直指示电源电压而不向回摆动，说明电容器已经短路；若表针能向回摆动但不返零，说明电容器有漏电现象（指针返回值离零位越远，则漏电越严重）。图4-13小电容检测电路检测几只电容，并填写表4-2。实训小结略项目六正弦交流电任务一认识单相正弦交流电（4课时）学习目标（1）了解正弦交流电的产生。（2）理解正弦交流电的三要素。正弦交流电的产生交流电是指大小和方向都随时间变化的电流（或电压、电动势），它是交流电流、交流电压、交流电动势的总称。根据6-2分析交流电的产出过程。二、正弦交流电的三要素交流电的大小与方向随时间做周期性变化，我们把交流电的最大值（有效值）、频率（周期）、初相位称为正弦交流电的三要素。1.瞬时值、最大值和有效值交流电的大小时刻在变化，它在某一瞬间的数值称为交流电的瞬时值。交流电动势、交流电压、交流电流的瞬时值分别用字母e、u、i表示。交流电动势、交流电压、交流电流的最大值分别用字母Em、Um、Im表示。把交流电和直流电分别通入同样阻值的电阻，在相同的时间内，若两个电阻产生的热量相等，则定义该直流电流的数值为交流电流的有效值，交流电动势、交流电压、交流电流的有效值分别用字母E、U、I表示。正弦交流电的有效值和最大值之间有如下关系：E=Em(6-3)U=Um(6-4)I=Im(6-5)2.周期、频率和角频率正弦交流电变化一周所需的时间称为周期，用字母T表示，单位是秒（s）。正弦交流电每秒重复变化的次数称为频率，用字母f表示，单位是赫兹（Hz）。我国交流电的周期为0.02s，频率为50Hz（称为工频）。正弦交流电1s内变化的角度称为角频率，用字母ω表示，单位是弧度每秒（rad/s）。正弦交流电的周期T、频率f和角频率ω之间的关系为（6-6）（6-7）3.相位和初相交流电线圈平面与中性面的夹角称为相位。起始时刻（t=0）线圈平面与中性面的夹角称为初相位，简称初相，用字母表示，初相的单位为弧度或度。交流电的表示方法1.解析式表示法如果知道交流电的三要素：最大值（有效值）、频率（周期）、初相，就可以写出它的解析式，计算出交流电任意瞬间的瞬时值。e=Emsin(t+)（6-8）u=Umsin(t+)（6-9）i=Imsin(t+)（6-10）2.波形图表示法正弦交流电还可用与解析式相对应的波形图，即正弦曲线来表示。横坐标表示时间t或ωt，纵坐标表示随时间变化的交流量（电动势、电压、电流）的瞬时值。3.相量图表示法相量图表示法就是用一个在直角坐标系中绕原点旋转的矢量来表示正弦交流电的方法。一个正弦量可以用旋转矢量表示。从坐标原点作一个矢量，使其长度为正弦交流电流的最大值Im，矢量与x轴正方向夹角为正弦交流电流的初相位，矢量以正弦交流电流的角频率，绕原点沿逆时针方向旋转。这样，在任意瞬间，旋转矢量在纵轴上的投影就是该正弦交流电流的瞬时值。任务二认识纯电阻电路、纯电感电路、纯电容电路（6课时）学习目标掌握电阻交流电路、电感交流电路、电容交流电路中电压与电流关系。（2）学会计算纯电阻电路、纯电感电路、纯电容电路的有功功率。（3）了解感抗、容抗和阻抗的概念。纯电阻电路交流电路中如果只有线性电阻，这种电路称为纯电阻电路。1.电流与电压的关系设加在电阻两端的交流电压为uR=Umsint，则通过电阻的电流为i===IRmsint(6-11)电压与电流有效值的关系是(6-12)2.电路的功率1在哪里？补充已改1在哪里？补充已改在交流电路中，电压和电流是不断变化的。我们把电压瞬时值u和电流瞬时值i的乘积称为瞬时功率，用字母p表示，即p=ui（6-13）纯电阻正弦交流电路的瞬时功率为p=ui=Umsint·Imsint=UmImsin2=UIsin2t=UI(1－cos2t)(6-14)例6-1解：（1）I==11Ai=11sin(314t+30º)A（2）P=UI=220×11=2420W二、纯电感电路在交流电路中，如果只用电感线圈做负载，而且线圈的电阻和分布电容均可忽略不计，这样的电路就称为纯电感电路。1.感抗当线圈中通过变化的交流电时，电感线圈中必然产生自感电动势，阻碍电流的变化。电感对交流电的阻碍作用称为感抗，用符号XL表示，单位为欧姆（）。XL=L=2πfL（6-16）当自感系数一定时，频率越高，感抗XL越大。2.电压与电流的关系在电感线圈两端加上交流电压u，线圈中产生交流电流i。设通过线圈的电流为i=Imsint，则uL=ULmsin(t+)（6-17）在纯电感电路中，电感两端的电压超前电流90°（电流滞后电压90°）。有效值之间的关系为I=（6-18）在纯电感电路中，电压与电流的最大值及有效值之间符合欧姆定律。3.电路的功率瞬时功率为p=uLi=ULmsin(t+)·Imsint=ULmImsinωt∙cosωt==ULIsin2t有误中间省略了（已补充），结论没有错误(6-19）有误中间省略了（已补充），结论没有错误例6-2解：XL=L=I==i=20mA=mAQL==三、纯电容电路在交流电路中，如果只用电容做负载，而且电容的绝缘电阻很大，介质损耗和分布电容均可忽略不计，那么这样的电路称为纯电容电路。1.容抗电容对交流电的阻碍作用称为容抗，用符号XC表示，单位为欧姆()。容抗的大小与电容量、交流电的频率有关。（6-21）电容量越大，越大容抗越小；交流电的频率越高，容抗越小。2.电压与电流的关系对于纯电容电路来说，当交流电不断变化时，电容不断进行充、放电，电路中形成了电流。电容两端电压随电荷的积累而升高（即充电），随电荷的释放而降低（即放电）。电荷的充放电需要一定的时间，因此电容两端的电压变化总是滞后于电流的变化。设加在电容两端的交流电压初相位为零，则电压、电流的瞬时值表达式为Uc=Ucmsint(6-22)i=Imsin(t+)(6-23)在纯电容电路中，电压、电流有效值之间的关系为I=（6-24）在纯电容电路中电压与电流的最大值、有效值之间符合欧姆定律。3.电路的功率瞬时功率为p=uci=Ucmsint·Imsin(t+)=UcmImsin2t。。为了反映电容与电源之间进行能量交换的规模，把瞬时功率的最大值称为电容元件的无功功率，用符号QC表示。QC=UCI=I2XC=（6-25）例6-3解：I==i=Imsin(t+)≈0.692sin(314t+30º+90º)=0.692sin(314t+120º)QC=UCI=220×0.692=152var任务三认识RL、RC串联电路的特性（6（课时）学习目标（1）掌握RL串联电路、RC串联电路电压、电流、阻抗的关系。（2）理解RL串联电路、RC串联电路有功功率、无功功率、视在功率和功率因数的概念，掌握其相关计算方法。（3）明确提高功率因数的意义，了解提高功率因数的方法。任务引入一个实际的线圈在它的电阻不能忽略时，可以等效成电阻和电感的串联电路。荧光灯就是最常见的电阻和电感串联电路，即RL串联电路。知识点RL串联电路1.端电压与电流的关系图6-18（a）所示为一个简单的只含有电阻和电感两个元件的串联电路。串联电路通过各元件的电流相同，取交流电流为参考量。设电路中的电流为则电阻两端的电压为=R·(6-26)电感线圈两端的电压为=XL·(6-27)端电压比电流超前一个小于90°的角，电路呈电感性，称为电感性电路。端电压u与电流i的相位差为(6-28)电路的端电压与各分电压构成一个直角三角形，称为电压三角形。端电压为直角三角形的斜边。直角边由两个分量组成，一个分量是与电流相位相同的分量，也就是电阻两端的电压uR；另一个分量是与电流相位相差90°的分量，也就是电感两端的电压uL。根据勾股定理，端电压有效值为(6-29)将式(6-26)和式(6-27)代入，得U=(6-30)或(6-31)这就是RL串联电路中欧姆定律的表达式，式中，(6-32)称为电路的阻抗，它的单位是Ω。它表示电阻和电感串联电路对交流电的总阻碍作用。RL串联电路的阻抗决定于电路的参数（R、L）和电源频率（），而与总电压和电流的大小无关。由相量图可以看出，总电压在相位上比电流超前，比电感电压滞后。总电压比电流超前的相位角为(6-33)将电压三角形各边同时除以电流I可得到阻抗三角形。斜边为阻抗，直角边分别电阻R和感抗XL，如图6-19所示。阻抗三角形和电压三角形是相似关系。称为阻抗角，它是总电压与电流的相位差。例6-4解：（1）线圈的感抗为XL=ωL=314×255×10-3≈80Ω线圈的阻抗为（2）电路中的电流有效值为A（3）端电压与电流的相位差为=电压超前电流53°，即电流滞后电压53°，所以，因此电流的瞬时值为（4）电阻上电压的有效值为UR=RI=60×2.2=132V电感上电压的有效值为UL=XLI=80×2.2=176V2.电路的功率和功率因数RL串联电路中既有耗能元件，又有磁场储能元件，既有有功功率，又有无功功率。图6-20RL串联的阻抗和功率1）有功功率整个电路消耗的有功功率等于电阻消耗的有功功率，即P=I2R=URI根据图6-3-1（b）知UR=Ucos(6-34)P=URI=UIcos(6-35)2）无功功率整个电路的无功功率也就是电感上无功功率，即QL=I2XL=ULI=UIsin(6-36)3）视在功率电源输出的总电流与总电压有效值的乘积称为电路的视在功率，用S表示，即S=UI(6-37)视在功率的单位为VA和kVA。若把电压三角形的三条边边长分别乘以电流I，就可以得到功率三角形，如图6-20所示。由功率三角形得(6-38)P=Scos(6-39)QL=Ssin(6-40)视在功率代表电源所能提供的功率。4）功率因数有功功率与视在功率之比称为功率因数，即cos=(6-41)功率因数也可以由阻抗求得，即(6-42)例6-5解：P=UIcos=220×0.365×cos60°=40WQ=UIsin=220×0.365×sin60°=70VarS=UI=220×0.365=80VAcos=cos60°=0.5功率因数的大小表示电源功率被利用的程度。功率因数越大，说明电源的利用率越高。在电力工程上，力求使功率因数接近1。二、RC串联电路在电子技术中，经常遇到电阻和电容串联电路，如阻容耦合放大器等。图6-23所示为一个简单的只含有电阻和电容两个元件的串联电路。1.端电压与电流的关系串联电路通过各元件的电流相同，取交流电流为参考量。设电路中的电流为则电阻两端的电压为=R·(6-43)电容器两端的电压为=XC·(6-44)电路总电压瞬时