电工技术基础与技能教案-第4章 单相正弦交流电的认识

电工技术基础与技能第4版教案教学对象、内容授课班级授课日期计划学时周次课次课题名称2单相正弦交流电的认识教学目的知识目标技能目标素养目标1.熟练掌握交流电的定义；正弦交流电的三要素；相量图表示法。2.正确理解正弦交流电的表现形式及其对应关系；3.理解正弦量的旋转矢量表示法。能将正弦量解析式、波形图、矢量图的相互转换。1.培养学生严谨的学习态度；2.激发学生的学习兴趣；3.培养学生交流合作能力、继续学习能力。重点与难点教学重点1.正弦交流电的三要素；2.相量图表示法。教学难点三种表示法之间的相互转换使用教材《电工技术基础与技能》机械工业出版社主编姚锦卫授课类型理实一体化教学资源发光二极管、电阻、导线、电源、多媒体课件教学方法介绍、引导法、多元互动教学实施过程教学步骤、内容教法指导时间分配一、导入新课两只反向并联的发光二极管，与电阻串联后，分别接到电池盒和变压器上，观察电路现象。结论：接直流电的只有一个发光二极管亮，接交流电的两个发光二极管都亮，但亮度较暗。把学生分组，发放实验材料，按照P113电路图接线，观察实验现象，引出新课15分钟二、知识、技能学习、态度养成训练4.1单相正弦交流电的认识单相正弦交流电易于产生，便于输送和使用，在日常生产和生活的各个领域中应用也最为广泛。4.1.1正弦交流电的基本知识1.交流电的定义随时间按正弦规律变化的交流电，称为正弦交流电，不按正弦规律变化的交流电称为非正弦交流电。a)正弦波b)三角波c)方波d)任意交流波形正弦交流电的优越性：便于传输；便于运算；有利于电器设备的运行；.....2.正弦交流电的产生大多数正弦交流电是由交流发电机产生的。图4-2所示是一个最简单的交流发电机模型。图4-2交流发电机模型3.正弦交流电的三要素1）瞬时值、最大值和有效值交流电的瞬时值、最大值和有效值都反映了交流电的大小。2）周期、频率、角频率周期T：变化一周所需的时间（s）频率f：（Hz）角频率：（rad/s）iOiOT电网频率：我国50Hz，美国、日本60Hz高频炉频率：200~300kHZ中频炉频率：500~8000Hz无线通信频率：30kHz~30GMHz交流电的周期、频率、角频率反映了交流电变化的快慢。【相位差】两个同频率的正弦交流电，任一瞬间的相位之差称为相位差，用符号表示。超前正交ωtuiωtuiuiOuiωtuiO同相反相4.1.2相量图表示法正弦量可以用复数表示，其表示方法是用正弦量的有效值做为相量的模、用初相，若相量的长度等于正弦交流电的最大值，则称为最大值相量，如图4-5a所示。若相量的长度等于正弦交流电的有效值，则称为有效值相量，如图4-5b所示。a)最大值相量b)有效值相量让两名同学介绍单相正弦交流电的应用领域，其他学生补充教师总结交流电的定义及分类，介绍正弦交流电的优越性结合多媒体课件让学生直观的了解交流发电机的发电过程，并将此过程与电动机的工作过程进行比较提醒学生平常我们所指的都是有效值，而不是最大值强调周期、频率及角频率三者之间的关系，借助例题进行练习例举常见的几种频率的应用，拓宽学生的知识面通过对自行车车轮转动时轮胎上的各点位置关系的分析引出相位差的概念通过FLASH课件演示相位之间的几种不同关系借助旋转矢量介绍向量图表示法，并借助例题加以练习5分钟5分钟10分钟10分钟10分钟5分钟15分钟10分钟三、课堂小结及评价1.总结重要知识点2.评价各小组学习情况3分钟四、布置作业练习1：自学两个正弦交流电相减的计算练习2：课后练习题巩固与提高1、2、3题2分钟五、教学后记教学对象、内容授课班级授课日期计划学时周次课次课题名称2观测交流电教学目的知识目标技能目标素养目标1.了解正弦交流电波形的特点；2.示波器的使用方法；1.会用试电笔判断单相插座是否带电；2.会用万用表测交流电压；3.会使用低频信号发生器；4.会用示波器观测正弦交流电的波形。1.激发学生的学习兴趣；2.培养自主探究能力、规范操作能力；3.培养学生交流合作能力、继续学习能力。重点与难点教学重点1.用试电笔判断单相插座是否带电2.用示波器观测正弦交流电的波形教学难点示波器的使用使用教材《电工技术基础与技能》机械工业出版社主编姚锦卫授课类型理实一体化教学资源万用表、试电笔、双踪示波器、低频信号发生器教学方法小组学习法、引导法、多元互动、做中学教学实施过程教学步骤、内容教法指导时间分配任务一单相插座电压检测使用万用表的交流电压挡测量单相插座的电压，如图所示。万用表测单相插座电压测量步骤如下：1）正确插入表笔。2）选择合适的量程。由于单相插座电压大约220V，因而可选择交流电压挡的250V量程。3）测量读数。万用表测得的读数为交流电压的有效值。读数方法参见本节操作指导。4）归档。测量完毕将转换开关拨在万用表的空挡或交流电压最高挡。任务二示波器观测交流电压波形示波器是一种常用的电子测量仪器，其显示的核心部件是示波管，利用它能够直接观察电压、电流的波形，并可以测量波形的幅值、频率等。示波器的型号很多，基本操作方法和原理相同。1.认识示波器示波器的外形如图所示。示波器面板通常有显示部分、X轴系统、Y轴系统和电源等组成。示波器的外形2.观察交流信号波形1）接通示波器电源开关，电源指示灯亮，几秒钟后，屏幕上应看到一条扫描线。预热几分钟之后，再适当调节“辉度”旋钮，使扫描线亮度适中；调节“聚焦”旋钮，使扫描线最细；调节“X轴位移”旋钮，使扫描线和屏幕中间的水平刻度线重合；调节“Y轴位移”旋钮，使扫描线处在屏幕中间。示波器就可以使用了。2）观测交流波形将插座处的交流电由通道1的“Y轴输入”接入示波器；调整示波器，使屏幕上出现1～2个完整的正弦波形；测出电压的峰峰值，周期，计算出波形的最大值和频率。按照组内异质、组间同质的原则分组强调万用表测量交流电压的方法针对实验过程中出现的错误操作进行总结介绍示波器面板上各部分的名称及作用教师演示示波器的调节方法，学生模拟指导学生通过示波器观察交流信号的波形25分钟1010分钟15分钟25分钟三、课堂小结及评价1.总结重要知识点2.评价各小组学习情况3分钟四、布置作业2分钟五、教学后记教学对象、内容授课班级授课日期计划学时周次课次课题名称4插座与简单照明电路的安装教学目的知识目标技能目标素养目标1.掌握电路的组成及电路三种状态。2.掌握相线、中线、相电压、线电压的概念。1.能利用电工工具对导线进行绝缘层的剖削和绝缘层的恢复；2.会安装单相插座；3.会用万用表检测开关、白炽灯的好坏；4.能识读电路图，会按图安装调试简单照明电路。1.激发学生的学习兴趣；2.培养自主探究能力、规范操作能力；3.培养学生交流合作能力、继续学习能力。重点与难点教学重点1.会用万用表检测开关、白炽灯的好坏；2.能识读电路图，会按图安装调试简单照明电路。教学难点电路的安装与检测使用教材《电工技术基础与技能》机械工业出版社主编姚锦卫授课类型实训教学资源照明电路实验板、导线、实验台、电工工具、万用表教学方法小组学习法、引导法、多元互动、做中学教学实施过程教学步骤、内容教法指导时间分配任务一插座及单灯单控电路的安装一、识读电路图白炽灯工作原理：合上电源开关，220V交流电压将通过电源线、开关加在灯泡两端，有电流通过灯丝，灯泡发光。图2-6单灯单控电路图二、元器件的认识与检测1.白炽灯泡1）外形、结构民用照明白炽灯的工作电压为220V，功率有15W，20W，25W，40W等多种规格。2）检测3）安装要求2.灯座1）外形2）接线要求为安全起见，相线必须接在螺口灯座中心的接线端上，中线接在螺口的接线端上。3.开关1）外形与被控照明电器相串联，用来控制电路的通断，达到控制照明的目的。开关外形如图所示。2）检测用万用表查找开关的常开触点：4.接线端子5.电源白炽灯电路需要220V交流电源，可从实验台上直接引入，相线从U、V、W三相中任选一相接入，中线从N接入。三、安装、接线1.准备工具、材料2.准备导线：1）剥线钳的使用方法介绍；2）剥线练习。3.元器件固定安装布置元器件时要注意整齐匀称，固定时对角轮流拧紧螺钉，用力要均匀。1）安装灯座2）安装开关4.接线按照电路图进行接线。5.通电运行经自检电路后，由教师检查无误后，通电观察结果。四、电路改装五、成绩评定任务二两控一照明电路安装提出控制要求，学生尝试设计电路。一、元器件认识、检测1.双控开关1）外形与结构2）检测2.低压断路器a)单极带漏电保护器b)两极c)三极3.熔断器熔断器、熔体外形如图3-3所示，在电路中起短路保护功能。二、识读电路图a分析电路：a两只双联开关（分别记作S1、S2）串联后再与灯座串联。S1的1、2与S2的2、1构成一条通路，S1的1、3与S2的3、1构成另一条通路。讨论以下问题：1）什么情况下，灯亮?2）什么情况下，灯不亮?二、安装接线1.检测各元件对所用的电器元件进行检测。2.元器件的布置安装走廊灯两地控制布置图如图所示。3.安装的主要步骤1）根据电路原理图，检验元器件质量和数量。2）根据自己设计的元件布置图在木板上合理固定器材。3）按原理图进行布线。4）对照原理图进行检验。5）用万用表检测接线的正确性，防止短路现象发生。6）通电检测。三、线路的安装考核评定按照组内异质、组间同质的原则分组分析电路图，让学生叙述其工作原理观察灯泡的外形及内部结构介绍灯泡的规格、检测方法与安装要求用万用表检测灯座的螺口与灯座中心的引出线用万用表检测开关的常开触点指导学生正确使用电源安装电路、检测、通电运行指导学生正确接线提出控制要求，学生分析完成该控制要求需要准备哪些知识和技能新知识学习强调元器件的安装接线等使用注意事项根据学生设计的电路进行总结，选出合理的电路进行电路图讲解分析电路的工作原理接线、检测与通电5分钟20分钟15分钟5分钟20分钟20分钟5分钟10分钟20分钟5分钟10分钟10分钟25分钟10分钟三、课堂小结及评价1.总结重要知识点2.评价各小组学习情况3分钟四、布置作业阅读教材，预习纯电阻、纯电感、纯电容。2分钟五、教学后记教学对象、内容授课班级授课日期计划学时周次课次课题名称2纯电阻、纯电感、纯电容电路教学目的知识目标技能目标素养目标1.熟练掌握纯电阻电路、纯电感电路和纯电容电路的特点；2.正确理解单一交流电路的功率；3.掌握感抗、容抗的定义与计算方法。测量纯电阻、纯电感、纯电容电路的电压与电流1.激发学生的学习兴趣；2.培养自主探究能力、规范操作能力；3.培养学生交流合作能力、继续学习能力。重点与难点教学重点1.纯电阻电路、纯电感电路和纯电容电路的特点；2.纯电阻、纯电感、纯电容电路的电压与电流的接线及测量教学难点单一电路的功率使用教材《电工技术基础与技能》机械工业出版社主编姚锦卫授课类型理实一体化教学资源电工实训台、常用电工工具、万用表、电感、灯泡、电容、导线；多媒体课件教学方法小组学习法、引导法、多元互动、做中学教学实施过程教学步骤、内容教法指导时间分配知识、技能学习、态度养成训练4.2纯电阻、纯电感、纯电容电路单相正弦交流电路是由单相交流电压供电的电路。交流电路的负载一般是电阻、电感、电容或它们的不同组合。4.2.1纯电阻电路只含有电阻元件的交流电路叫做纯电阻电路纯电阻电路电压与电流关系1.电压与电流的数量关系或或a)电路图b)波形图c)相量图2.电压与电流的相位关系4.2.2纯电感电路在交流电路中，如果只有电感线圈做负载，这个电路就可以看成纯电感电路。a)电路图b)波形图c)相量图一、电感对交流电的阻碍作用1.感抗电感对电流的阻碍作用叫感抗，用XL表示，单位为欧姆。感抗的大小为XL＝ωL＝2πfL(4-10)感抗与交流电的频率f和电感L成正比。2.电感线圈在电路中的作用用于“通直流、阻交流”的电感线圈叫做低频扼流圈。用于“通低频阻高频”的电感线圈叫做高频扼流圈。二、纯电感电路电压与电流关系1.电压与电流的数量关系或2.电压与电流的相位关系在纯电感电路中，电感两端的电压比电流超前90°。4.2.3纯电容电路只有电容（忽略电容的损耗）的交流电路称为纯电容电路。a)电路图b)波形图c)相量图一、电容对交流电的阻碍作用1.容抗电容对电流的阻碍作用叫做容抗，用XC表示，单位为欧姆。容抗的大小感抗与交流电的频率f和电容C成反比。2.电容在交流电路中的作用阻低频，通高频隔直流通交流二、电压与电流的数量关系在纯电容电路中，电压与电流的有效值和最大值服从欧姆定理。表示为或2.电压与电流的相位关系在纯电容电路中，电容两端的电压滞后电流90°（或），4.2.4单一交流电路的功率（1）纯电阻电路的功率有功功率P=UIcosφ=UI=I2R=；无功功率P=UIsinφ=0视在功率S=UI；纯电阻电路中有功功率P总为正值，说明电阻总是在从电源吸收能量，是耗能元件。（2）纯电感电路的功率有功功率PL=UIcosφ=0；无功功率QL=UI=I2XL=视在功率S=UI==QL；有功功率P=0，说明电感线圈不消耗功率，只与电源间进行着能量交换，是储能元件。（3）纯电容电路的功率在纯电容电路中，电流比电压超前90°，电压和电流的相位差φ=-90°。有功功率PC=UIcosφ=0；无功功率QC=UI=I2XC=视在功率S=UI==QC；有功功率P=0，说明电容不消耗功率，只与电源间进行着能量交换，是储能元件。让学生思考日常生活中见到的哪些电器是纯电阻电路？测量纯电阻电路的电压和电流值，记录数据，观察电流表和电压表指针的变化，小组讨论其特点，教师总结测量纯电感电路的电压和电流值，记录数据，观察电流表和电压表指针的变化，小组讨论其特点，教师总结详细介绍感抗的概念，带领学生分析电感线圈在电路中的作用，为后续专业课的学习打下基础。测量纯电容电路的电压和电流值，记录数据，观察电流表和电压表指针的变化，小组讨论其特点，教师总结想一想：电容在电路中的作用与电感相比有何不同？提醒学生无功功率不是无用功率强调电阻是耗能元件，只有有功功率；电感和电容是储能元件，只有无功功率5分钟15分钟10分钟5分钟10分钟10分钟10分钟10分钟5分钟5分钟三、课堂小结及评价1.总结重要知识点2.评价各小组学习情况3分钟四、布置作业练习：巩固与提高1、2、3题2分钟五、教学后记教学对象、内容授课班级授课日期计划学时周次课次课题名称2荧光灯电路安装与故障检测教学目的知识目标技能目标素养目标1.识读日光灯电路图2.了解日光灯电路的组成及各部分作用3.理解日光灯电路工作过程1.会检测各元器件的好坏2.熟练安装与调试日光灯电路3.会检测日光灯电路并排除故障1.激发学生的学习兴趣；2.培养自主探究能力、规范操作能力；3.培养学生交流合作能力、继续学习能力。重点与难点教学重点1.日光灯电路的工作过程2.日光灯电路的安装与调试3.日光灯电路的故障检修教学难点1.日光灯电路的工作过程2.日光灯电路的故障检修使用教材《电工技术基础与技能》机械工业出版社主编姚锦卫授课类型实训教学资源常用电工工具、万用表、电工实训台、待修理的旧灯管等教学方法小组学习法（按异质分组）、行为导向法、引导法、多元互动、合作学习、做中学教学实施过程教学步骤、内容教法指导时间分配一、导入新课1.由第1组汇报自感现象及应用。2.其他小组补充。3.教师总结：1）自感现象自感现象就是由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。自感电动势总是阻碍原电流的变化，自感电动势的大小与电流变化率成正比。2）自感现象的应用自感现象应用在各种电器设备和无线电技术中，如日光灯、调压器、扼流圈等。按照组内异质、组间同质的原则分组采用“小组代表阐述——其他小组补充——教师总结”的方法，培养学生的语言表达能力、合作学习能力。10分钟二、知识、技能学习、态度养成训练（一）观察结构、组成1.实物演示。教师在实训台上演示日光灯通电效果。接着提出问题：日光灯电路由哪几部分组成？2.观察组成。由第2组介绍日光灯电路的组成，其他小组补充。3.教师总结：日光灯电路通常主要由灯管、镇流器和辉光启动器、灯架、灯座、辉光启动器座等部分组成。（二）电路图与实物对照通过演示文稿（或教材）给出电路原理图，引导学生将电路图和实物对照。教师结合电路图强调各个元器件图形符号的规范画法。图1（三）元器件学习与检测1.由第3组汇报各组成部分的外形或结构，示范演示元器件的检测方法。2.教师在学生操作过程中对其进行指导。（1）开关（2）灯管（3）辉光启动器（4）其他附件3.全体同学对本组的日光灯电路所用元器件进行检测。（四）安装电路1.教师提出安装工艺要求和接线工艺要求2.学生分组进行日光灯电路的组装。3.在接线过程中，提示学生参考本项目的评分标准，以规范操作。（五）检测电路先自检电路，经教师检查无误后才允许通电。（六）通电并测量1.通电测量电路检查无误后，闭合电源开关，观察现象并测量日光灯启动瞬间和正常发光后灯管两端的电压，并记录数据。2.提出问题,引导同学们思考：对比灯管两端电压在启动瞬间和灯管正常发光后有何异同，为什么在起动瞬间电压较高？3.小组讨论4.多媒体展示日光灯工作过程（1）引导思考1）激发灯管中的水银蒸气导电的高电压是怎么获得的？2）辉光启动器中的双金属片是如何工作的?3）镇流器在日光灯点燃和正常发光时分别起什么作用？（2）学生讨论后回答（3）教师总结培养学生识读电路图的能力培养学生正确使用万用表检测元器件学生通过进行日光灯的组装，激发学习兴趣,培养技能操作能力提醒学生养成单手操作的习惯掌握万用表测交流电压的技能做中学,在实做过程中发现问题，有利于学生的自主探究通过动画演示化难为易，化抽象为直观，帮助学生理解日光灯的发光原理10分钟15分钟20分钟10分钟10分钟15分钟三、课堂小结及评价1.总结重要知识点2.评价各小组学习情况3分钟四、布置作业2分钟五、教学后记教学对象、内容授课班级授课日期计划学时周次课次课题名称2串联电路教学目的知识目标技能目标素养目标1.理解RL、RC、RLC串联电路的阻抗概念；2.理解电路中的瞬时功率、有功功率、无功功率和视在功率并会计算；3.了解电路的性质及其判定方法。会测量串联电路中的电压、电流及功率1.激发学生的学习兴趣；2.培养自主探究能力、规范操作能力；3.培养学生交流合作能力、继续学习能力。重点与难点教学重点RL、RC、RLC串联电路的分析和计算教学难点RL、RC、RLC串联电路电压三角形、阻抗三角形的应用使用教材《电工技术基础与技能》机械工业出版社主编姚锦卫授课类型理实一体化教学资源电工实训台、常用电工工具、常用仪器仪表；多媒体课件教学方法小组学习法、引导法、多元互动、做中学教学实施过程教学步骤、内容教法指导时间分配一、导入新课荧光灯电路实质上就是RL串联电路，即灯管和镇流器串联起来，接到交流电源上。由本章项目三的测试结果发现：镇流器两端电压UL+灯管两端电压UR≠电源电压U，为什么呢？这是由于镇流器两端电压和灯管两端电压相位不同造成的。提出问题，引出新课5分钟二、知识、技能学习、态度养成训练4.3.1RL串联电路一、RL串联电路中电压间的关系1.电压间数量关系荧光灯正常点亮后，电路可等效成如图4-14所示。图4-14两个正弦量相加，采用相量计算较方便，以为参考相量，作出相量图，如图所示。RL串联电路相量图由图可以看出：电压之间的数量关系为2.电路的阻抗二、RL串联电路的功率4.3.2RC串联电路电阻电容的串联电路如图4-18所示。图4-18RC串联电路a)b)c)图4-19RC串联电路相量图4.3.3RLC串联电路电阻、电感和电容的串联电路，包含了三个不同的电路参数，是在实际工作中经常遇到的典型电路如电子技术中的串联谐振电路和电工技术中的补偿电路。1.RLC串联电路的电压电流关系RLC串联电路如图4-20所示。图4-20RLC串联电路根据各元件的瞬时值表达式，画出相应的相量图，如图4-21所示。a)b)c)图4-21a)XC>XLb)XC<XLc)XC=XL2.RLC串联电路的阻抗及阻抗角叫做RLC串联电路的总阻抗，其中X=XL-XC叫做电抗。总电压与电流之间的阻抗角为电抗X的值决定电路性质。感性电路；容性电路；谐振电路。3.RLC串联电路的功率在RLC串联电路中，只有电阻是耗能元件，电感和电容是储能元件，不消耗能量。RLC串联电路的有功功率P、无功功率QL和QC、视在功率分别为RLC串联电路的功率三角形如图4-22所示。根据实践环节的要求连接电路，测量数据并计算S、Q、和功率因数借助电压三角形分析各电压之间的关系，帮助学生记忆公式提出阻抗的概念，分别给出电阻与电感的值，让学生求出阻抗将电压三角形各边乘以电流得出功率三角形，两者为相似三角形，记住一个即可让学生讨论RC三角形与RL三角形的区别，自己找出记忆方法根据前面的内容，让学生独立完成三种不同情况下电压与电流的向量图，并找出其阻抗角的大小例举不同的电路，让学生区分电路的性质。借助例题巩固所学知识15分钟5分钟5分钟20分钟20分钟10分钟7分钟三、课堂小结及评价1.总结重要知识点2.评价学生的学习情况2分钟四、布置作业练习1：预习电能的测量与节能练习2：课后练习题巩固与提高1、2题1分钟五、教学后记教学对象、内容授课班级授课日期计划学时周次课次课题名称2电能测量与节能非正弦周期波教学目的知识目标技能目标素养目标1.熟练掌握功率因数提高的意义和方法。2.正确理解电能的测量方法；节能的常识及意义。日常生活中节能的方法。1.激发学生的学习兴趣；2.培养自主探究能力、规范操作能力；3.培养学生节能环保的意识。重点与难点教学重点功率因数提高的意义和方法。教学难点功率因数提高的方法使用教材《电工技术基础与技能》机械工业出版社主编姚锦卫授课类型理实一体化教学资源多媒体课件教学方法引导法、多元互动教学实施过程教学步骤、内容教法指导时间分配一、导入新课由节能减排引出电能测量。二、知识、技能学习、态度养成训练4.4.1电能的测量电流作功所消耗电能的多少可以用电功来度量，电功的计算公式为：W=UIt单相电能表三相电能表4.4.2节能电力供电能是人们日常生活和企业生产必不可少的能源。随着人们生活水平的提高，需矛盾日益突出，大力开展节约用电成为缓解供电紧张的当务之急。对于企业节约用电，要从管理和技术上对用电进行改革，要制定一定的规章制度，严格控制电能的使用；加强照明管理，确保照明设施的有效利用，避免浪费；利用合理利用工业余热进行生产生活。节约用电，提高我国电能的利用率，从我做起，从身边的小事做起。节约是一种社会责任。4.4.3功率因数提高1.功率因数提高的意义供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。功率因数低会引起以下不良后果：电源设备的容量不能得到充分利用。增加了线路上的功率损耗和电压降。因此，提高电路的功率因数对合理科学地使用电能、提高设备利用率和节约电能有着重要意义。2.功率因数提高的方法