《电工基础教案》第二章直流电路

理论课授课教案课程名称电工基础第二章直流电路审批签字授课时间2015年月日授课班级2015级电工班（汉）计划课时20课时实用课时课时教学目的与要求1.理解电动势、端电压、电位的概念。2.掌握闭合电路的欧姆定律。3.掌握电阻串联分压关系与并联分流关系。4.了解万用表的基本构造和基本原理，掌握万用表的使用方法。5.掌握电阻的测量方法。6.学会分析计算电路中各点电位。教学重点与难点1.运用电阻串联分压关系与并联分流关系解决电阻电路问题、掌握扩大电压表与电流表量程的原理。2.熟练分析计算电路中各点电位。授课类型理论课教学方法讲授教具多媒体投影设备、电压表、电流表等参考资料学生教材、参考教材及网络图文资料复习提问教学过程和内容时间分配课时分配：序号章节名称(课题)教学时数1§2-1串联电路22§2-2并联电路23§2-3混联电路24实验与实训2直流电阻电路故障的检查45§2-4直流电桥26*§2-5基尔霍夫定律27*§2-6叠加原理28§2-7电压源与电流源的等效变换29*§2-8戴维南定理2合计20组织教学与复习回顾1.师生相互问好，组织学生坐端、坐好，进行上课状态。2.点名考勤，掌握旷课、缺课学生情况及去向。3.准备多媒体投影，期间提示学生回顾上次课程的重、难点内容。4.以集中提问或个别提问方式对上一节课的教学效果进行了解，同时复习。新课导入及展开讲授第一节电动势闭合电路的欧姆定律一、电动势衡量电源的电源力大小及其方向的物理量叫做电源的电动势。电动势通常用符号E或e(t)表示，E表示大小与方向都恒定的电动势(即直流电源的电每次课前占用约5分钟时间第一次课教学过程和内容时间分配动势)，e(t)表示大小和方向随时间变化的电动势，也可简记为e。电动势的国际单位制为伏特，记做V。电动势的大小等于电源力把单位正电荷从电源的负极，经过电源内部移到电源正极所作的功。如设W为电源中非静电力(电源力)把正电荷量q从负极经过电源内部移送到电源正极所作的功，则电动势大小为qWE电动势的方向规定为从电源的负极经过电源内部指向电源的正极，即与电源两端电压的方向相反。二、闭合电路的欧姆定律图中r表示电源的内部电阻，R表示电源外部联接的电阻(负载)。闭合电路欧姆定律的数学表达式为rREIrIRIE或外电路两端电压U=RI=ErI=ErRR，显然，负载电阻R值越大，其两端电压U也越大；当Rr时(相当于开路)，则U=E；当Rr时(相当于短路)，则U=0，此时一般情况下的电流(I=E/r)很大，电源容易烧毁。解：根据闭合电路的欧姆定律，列出联立方程组)2S()1S(222111时合到位置当　　时合到位置当　　rIIRErIIRE解得：r=1，E=3V。本例题给出了一种测量直流电源电动势E和内阻r的方法。三、负载获得最大功率的条件容易证明：在电源电动势E及其内阻r保持不变时，负载R获得最大功率的条件是R=r，此时负载的最大功率值为REP42max电源输出的最大功率是max22222PRErEPEM强强化学生分析、计算能力图2-1简单的闭合电路图2-3电源输出功率与外电路(负载)电阻的关系曲线【例2-1】如图2-2所示，当单刀双掷开关S合到位置1时，外电路的电阻R1=14，测得电流表读数I1=0.2A；当开关S合到位置2时，外电路的电阻R2=9，测得电流表读数I2=0.3A；试求电源的电动势E及其内阻r。【例2-2】如图2-4所示，直流电源的电动势E=10V、内阻r=0.5，电阻R1=2，问：可变电阻RP调至多大时可获得最大功率Pmax？图2-2例题2-1教学过程和内容时间分配解：将(R1r)视为电源的内阻，则RP=R1r=2.5时，RP获得最大功率W104P2maxREP第二节电池组一、电池的串联如图2-5所示串联电池组，每个电池的电动势均为E、内阻均为r。如果有n个相同的电池相串联，那么整个串联电池组的电动势与等效内阻分别为E串=nE，r串=nr串联电池组的电动势是单个电池电动势的n倍，额定电流相同。二、电池的并联如图2-6所示并联电池组，每个电池的电动势均为E、内阻均为r。如果有n个相同的电池相并联，那么整个并联电池组的电动势与等效内阻分别为E并=E，r并=r/n。并联电池组的额定电流是单个电池额定电流的n倍，电动势相同。第三节电阻的串联一、电阻串联电路的特点图2-7电阻的串联设总电压为U、电流为I、总功率为P。1.等效电阻:R=R1R2…Rn2.分压关系：IRURURURUnn22113.功率分配：22211IRPRPRPRPnn特例：两只电阻R1、R2串联时，等效电阻R=R1R2,则有分压公式URRRUURRRU21222111，二、应用举例解：将电灯(设电阻为R1)与一只分压电阻R2串联后，接入U=220V电源上，如图2-8所示。解法一：分压电阻R2上的电压为第二次课图2-4例题2-2图2-6并联电池组图2-8例题2-3图2-5串联电池组【例2-3】有一盏额定电压为U1=40V、额定电流为I=5A的电灯，应该怎样把它接入电压U=220V照明电路中。教学过程和内容时间分配U2=U－U1=22040=180V，且U2=R2I，则36518022IUR解法二：利用两只电阻串联的分压公式8112111IURURRRU，且，可得361112UUURR即将电灯与一只36分压电阻串联后，接入U=220V电源上即可。解：如图2-9所示。该电流表的电压量程为Ug=RgIg=0.1V，与分压电阻R串联后的总电压Un=3V，即将电压量程扩大到n=Un/Ug=30倍。利用两只电阻串联的分压公式，可得nURRRUggg，则k29)1(1gggggRnRUURUUURgnn上例表明，将一只量程为Ug、内阻为Rg的表头扩大到量程为Un，所需要的分压电阻为R=(n1)Rg，其中n=(Un/Ug)称为电压扩大倍数。第四节电阻的并联一、电阻并联电路的特点设总电流为I、电压为U、总功率为P。1.等效电导:G=G1G2…Gn即nRRRR1111212.分流关系：R1I1=R2I2=…=RnIn=RI=U3.功率分配：R1P1=R2P2=…=RnPn=RP=U2特例：两只电阻R1、R2并联时，等效电阻2121RRRRR，则有分流公式IRRRIIRRRI21122121，二、应用举例第三次课图2-9例题2-4图2-10电阻的并联【例2-4】有一只电流表，内阻Rg=1k，满偏电流为Ig=100A，要把它改成量程为Un=3V的电压表，应该串联一只多大的分压电阻R？【例2-5】如图2-11所示，电源供电电压U=220V，每根输电导线的电阻均为R1=1，电路中一共并联100盏额定电压220V、功率40W的电灯。假设电灯在工作(发光)时电阻值为常数。试求：(1)当只有10盏电灯工作时，每盏电灯的电压UL和功率PL；(2)当100盏电灯全部工作时，每盏电灯的电压UL和功率PL。教学过程和内容时间分配解：每盏电灯的电阻为R=U2/P=1210，n盏电灯并联后的等效电阻为Rn=R/n根据分压公式，可得每盏电灯的电压URRRUnn1L2，功率RUP2LL(1)当只有10盏电灯工作时，即n=10，则Rn=R/n=121，因此W39V21622LL1LRUPURRRUnn，(2)当100盏电灯全部工作时，即n=100，则Rn=R/n=12.1，W29V18922LL1LRUPURRRUnn，解：如图2-12所示，设n=In/Ig(称为电流量程扩大倍数)，根据分流公式可得RRRIggIn，则1gnRR本题中n=In/Ig=1000，111000k11gnRR。上例表明，将一只量程为Ig、内阻为Rg的表头扩大到量程为In，所需要的分流电阻为R=Rg/(n1)，其中n=(In/Ig)称为电流扩大倍数。第五节电阻的混联一、分析步骤在电阻电路中，既有电阻的串联关系又有电阻的并联关系，称为电阻混联。对混联电路的分析和计算大体上可分为以下几个步骤：1.首先整理清楚电路中电阻串、并联关系，必要时重新画出串、并联关系明确的电路图；2.利用串、并联等效电阻公式计算出电路中总的等效电阻；3.利用已知条件进行计算，确定电路的总电压与总电流；4.根据电阻分压关系和分流关系，逐步推算出各支路的电流或电压。二、解题举例第四次课图2-12例题2-6【例2-6】有一只微安表，满偏电流为Ig=100A、内阻Rg=1k，要改装成量程为In=100mA的电流表，试求所需分流电阻R。【例2-7】如图2-13所示，已知R1=R2=8，R3=R4=6，R5=R6=4，R7=R8=24，R9=16；电压U=224V。试求：(1)电路总的等效电阻RAB与总电流I；(2)电阻R9两端的电压U9与通过它的电流I9。图2-11例题2-5教学过程和内容时间分配解：(1)R5、R6、R9三者串联后，再与R8并联，E、F两端等效电阻为REF=(R5R6R9)∥R8=24∥24=12REF、R3、R4三者电阻串联后，再与R7并联，C、D两端等效电阻为RCD=(R3REFR4)∥R7=24∥24=12总的等效电阻RAB=R1RCDR2=28总电流I=U/RAB=224/28=8A(2)利用分压关系求各部分电压：UCD=RCDI=96V，V32A2V48962412999965EF9CD4EF3EFEFIRURRRUIURRRRU，解:首先整理清楚电路中电阻串、并联关系，并画出等效电路，如图2-15所示。四只电阻并联的等效电阻为Re=R/4=2.5根据全电路欧姆定律，电路中的总电流为A2rREIe第六节万用电表的基本原理一、万用表的基本功能万用电表又叫做复用电表，通常称为万用表。它是一种可以测量多种电量的多量程便携式仪表，由于它具有测量的种类多，量程范围宽，价格低以及使用和携带方便等优点，因此广泛应用于电气维修和测试中。一般的万用表可以测量直流电压、直流电流、电阻、交流电压等，有的万用表还可以测量音频电平、交流电流、电容、电感以及晶体管的值等。二、万用表的基本原理万用表的基本原理是建立在欧姆定律和电阻串联分压、并联分流等规律基础之上的。万用表的表头是进行各种测量的公用部分。表头内部有一个可动的线圈(叫做动圈)，它的电阻Rg称为表头的内阻。动圈处于永久磁铁的磁场中，当动圈通有电流之后会受到磁场力的作用而发生偏转。固定在动圈上的指针随着动圈一起偏转的角度，与动圈中的电流图2-13例题2-7图2-15例题2-8的等效电路【例2-8】如图2-14所示，已知R=10，电源电动势E=6V，内阻r=0.5，试求电路中的总电流I。图2-14例题2-8教学过程和内容时间分配成正比。当指针指示到表盘刻度的满标度时，动圈中所通过的电流称为满偏电流Ig。Rg与Ig是表头的两个主要参数。1.直流电压的测量将表头串联一只分压电阻R，即构成一个简单的直流电压表，如图2-16所示。测量时将电压表并联在被测电压Ux的两端，通过表头的电流与被测电压Ux成正比gxRRUI在万用表中，用转换开关分别将不同数值的分压电阻与表头串联，即可得到几个不同的电压量程。解:利用电压表扩大量程公式R=(n1)Rg，其中n=(Un/Ug)，Ug=RgIg=0.15V。(1)求R1：n1=(U1/Ug)=16.67，R1=(n1)Rg=47k(2)求R2：把Rg2=RgR1=50k视为表头内阻，n2=(U2/U1)=4，则R2=(n1)Rg2=150k(3)求R3：把Rg3=RgR1R2=200k视为表头内阻，n3=(U3/U2)=5，则R3=(n1)Rg3=800k(4)求R4：把Rg4=RgR1R2R3=1000k视为表头内阻，n4=(