电工学(上)教案(打印版)

1学院教案课程名称：电工学授课人：课题绪论课时2教学目的与要求一、课程的地位和主要内容二、电工电子技术的发展与应用三、如何学好电工电子技术教学重点与难点课程的地位和主要内容教学过程主要内容及步骤备注一、课程的地位和主要内容二、电工电子技术的发展与应用三、如何学好电工电子技术授课效果分析总结2一、课程的地位和主要内容电工电子技术（电工学）——研究电工技术和电子技术的理论及其应用的科学技术。电工电子技术：电工技术（上册）——电路分析基础：直流电路（1、2）暂态分析（3）交流电路（4、5）磁路与电机：磁路和变压器（6）电动机（7、8、9）继电接触器控制（10）可编程控制器（11）其它：供电与安全用电（12）电工测量（13）电子技术（下册）——模拟电子技术：半导体器件（14）放大器（15、16）反馈（17）直流电源（18）电力电子技术（19）数字电子技术：组合逻辑电路（20）时序逻辑电路（21）其它：存储器和可编程器件（22）模数转换（23）现代通信技术（24）二、电工电子技术的发展与应用发展：1785年，库仑确定电荷间的作用力；1826年，欧姆提出“欧姆定律”；1831年，法拉第发现电磁感应现象；1834年，雅可比造出第一台电动机；1864年，麦克斯韦提出电磁波理论；1895年，马可尼和波波夫实现第一次无线电通信；1904年，弗莱明发明第一只电子管（二极管）；31946年，诞生第一台电子计算机；1947年，贝尔实验室发明第一只晶体管；1958年，德克萨斯公司发明第一块集成电路；……现状：容量大型化、器件小型化、设计自动化三、电工电子技术课程特点：课程内容多且广、逻辑性强、学时相对少四、如何学好电工电子技术1、注意掌握“三基”：基本原理、基本分析方法、基本应用2、注重综合分析与设计、注重工程化素质培养3、提高学习效率、培养自学能力：课堂、答疑、作业、自学、讨论4学院教案课程名称：电工学授课人：课题电路的基本概念课时2教学目的与要求1．了解电路模型及理想电路元件的意义；2．理解电压与电流参考方向的意义；教学重点与难点电源与负载的判别方法；电位的计算。教学过程主要内容及步骤备注1.1电路的作用与组成部分1.2电路模型1.3电压和电流的参考方向授课效果分析总结51.1电路的作用与组成部分电路：电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。1．电路的作用（1）实现电能的传输、分配与转换（2）实现信号的传递与处理2．电路的组成部分电源（或信号源）、负载、中间环节。激励：电源或信号源的电压或电流，推动电路工作。响应：由激励所产生的电压和电流。电路分析：在电路结构、电源和负载等参数已知的条件下，讨论激励和响应之间的关系。1.2电路模型为了便于用数学方法分析电路，将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。手电筒的电路模型：手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。电池：电源元件，其参数为电动势E和内阻Ro；灯泡：主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R；导体：用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。开关：用来控制电路的通断。今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图放大器扬声器话筒发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线R+RoE–S+U–I电池导线灯泡开关6形符号表示。1.3电压和电流的参考方向1.电路基本物理量的实际方向物理中对基本物理量的方向规定：电流——正电荷运动的方向；电压——高电位低电位，电位降低的方向；电动势——低电位高电位，电位升高的方向；2.电路基本物理量的参考方向（1）参考方向：在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。一种分析方法。（2）关联参考方向：负载—U、I参考方向相同；电源—I参考方向与E方向相同。（3）参考方向的表示方法：电流——箭标、双下标；电压——正负极性、双下标。（4）实际方向与参考方向的关系：实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。学院教案课程名称：电工学授课人：课题电路定理课时4教学目的与要求1．掌握电路的基本定律并能正确应用；2．了解电源的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；教学重点与难点1．电路的基本定律；2．基尔霍夫电压方程的列写；教学过主要内容及步骤备注1.4欧姆定律7程1.5电源有载工作、开路与短路1.6基尔霍夫定律1.7电路中电位的概念及计算授课效果分析总结1、4欧姆定律U、I参考方向相同时，U=RI；U、I参考方向相反时，U=–RI。表达式中有两套正负号：①式前的正负号由U、I参考方向的关系确定；②U、I值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。通常取U、I参考方向相同，即关联参考方向。线性电阻：遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。1.5电源有载工作、开路与短路1．电源有载工作开关闭合，接通电源与负载。EIR0RUI－－RREI08U=IR（1）特征：①电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，IU。当R0R时，则UE，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。③P=PE–P，电源输出的功率由负载决定。（2）电源与负载的判别：根据U、I的实际方向判别。电源：U、I实际方向相反，即电流从U“+”端流出，（发出功率）；负载：U、I实际方向相同，即电流从U“+”端流入，（吸收功率）。（3）电气设备的额定值：电气设备在正常运行时的规定使用值。①额定值反映电气设备的使用安全性；②额定值表示电气设备的使用能力。2．电源开路开关断开。特征：I=0，U=U0=E（电源端电压、开路电压），P=0（负载功率）3．电源短路电源外部端子被短接。特征：，U=0，P=0，PE=P=I2R01.6基尔霍夫定律结点：三条或三条以上导线的联接点。支路：两结点之间由元件串联构成的一段电路。一条支路流过一个电流，称为支路电流。回路：由支路组成的闭合路径。网孔：内部不含支路的回路。1．基尔霍夫电流定律(KCL定律)0REIIS9在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。即:Ｉ入=Ｉ出或：Ｉ=0基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。2．基尔霍夫电压定律（KVL定律)在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则电位升之和等于电位降之和。即：U升=U降或：在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。即：U=0基尔霍夫电压定律（KVL）反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。1.7电路中电位的概念及计算单位正电荷在某点的电势（位）能，即电路中某点至参考点的电压，记为“VX”。通常设参考点的电位为零，又称接地，用表示。某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。电位的计算步骤：(1)选参考点，设其电位为零；(2)标出各电流参考方向并计算；(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。注意：（1）电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；（2）电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。（3）当电源的一个极接地时，可省略电源不画，而用没有接地极的电位代替电源。+90V205+140V6cdbca6E290VE1140V5d2010学院教案课程名称：电工学授课人：课题电路的分析方法（1）课时4教学目的与要求1.掌握支路电流法、叠加原理和戴维宁定理等电路的基本分析方法。2.理解实际电源的两种模型及其等效变换。3.了解非线性电阻元件的伏安特性及静态电阻、动态电阻的概念，以及简单非线性电阻电路的图解分析法。教学重点与难点重点：支路电流法；叠加原理；戴维宁定理。难点：电流源模型；结点电压公式；戴维宁定理。教学过程主要内容及步骤备注2.1电阻串并联联接的等效变换2.2电源的两种模型及其等效变换2.3支路电流法授课效果分析总结112.1电阻串并联联接的等效变换1．电阻的串联特点：1)各电阻一个接一个地顺序相联；2)各电阻中通过同一电流；3)等效电阻等于各电阻之和；4)串联电阻上电压的分配与电阻成正比。两电阻串联时的分压公式：2．电阻的并联特点:1)各电阻联接在两个公共的结点之间；2)各电阻两端的电压相同；3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比。两电阻并联时的分流公式：2.2电源的两种模型及其等效变换1．电压源电压源是由电动势E和内阻R0串联的电源的电路模型。若R0=0，称为理想电压源。特点：(1)内阻R0=0；(2)输出电压是一定值，恒等于电动势（对直流电压，有UE），与恒压源并联的电路电压恒定；(3)恒压源中的电流由外电路决定。URRRU2111URRRU2122IRRRI2121IRRRI2112122．电流源电流源是由电流IS和内阻R0并联的电源的电路模型。若R0=，称为理想电流源。特点：(1)内阻R0=；(2)输出电流是一定值，恒等于电流IS，与恒流源串联的电路电流恒定；(3)恒流源两端的电压U由外电路决定。3．电压源与电流源的等效变换等效变换条件：E=ISR00REIS注意：①电压源和电流源的等效关系只对外电路而言，对电源内部则是不等效的。②等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。③理想电压源与理想电流源之间无等效关系。④任何一个电动势E和某个电阻R串联的电路，都可化为一个电流为IS和这个电阻并联的电路。4．电源等效变换法（1）分析电路结构，搞清联接关系；（2）根据需要进行电源等效变换；（3）元件合并化简：电压源串联合并，电流源并联合并，电阻串并联合并；（4）重复（2）、（3）；（5）成为简单电路，用欧姆定律或分流公式求解。2.3支路电流法以支路电流为未知量、应用基尔霍夫定律（KCL、KVL）列方程组求解。支路电流法的解题步骤：（1）分析电路，在图中标出各支路电流的参考方向，对选定的回路标出回路循行方向；（2）应用KCL列出(n－1)个独立的结点电流方程（3）应用KVL列出b－(n－1)个独立的回路电压方程（通常可取网孔列出）；13（4）联立求解b个方程，求出各支路电流。（5）验算。注意：（1）支路电流法是电路分析中最基本的方法之一，但当支路数较多时，所需方程的个数较多，求解不甚方便。（2）当支路中含有恒流源时，若所选回路中不包含恒流源支路，则电路中有几条支路含有恒流源，则可少列几个KVL方程。14学院教案课程名称：电工学授课人：课题电路的分析方法（2）课时4教学目的与要求1.掌握支路电流法、叠加原理和戴维宁定理等电路的基本分析方法。2.理解实际电源的两种模型及其等效变换。3.了解非线性电阻元件的伏安特性及静态电阻、动态电阻的概念，以及简单非线性电阻电路的图解分析法。教学重点与难点重点：支路电流法；叠加原理；戴维宁定理。难点：电流源模型；结点电压公式；戴维宁定理。教学过程主要内容及步骤备注2.4结点电压法2.5叠加原理2.6戴维宁定理与诺顿定理授课效果分析总结152.4结点电压法结点电压：任选电路中某一结点为零电位参考点，其他各结点对参考点的电压。结点电压的参考方向从该结点指向参考结点。结点电压法：以结点电压为未知量，列方程求解。在求出结点电压后，可应用基尔霍夫定律或欧姆定律求出各支路的电流或电压。结点电压法适用于支路数较多，结点数较少的电路。结点电压方程：注意：(1)上式仅适用于两个结点的电路。(2)分母是各支路电导之和,恒为正值；分子中各项可正可负。当E和IS与结点电压的参考方向相反时取正号，相同时取负号，与各支路电流参考方向无关。2.5叠加原理对于线性电路，任何一条支路的电流，都可以看成是由电路中各个电源（电压源或电流源）分别单独作用时在此支路