《电工基础》电子教案

《电工基础》主编：王兆义电子教案制版：刁金霞电子教案制作：莫培玲（第一、二、三、五章）曹伟（第六、七、八章）刁金霞（第四章）第一章直流电路基本概念第二章直流电路及其计算第三章静电与电容第四章磁场与磁路第五章电磁感应、自感应和互感应第六章正弦交流电路第七章三相交流电路第八章非正弦周期电量及过渡过程第一章直流电路基本概念第一讲1-1引言1-2电流、电压、电动势一、教学目的1.对本教材的内容有概括性的了解2.通过引言引入第一章的主要教学内容3.掌握有关电路中几个物理量的概念、方向及其计算二、教学重点有关电路的几个物理量的概念、方向及其测量三、教学难点电流参考方向的概念及电压、电动势实际方向的确定四、主要教学内容1.1引言在电工领域中，最普遍和最简单的应用是基本电量的使用和计算。如已知电路中的电压和电阻，计算一下电路中的电流；已知电路中的电流和电压，计算电路中的电阻；电流、电压和电阻都已知，计算一下电路中的电功率。如在生活中，家中新买了一只电饭煲，已知工作电压为220V，电功率为1200W，电流为多少A？所用插座和导线的容量够不够？在工作中，已知低压输电线路较长，输电线截面积较小，当负载较大时，能否正常工作？这些问题就是本章所要解决的问题。本章主要学习电路中基本电量的认识及其计算。1.2电流、电压、电动势1.2.1电流1.电流的形成电流就是电子在电场力作用下有规则的定向运动。在导体中形成电流的条件是：有可以移动的电荷和维持电荷作定向移动的电场。2.电流强度单位时间内通过导体截面电荷量的多少称为电流强度。它是表征电流大小的物理量。电流强度的单位为安培，简称安，符号为A。设在△t时间内，流过截面S的电荷量为△Q，则电流强度为如果电流的大小和方向都不随时间的变化而变化，则称为稳恒直流电，简称直流电。其数学表达式为tQitQI3.电流的正方向在电路的计算中，电流的实际方向有时不好确定，为了计算方便，可先假定一个电流的正方向，这个假定的电流正方向称为参考方向，并在电路中用箭头标出。通过计算后，如果计算值为正，则电流的实际正方向与假定的参考方向相同；如果计算值为负，则电流的实际正方向与假定的参考方向相反。1.2.2电动势、电压和电位1．电动势电动势就是表征电源力对电荷做功能力的物理量，其值为电源力将单位正电荷从B点移到A点所作的功。电动势用符号EBA来表示，数学表达式为电动势的方向规定为由电源的负极指向正极，用“＋”、“-”号来表示。电动势的单位是伏特，简称伏，符号为V。QWBABAE2.电压电压就是衡量电场力驱动电荷对负载做功能力的物理量，其定义为：电场力把单位正电荷从A点移到B点所作的功称为A、B两点间的电压。数学表达式为电压的正方向规定为：由高电位指向低电位，即从电源的正极指向负极。电压的方向用“＋”、“-”号来表示。电压的单位也是伏，符号为VQABABWU3．电位在电路的分析或计算中，为了方便起见，常用到电位的概念。电位的定义为：取电路中任一点作为参考点，并规定为零电位，电路中任一点到参考点之间的电压，就称为该点的电位。当某点到参考点的电压为正时，则该点的电位为正；当某点到参考点的电压为负时，则该点的电位为负。电位的单位也是V在上图中，若设UAB=10V，并设B点为参考点，则A点的电位为+10V；若设A点为参考点，则B点的电位为-10V。*1.2.3电流、电压的测量1．电流的测量测量时将表的两个接线端串联在电路中（千万不可并联在电路上），表的“＋”端为电流的流入端；表的“－”端为电流的流出端。根据表针所指示的刻度，读出电流的大小。2．电压的测量测量时将表的两个接线端并联在被测电压的两端，测量时表的“+”接线端接被测电压的正极，“-”接线端接被测电压的负极。根据表针所指示的刻度，读出电压的大小。五、课后小结1.电荷的定向移动形成电流，电流的大小用电流强度来表示，单位为安，符号为A。2.电流的实际方向规定为正电荷运动的方向，为了便于电路的分析和计算，事先任意假定的电流方向，为参考方向。3.电动势是衡量电源力做功的物理量，它的实际方向由电源的负极指向正极，它的单位为V。4.电压是衡量电场力做功的物理量，它的实际方向由电源的正极指向负极，它的单位与电动势相同，也是V。5.电位是电子电路分析中常用到的概念，两点间的电压等于这两点的电位差，单位也是V。6.测电流要将安培表串入电路，测电压要将伏特表并入电路。第二讲1-3电阻一、教学目的1.掌握电阻的概念2.了解电阻与温度的关系3.掌握电阻器的应用4.掌握电阻的测量方法二、教学重点电阻的概念、种类及其应用三、教学难点如何正确理解导体的电阻率与温度系数的关系四、主要教学内容1.3.1导体的电阻1.导体电阻的概念导体对电流的阻碍作用称为导体的电阻2.电阻定律导体电阻的大小与导体的长度成正比，与导体的横截面S成反比，并与导体材料的电阻率有关。l3.导体的电阻率与温度系数当温度变化时，导体的电阻率也随之变化。如果导体的电阻率随温度的升高而升高，则为正温度系数导体；反之，则为负温度系数导体。所有金属的电阻率都随温度的升高而增大，因此，金属均为正温度系数导体，它们的阻值随着温度的上升而增加，如银、铜、铝等，利用导体的这一温度特性可以制作金属温度计；有些合金如康铜（镍铜合金）和锰铜的电阻温度系数很小，常用来制作标准电阻。【例】长度为1km、截面积为10的一条铝导线和一条铜导线，试计算它们在0℃时的电阻各为多少？解：查表得Ω·m，Ω·m，代入公式得8106.1铜8105.2铝6.1101010106.1SR638铜铜5.2101010105.2SR638铝铝2mm1.3.2电阻器1.电阻器的作用和分类电阻器是应用具有一定电阻率的导电材料制成的电路元件。电阻器亦简称为电阻，是工程技术中用量最大的电路元件之一。RT碳膜电阻器RJ金属膜电阻器RX线绕被釉电阻器热敏电阻器压敏电阻器电位器半可变电阻2.电阻元件模型及电路符号电阻是耗能元件，它将电能不可逆地转换为热能。*1.3.3电阻的测量测量前先将万用表的旋转开关旋到电阻挡，然后将两表笔短路校零（两表笔短路的同时旋转表盘上的校零可调电阻，使表针指到右边零刻度）。测量时两表笔搭在被测电阻的两端，表针指示的刻度既是被测电阻的阻值。如果被测电阻连接在电路中，测量时必须将电阻与电路断开，更不允许电路带电测量。五、课后小结1.任何导体对电流都具有阻碍作用，即导体都具有电阻。2.导体电阻的大小与导体的长度成正比，与导体的横截面成反比，并与导体材料的电阻率成正比。3.导体的电阻率随温度的变化而变化。所有金属的电阻率都随温度的升高而增大，因此，金属均为正温度系数导体。4.不同种类的电阻具有不同的特征和用途。5.电阻时耗能元件，它将电能不可逆地转化为热能。6.测电阻时，换档需要调零，不允许带电测量电阻。第三讲1-4欧姆定律一、教学目的1.掌握欧姆定律2.能熟练运用欧姆定律二、教学重点欧姆定律的应用三、教学难点对欧姆定律的正确理解四、主要教学内容1.4.1部分电阻电路欧姆定律一段只含有电阻、而不含有电源的电路，称为部分电阻电路，如图示。关联参考方向非关联参考方向部分电阻电路的欧姆定律可表述为：流经电阻的电流与加在电阻两端的电压成正比，与电阻的阻值成反比，其表达式为：或RUIIRU欧姆定律只适应于线性电阻电路，即当电压和电流变化时，电阻的阻值不变。线性电阻的伏安特性非线性电阻的伏安特性1.4.2全电路欧姆定律由含有内阻的电源和负载电阻组成的闭合回路称为全电路。最简单的全电路如图示。E为电动势RO为电动势的内阻R为外电路负载电阻全电路的欧姆定律可表述为：通过全电路的电流与电源电动势成正比，与电路中的总电阻成反比，其表达式为：或0RREI0IRIRE为外电路电阻上的电压，令；为内电路内阻上的电压，令，由上式可得：此式称为全电路电压平衡方程式。IRU外IR0IR0IRU＝内内外UUE1.4.3欧姆定律的应用1．直接应用【例1】已知电路如图1-11所示，U=12V，R1=10Ω，R2=20Ω，求电阻中的电流。解：根据一段电阻电路的欧姆定律，得：I1=AA2.11012RU6.020122RUI【例2】已知汽车电瓶放电电路如图所示，电路中E=12V，R0=0.1Ω,I=3.5A,求灯泡工作时的电阻RL。解：根据全电路欧姆定律，有33.35.31.05.3120IIRERL2．间接应用【例3】图示是用试电笔测试电路是否带电。已知限流电阻为880kΩ，氖管的电阻和人体的电阻都比限流电阻小得多，试求使用该试电笔测量220V电压时流过人体的电流为多少？解：根据部分电阻电路的欧姆定律，得：A331025.010880220RUI【例4】MP3“随身听”，正常工作时所需电压为1.2～1.5V，电流为80mA，现用1.5V（电动势）干电池供电。当电池用了一段时间后，电池的内阻RO上升为4Ω，试计算该MP3还能否继续工作。解：根据全电路欧姆定律有U外=E–U内=1.5-4×0.08=1.18V＜1.2V即干电池已经不能满足MP3的最低工作电压要求，应更换电池。五、课后小结1.欧姆定律是分析、计算电路的最基本定律之一。2.部分电阻电路的欧姆定律可表述为：流经电阻的电流与加在电阻两端的电压成正比，与电阻的阻值成反比。3.全电路的欧姆定律可表述为：通过全电路的电流与电源的电动势成正比，与电路中的总电阻成反比。4.在一个闭合电路中，电压升等于电压降，满足电压平衡方程式。5.欧姆定律的应用。第四讲1.5电能与电功率一、教学目的1.理解电能和电功率的概念2.掌握电能、电功率的计算二、教学重点1.掌握电能、电功率的计算2.掌握电流的热效应的概念三、教学难点对电功率概念的正确理解四、主要教学内容1.5.1电功电流在电路中流动，通过负载时要对负载做功。做功的大小与流过负载的电流I、负载两端的电压U以及通电时间t成正比，其计算公式为对于电阻电路，根据欧姆定律，上式可改写为或UItWRtIW2tRUW2在工程上电功又称电能，常用kW·h(千瓦时)表示，1kW·h就是通常说的1度电。它与焦耳之间的换算关系为1kW·h=1000W×3600s=J6106.3在工程上电能是由电能表进行测量的，电能表俗称电度表，下图是电能表的外形图。1.5.2电功率在日常生活或工程中，不仅要了解电流做功的多少，还要知道电流做功的快慢。电流做功的快慢是用“电功率”来表示的。1.电功率电流在单位时间内所做的功称为电功率，用P来表示。其表达式为UItUIttWP对于电阻电路，根据欧姆定律，有或RIP2RUP22.额定功率为了使电器能安全、可靠地工作，对电器的工作电压和电流都有一个规定值。这个规定值就称为电器的额定电压和额定电流。额定电压和额定电流的乘积，称为电器的额定功率。在应用时，用电器所加电压和电流不能高于或低于额定值。3．实际功率用电器实际消耗的功率，、分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。UIPUI4.总功率在含有电源的闭合电路中，电源的输出功率等于回路电阻上消耗的功率。此式称为电路功率平衡方程式。内外IUIUEI1.5.3电功、电功率的应用1.相关计算【例1】有一家庭需安装一台额定值为220V、1000W的热水器，请选择导线（双芯塑料绝缘铜导线的载流量按计算）。解：导线中通过的电流为导线的截面积为A55.42201000UPI213mmA235.01355.4mmS【例2】某一灯泡的额定值为220V、40W。若把它接在220V的电路中，求灯泡的电阻通过灯泡的电流；若电路电压降为200V，设灯泡的电阻不变，求灯泡