中职电工技术基础教案

1第一章电路基础知识1.1库仑定律一、电荷1、自然界中只有正、负电荷，电荷间作用力为“同性相斥，异性相吸”。2、电量电荷的多少叫电量，电量的单位是库仑。1个电子电量e=1.6×10－19C。任何带电物体所带电量等于电子（或质子）电量或者是它们的整数倍，因此，把1.6×10－19C称为基元电荷。二、库仑定律1、库伦定律的内容在真空中两个电荷间作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，这就是库仑定律。若两个点电荷q1，q2静止于真空中，距离为r，则q1受到q2的作用力F12为式中F12、q1、q2、r诸参数单位都已确定，分别为牛（N）、库（C）、库（C）、米（m）由实验测得2k=9×109N·m2／C2q2受到q1的作用力F21与F12互为作用力与反作用力，它们大小相等，方向相反，统称静电力，又叫库仑力。2、注意事项：（1）、库仑定律只适用于计算两个点电荷间的相互作用力，非点电荷间的相互作用力，库仑定律不适用。（2）、应用库仑定律求点电荷间相互作用力时，不用把表示正、负电荷的“＋”、“－”符号带入公式中，计算过程中可用绝对值计算，其结果可根据电荷的正、负确定作用力为引力或斥力以及作用力的方向。三、例题讲解，【例题1】两个点电荷电荷量Cq61104，Cq62102.1，在真空中的距离mr4.0，求两个点电荷间作用力的大小及方向。解：根据库仑定律NrqqkF27.04.0102.11041092669221作用力的方向在两个点电荷的连线上。因为同带负电荷，所以作用力为斥力。【例题2】两个点电荷分别带电荷量Aq和Bq，当它们间的距3离mr31时，相互作用力NF61102，当它们间的距离mr12时，相互作用力2F是多大？解：根据库仑定率，可列出如下两个方程211rqqkFBA（1）222rqqkFBA（2）由（1）/（2）得222121rrFF则：NrrFF5226222112108.113102IV.小结（1）电荷间相互作用规律：同性相斥，异性相吸，大小用库仑定律221rqqkF来计算。（2）电荷间作用力为一对相互作用力，遵循牛顿第三定律。（3）库仑定律适用条件：真空中静止点电荷间的相互作用力（均匀带电球体间、均匀带电球壳间也可）。41.2电场和电场强度一、电场1、定义：存在于电荷周围空间，对电荷有作用力的特殊物质叫电场。电荷与它周围空间的电场是一个统一的整体。2、电场具有两个重要特性：A、位于电场中的任何带电体，都要受到电场力的作用。B、带电体在电场中受到电场力的作用而移动时，电场力对带电体做功，这说明电场具有能量。二、电场强度1、定义：检验电荷在电场中某一点所受电场力F与检验电荷的电荷量q的比值叫做该点的电场强度，简称场强。用公式表示为qFE（定义式）式中F—电场力，单位为牛[顿]，符号为N；q—电荷量，单位是库[仑]，符号为C；E—电场强度，单位是伏[特]每米，符号为V/m。注意：（1）电场强度单位：N／C（2）大小：电场中某点的场强在数值上等于单位电荷在该点受到的电场力。（3）方向：规定电场中某点场强的方向为正电荷在该点受到的电场力的方向。5场强是矢量。一般电场中不同点，场强的大小及方向不同，场强大的地方，电场强，场强小的地方，电场弱，通常我们也把场强的大小和方向叫做电场的强弱和方向。三、电力线1、定义：为了形象地描述电场中各点场强的大小和方向，采用了电力线（假想曲线）图示法，在电场中画出一系列从正电荷出发到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点的切线方向都和该点的电场强度方向一致，这些曲线叫做电力线。2、几种常见电力线如图1-3（教材）所示。3、思考：任意两条电力线都不会相交，这是为什么？答：如果相交，则交点就会有两个切线方向，而同一点场强的大小和方向是唯一的。四、例题讲解，例题：检验电荷的电荷量Cq9103，在电场中P点受到的电场力F=18N，求该点电场强度。若检验电荷放在P点，电荷量Cq9106'，检验电荷所受电场力是多少？解：根据电场强度的定义mVqFE/1061031899由于电场中某点场强与检验电荷无关，所以P点场强不变，'q所受电场力F’为6NEqF36106106''991.3电流一、电流1、定义：电荷的定向运动叫做电流。电流是一个表示带电粒子定向运动的强弱的物理量，表征电流强弱的物理量为电流强度，它是一个矢量。2、电流强度的定义：电流强度在量值上等于通过导体横截面的电荷量q和通过这些电荷量所用时间t的比值。用公式表示为tqI（定义式）式中q——电荷量，单位是库[仑]，符号为C；t——时间，单位是秒，符号为s；I——电流强度，单位是安[培]，符号为A。电流的常用单位还有毫安（mA）和微安（A）：AmAA6310101二、电流的方向1、方向规定正电荷定向运动的方向为电流方向。在金属导体中，电流的方向与自由电子运动方向相反；在电解液中，电流方向与正离子运动方向相同。2、参考方向事先假定一个电流方向（假想的电流方向）。用箭头在电7路图中标明电流的参考方向，最后根据计算结果的符号判断电流真实方向。结果为正，则电流实际方向与所设参考方向一致；结果为负，则电流实际方向与所设参考方向相反。电流强度是一个标量，电流方向只表明电荷的定向运动方向。3、按照电流的大小、方向变化与时间的关系，电流可以分为以下三类：（如图1-4教材）所示；（1）电流的大小和方向都不随时间变化，这样的电流叫直流电流或稳恒电流，如图1-4a所示；（2）如果电流的大小随时间变化，但方向不随时间变化的电流叫脉动电流，如图1-4b所示；（3）如果电流的大小和方向都时间变化，这样的电流叫交流电流，如图1-4c所示。三、.例题讲解例题：在5min时间内，通过导体横截面的电荷量为3.6C，求电流是多少安，合多少毫安？解：根据电流的定义式mAAtqI12012.06056.3解题点要：（1）、注意带入数值的单位必须是国际标准单位；（2）、注意电流强度单位安培、毫安、微安之间的换算关系。81.4电压和电位一、电压为了衡量电场力做功能力的大小，引入电压这个物理量。1、定义：电场力把电荷由a移动到b所做的功W，与被移动电荷电荷量q的比值，可用下式表示：qWUabab（电压定义式）（式1-4）式中q——由a点移动到b点的电荷量，单位是库[仑]，符号为C；Wab——电场力将q由a移动b所做的功，单位为焦[耳]，符号为J；Uab——a、b两点间的电压，单位是伏[特]，符号为V。在国际单位制中，电压的常用单位还有千伏（kV）和毫伏（mV）：1kV=103V1V=103mV二、电位1、定义：正电荷在电路中某点所具有的能量与电荷所带电量的比叫做该点的电位。2、参考点的选定一般选定大地或设备的外壳为参考点且规定为零电位。用“+、-”标在电路图中。如果计算结果电压为正值，那么9电压的这个真实方向与参考方向一致；如果计算结果电压为负，那么电压的真实方向和参考方向相反。3、电压方向的确定：如果用符号Va表示a点电位，Vb表示b点电位。若选取a点为参考点，即Va=0，则Vb0；若选取b点为参考点，即Vb=0，则Va0。不论如何选取参考点，a点电位永远高于b点电位。由此可见，电场力对正电荷做功的方向就是电位降低的方向。因此规定电压的方向有高电位指向低电位，即电位降低的方向。电压的方向可以用高电位指向低电位的箭头表示，也可以用高电位表“+”，低电位标“-”来表示。电路中电压大小的计算：在电路中a，b两点间的电压等于a，b两点间的电位之差。即baabUUU（式1-5）两点间的电压也叫两点间电位差。讲到电压必须说明是哪两点间的电压。三、例题讲解教课书P11101.5电源和电动势一、电源1、定义：电源是把其它形式的能转换成电能的装置。2、种类：干电池或蓄电池把化学能转换成电能；光电池把太阳的光能转化成电能；发电机把机械能转化成个电能等等。二、电源电动势A．电源力电源力是存在于电源内部的，能使正电荷从负极源源不断地流向正极的一种非静电性质的力。它的存在保证了正负极之间的电压不变，这样电路中才能有持续不变的电流。B．电动势在电源内部，电源力不断地把正电荷从低电位点移动到高电位点。在这个过程中，电源力要克服电场力做功，这个做功过程就是电源将其它形式的能转换成电能的过程。对于不同的电源，电源力做功的性质和大小不同，为此引入电动势这个概念。电动势是用来表征电源生产电能本领大小的物理量。1、电动势定义：在电源内部，电源力把正电荷从低电位点（负极板）移动到高电位点（正极板）反抗电场力所做的功与被移动电荷的电荷量之比，叫做电源的电动势。用公式表示为：11qWE（电源电动势定义式）（式1-6）式中W——电源力移动正电荷所做的功，单位为焦[耳]，符号为J；Q——电源力移动的电荷量，单位是库[仑]，符号为C；E——电源电动势，单位是伏[特]，符号为V。2、电源电动势的方向：电源电动势的方向规定为由电源的负极（低电位点）指向正极（高电位电）。在电源内部的电路中，电源力移动正电荷形成电流，电流的方向是从负极指向正极；在电源外部电路中，电场力移动正电荷形成电流，电流方向是从电源正极流向电源负极.三、例题讲解略。（见教材§1.5例题）121.6电阻和电阻定律一、电阻1、定义：表示物质对带电粒子定向移动存在阻碍作用的物理量称为电阻。在一般条件下，任何物质都存在分子热运动，所以任何物体都有电阻。当有电流流过时，都要消耗一定的能量。二、电阻定律1、内容在温度不变时，一定材料制成的导体的电阻跟它的长度成正比，跟它的截面积成反比。这个实验规律叫做电阻定律。2、用公式表示SLR（式1-7）式中ρ——电阻率，单位是欧[姆]米，符号为Ω·m，L——导体的长度，单位是米，符号为m；S——导体的截面积，单位是平方米，符号为㎡；R——导体的电阻，单位是欧[姆]，符号为Ω。在国际单位制中，电阻的常用单位还有千欧（kΩ）和兆欧（MΩ）：1kΩ=103Ω1MΩ=103kΩ=106Ω三、电阻与温度的关系13对金属导体而言，温度升高使分子的热运动加剧，电荷运动时碰撞运动次数增多，受到的阻碍作用加大，导体的电阻增加。有些半导体，温度升高自由电荷数目增加所起的作用超过分子热运动加剧所起的阻碍作用，电阻减少。电阻随温度的变化关系可表示为)](1[1212ttRR（式1-8）式中R1——导体在温度t1时的电阻；R2——导体在温度t2时的电阻；α——导体的温度系数，单位为1/℃。四、例题讲解【例题1】一根铜导线长L=2000m，截面积S=2㎜2，导线的电阻是多少？解：查表可知铜的电阻率m81075.1，由电阻定律可求得5.1710220001075.168SLR1.7电路和欧姆定律一、电路电路——由实际元件构成的电流的通路。归纳总结：电路由电源、负载、连接导线、控制和保护装置四部分组成。14（1）、电源——向电路提供能量的设备。它能把其它形式的能转换成电能。常见的电源有干电池、蓄电池、发电机等。（2）、负载——即用电器，它是各种用电设备的总称。其作用是把电能转换为其他形式的能，为人们服务，如白炽灯、电动机、电加热器等。（3）、连接导线——它把电源与负载接成闭合回路，输送和分配电能。一般常用的导线时铜线和铝线。（4）、控制和保护装置——用来控制电路的通断，保护电路的安全，使电路能正常工作，如开关、保险丝（熔断器）、继电器等。电路的功能：（1）、电力系统中的电路可对电能进行传输、分配和转换。（2）、电子技术中的电路可对电信号进行传递、变换、储存和处理。二、部分电路欧姆定律电源开关导线负载图图11..手手电电筒筒的的实实体体电电路路151、在电阻一定时，导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比，在电压不变的情况下，导体中的电流跟导体的电阻成反比。把以上实验结果综合起来得出结论，即欧姆定律。2、如图1-21（教材）所示，图中电阻R上的电压参考方向