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《电工技术基础与技能》电子教案主编王国玉中等职业学校教学用书（电子技术专业）知识目标1．掌握电路的组成及其电路的三种状态。2．掌握电阻、电流、电压、电位、电动势、电能、电功率的概念和基本知识。3．掌握欧姆定律、电阻定律的基本知识并能熟练应用。技能目标1．能够使用验电笔判断物体是否带电、带直流电还是交流电。2．会正确使用万用表测量电流、电压、电位、电阻等物理量。3．会使用电度表测量电路所消耗的电能。项目一电路的识别任务一认识电路基本知识一、电路的组成人们在日常生活中经常用手电筒照明，手电筒由一个灯泡通过导线、开关和几节电池连接起来，就组成一个最简单的直流电路，如图1-1所示。当开关闭合时，灯泡就发光，电路中有电路通过；当开关断开时，灯泡熄灭，电路中没有电路通过。（a）实物连接图（b）电路图图1-1电路和电路的组成通常把这种由电气设备和若干元件按照一定的连接方式构成的电流通路称为电路。也就是说，电路就是电流所流经的路径。不论结构如何，只要是一个完整的实际电路，一般都是由电源、负载、连接导线和控制装置（开关）等四部分组成的。1．电源电源是将其它形式的能转变为电能的装置，如发电机、干电池、光电池等。发电机是将机械能转变为电能的装置，干电池是将化学能转变为电能的装置，光电池是将光能转变为电能的装置。2．负载负载是将电能转变为其它形式能量的装置，如白炽灯（灯泡）、电烙铁、电动机、电解槽等都是负载。白炽灯是将电能转变为光能、热能，电烙铁是将电能转变为热能，电动机是把电能转变为机械能，电解槽是将电能转变为化学能。3．控制装置用来控制电路的通断，使电路正常工作的装置。如开关、保险丝、继电器等。4．连接导线用来传输和分配电能，把电源和负载连接成一个闭合的回路。常用的导线是铜线。二、电路的工作状态电路的工作状态常有以下三种：1．通路通路是指电源与负载连通的电路，也称闭合电路，这种电路中有工作电流，如图1-2（a）所示。但须注意，处于通路状态下的各种电气设备的电压、电流、功率等数值不能超过其额定数值。2．断路（开路）断路是指电路中某处断开，不能使电路构成通路的状态。此时电路中没有电流流过，如图1-2（b）所示。在测试或检修电路时，经常需要将某一部分电路断开进行测试或判断故障。3．短路短路是指整个电路或某一部分被导线直接短接，电流直接流经导线而不再经过电路中的元件。这时，电路中的电流往往较大，容易损坏电源或发生火灾，一般应该避免短路的情况发生。但在电子设备的调试过程中，常常遇到将电路的某一部分短路的情况，这是为了使与调试过程无关的部分没有电流通过而采取的一种方法。（a）通路（b）断路（c）短路图1-2电路的三种状态三、电路图要说明一个实际电路的结构原理，用图纸来表示往往非常方便，同样，电气工人可根据电路来了解电路的连接方式和电路中各元件的作用，以便进行安装、调试和检修。电路图一般可以分为原理图和装配图两种。原理图只是表示线路的连接方式，并不反映线路的几何尺寸和各零件的实际形状。装配图除了表示电路的实际接法外，还要画出不相关部分的装置和结构，图1-1（b）表示的就是图1-1（a）所对应的原理图。电路图中常用的部分图形符号如表1-1所示。任务二RC串联电路的瞬态过程分析和研究RC串联电路的瞬态过程，有充电和放电两种情况。通过分析这两种情况的瞬态过程可以使我们了解充、放电的RC元件中的电压和电流变化的基本规律和特点。基本知识一、RC电路的充电过程的电压和电流RC电路的充电过程在零初始状态下，在初始时刻由施加于电路的输入所产生的响应。这一响应与输入有关。如图10-3所示的RC充放电电路。21222111RRRUURRRUUnRRRR11112121122121RRRIIRRRIInRRRR11112121122121RRRIIRRRII21122121RRRIIRRRII图形符号名称图形符号名称图形符号名称电池电容器电流表电阻器无铁心电感或接地电位器有铁心电感不连接交叉导线开关电压表连接交叉导线表1-1部分电工图形符号基本技能观察手电筒的构成在日常生活中，人们会经常用手电筒进行照明，它有一个灯泡通过导线、开关和几节电池连接起来，当开关闭合时，灯泡发光；开关断开时，灯泡熄灭。一、手电筒简介普通手电筒的结构有电路元件和非电路元件组成，如图1-3所示。电路元件：a灯泡负极连接环；b金属触点；c弹簧；d金属片；g电池；f灯泡非电路元件：e手电筒外壳（塑料）；h开关按键（塑料）；i前盖（玻璃）；j灯泡固定件（塑料）图1-3手电筒的结构当向前推动开关h时，使金属片b和灯泡负极连接环a接触，这样电路元件就构成一个闭合回路，电流经过电池g的正极→灯泡f→灯泡负极连接环a→金属片d→弹簧c→电池g的负极，构成一个闭合回路，回路中有电流流过，当电流流过灯泡时，灯泡发光。当把开关h向后退时，金属片b与灯泡的负极连接环a断开，电路因断路没有电流，灯泡熄灭。电路，根据换路定理可知，t=0+时电容器两端的电压不能突变则有，此时电路中的电流为电阻两端的电压为。经过无穷大的时间，电容器充满电荷，电路进入了一个新的稳态。在这个状态下，电路中的电压与电流为；；。下面我们通过一个基本技能训练，来进一步了解RC电路的瞬态过程中电容器电压的变化规律。00)0(CCuuRURuUiSCSC00SRURiu0)0(SCUu)(0)(Ru0)(Ci下面我们通过一个基本技能训练，来进一步了解RC电路的瞬态过程中电容器电压的变化规律。如图10-3所示的电路，R=10KΩ，C=100μF，US=8V。具体步骤如下：（1）按图10-3连接电路；直流稳压源US输出调至US=8V。（2）将示波器X轴时标旋钮调至0.2s/DIV，看到示波器上的光点扫描；将输入耦合开关置于“DC”；将A、B接入Y1或Y2通道，Y轴灵敏度旋钮调至2V/DIV。（3）接通开关“1”，可观察到电源向C的充电波形；（4）将所观察到的充电波形描入出来如图10-4所示。此时时间常数τ=1s二、技能练习1．目的：了解手电筒的组成元件及元件的作用2．材料工具一套，手电筒一个3．步骤（1）实际操作手电筒，观察操作结果。闭合手电筒开关，观察灯泡；断开开关，观察灯泡。（2）拆卸手电筒，观察手电筒的构造、组成元件。（3）对照图1-3，分析电路的工作原理和元器件的作用。（4）根据电路的工作原理，画出原理图，和图1-1对比。任务二了解电流产生基本知识一、电流的形成当我们把手电筒的开关闭合，手电筒就会发光，手电筒发光的原因是手电筒里的灯泡通过了合适的电流。那么电流是如何形成的呢？电荷的定向移动形成了电流。例如金属导体中自由电子的定向移动，电解液中的正负离子沿着相反方向的移动，都形成了电流。要形成电流，首先要有自由移动的电荷——自由电荷。其次导体两端必须有使电荷移动的动力——电压。这就好比河流的形成，一要有水，二要有地势的高低，水会沿着一定的路径自高向低流动。在闭合电路中，形成电流的条件是：一方面有自由移动的电荷，另一方面导体两端存在电压。图1-4简单电路中的电流方向电流实际方向和参考电流方向相同电流实际方向和参考方向相反图1-6电流方向三、电流的种类根据电流的实际用途，电流的种类可以分为三大类，稳恒电流、脉动电流和正弦交流电电流。三种电流的特点见表1-2。表1-2三种电流的特点名称定义波形图稳恒电流电流的大小和方向都不随时间的改变而改变。脉动电流电流的大小随时间的改变而改变，但电流的方向不改变。正弦交流电电流电流的大小和方向随时间的变化作正弦函数的变化四、电流的大小电流的强弱用电流强度来表示。单位时间内通过导体横截面的电量叫做电流强度，简称电流，用符号I表示。如果在时间t内，通过导体横截面的电量为Q，那么导体中流过的电流I为：I=Q/t在国际单位制中，电流的单位是安培（A）。如果1秒（s）内通过导体横截面的电量为1库仑（c），则规定导体中的电流强度为1安培，即1安培（A）=1库仑(C)/1秒(s)常用的电流单位还有毫安（mA）、微安(μA)等，它们之间的换算关系为：1mA=10-3A，1μA=10-6AItQItQ基本技能验电笔的使用验电笔是用来判断电路中是否有电的一种工具。分为氖泡式验电笔和数字式验电笔两种。一、验电笔的基本结构1．氖泡验电笔（1）氖泡式验电笔的结构验电笔主要由工作触头、降压电阻、氖泡、弹簧和金属螺丝等部件组成，其结构如图1-7所示。各组成部件及其作用见表1-3。工作触头绝缘皮降压电阻氖泡金属螺丝弹簧塑料外壳图1-7验电笔的结构表1-3验电笔部件及其作用名称实物作用工作触头工作时，用工作触头接触待测体，工作触头是由金属导体做成，具有良好的导电性能，并且有足够的机械强度氖泡当有电流流过氖泡时，氖泡发光，流过氖泡的电流方向不同，发光部位也不同降压电阻降压电阻起到降压限流的作用，使流过氖泡的电流合适，同时对人体不能有任何伤害弹簧使工作触头、氖泡、降压电阻、金属螺丝和人体形成良好的闭合回路金属螺丝用来固定氖泡、降压电阻和弹簧（2）用氖管式验电笔观察判断电流的产生正确使用验电笔的方法如图1-8，当用验电笔判断被测物体是否带电时，将工作触点接触被测体，如果被测体带电，则被测体通过验电笔、人体、大地形成回路，其漏电电流使氖泡起辉发光而工作。图1-8验电笔的使用(3）氖管式验电笔使用技巧①判断交流电与直流电。电笔判断交直流，如果被测体带交流电，则氖管较明亮，并且氖管通身亮；如果被测体带直流电，则氖管较暗，且氖管只亮一端。②判断直流电正负极方法。用验电笔判断直流电的正负极，此时观察氖管要心细，如果是前端明亮则是负极，如果是后端明亮则为正极。（4）使用低压验电笔（试电笔）应注意以下事项：①测试前应在带电体上进行校核，确认验电笔良好，以防作出错误判断。②使用验电笔时，最好穿上绝缘鞋。③避免在光线明亮的方向观察氖泡是否起辉，以免因看不清而误判。④有些设备，特别是测试仪表，往往因感应而带电。此外，某些金属外皮也有感应电。在这些情况下，用验电笔测试有电，不能作为存在触电危险的依据。因此，还必须采用其他方法（例如用万用表测量）确认其是否真正带电2．电子验电笔除了氖泡验电笔以外，目前市场上还有数字式验电笔，数字验电笔及其使用如图1-9所示。数字验电笔数字验电笔的使用数字式验电笔由笔尖（工作触头）、笔身、指示灯、电压显示、电压感应通电检测按钮、电压直接检测按钮、电池等组成，适用于检测12伏至220伏交直流电压和各种电器。数字式验电笔除了具有氖管式验电笔通用的功能，还有以下特点：（1）当右手指按检测按钮，并将左手触及笔尖时，若指示灯发亮，则表示正常工作；若指示灯不亮，则应更换电池。（2）测试交流电时，切勿按电子感应按钮。将笔尖插入相线孔时，指示灯发亮，则表示有交流电；需要电压显示时，则按检测按钮，最后显示数字为所测电压值；未到高段显示值75%时，显示低段值。二、技能练习1．目的：用验电笔判断待测体是否带电。2．器材：验电笔、各种电源3．步骤：（1）判断待测体是否带电。（2）若带电，所带电是直流电还是交流电，若是直流电，被测端是正极还是负极。任务三电源及电动势在电工技术中所涉及到的物理量很多，除了电流以外还有电压、电位、电能、电动势、电功率等等，理解和掌握好这些物理量是学好电工基础的前提条件。一、电压我们知道，物体的运动是因为受到力的作用，电荷受到电场力作用作定向移动形成电流。图1-10电场和电荷的运动图1-10电场和电荷的运动电荷在电场中受到力的作用，这种力叫电场力，在电场力的作用下，电荷沿力的方向移动一段距离，那么电场力就对电荷做了功，如图1-10所示。电场力F把正电荷q从电场中a点移动到了b点，那么电场力对电荷q做的功为Wab=F×Lab，如果在电场中的电荷为nq，则受到的电