《电工技术基础与技能》教案完整版

《电工技术基础与技能》教案第一节电路一、电路的组成1．电路：由电源、用电器、导线和开关等组成的闭合回路。2．电路的组成：电源、用电器、导线、开关（画图讲解）。(1)电源：把其他形式的能转化为电能的装置。如：干电池、蓄电池等。(2)用电器：把电能转变成其他形式能量的装置，常称为电源负载。如电灯等。(3)导线：连接电源与用电器的金属线。作用：把电源产生的电能输送到用电器。(4)开关：起到把用电器与电源接通或断开的作用。二、电路的状态（画图说明）1．通路（闭路）：电路各部分连接成闭合回路，有电流通过。2．开路（断路）：电路断开，电路中无电流通过。3．短路（捷路）：电源两端的导线直接相连。短路时电流很大，会损坏电源和导线，应尽量避免。三、电路图1．电路图：用规定的图形符号表示电路连接情况的图。2．几种常用的标准图形符号。第二节电流一、电流的形成1．电流：电荷的定向移动形成电流。（提问）2．在导体中形成电流的条件(1)要有自由电荷。(2)必须使导体两端保持一定的电压（电位差）。二、电流1．电流的大小等于通过导体横截面的电荷量与通过这些电荷量所用时间的比值。I=2．单位：1A1C/s；1mA103A；1A106A3．电流的方向实际方向—规定：正电荷定向移动的方向为电流的方向。提问：金属导体、电解液中的电流方向如何？参考方向：任意假定。4．直流电：电流方向和强弱都不随时间而改变的电流。（画图说明）第三节电阻一、电阻1．导体对电流所呈现出的阻碍作用。不仅金属导体有电阻，其他物体也有电阻。2．导体电阻是由它本身的物理条件决定的。例：金属导体，它的电阻由它的长短、粗细、材料的性质和温度决定。3．电阻定律：在保持温度不变的条件下，导体的电阻跟导体的长度成正比，跟导体的横截面积成反比，并与导体的材料性质有关。R式中：－导体的电阻率。它与导体的几何形状无关，而与导体材料的性质和导体所处的条件有关（如温度）。单位：R－欧姆（Ω）；l－米（m）；S－平方米（m2）；－欧米（m）。4．(1)阅读P6表1-1，得出结论。(2)结论：电阻率的大小反映材料导电性能的好坏，电阻率愈大，导电性能愈差。导体：＜10-6m绝缘体：＞107m半导体：10-6m＜＜107m(3)举例说明不同导电性能的物质用途不同。二、电阻与温度的关系1．温度对导体电阻的影响：(1)温度升高，自由电子移动受到的阻碍增加；(2)温度升高，使物质中带电质点数目增多，更易导电。随着温度lSqt的升高，导体的电阻是增大还是减小，看哪一种因素的作用占主要地位。2．一般金属导体，温度升高，其电阻增大。少数合金电阻，几乎不受温度影响，用于制造标准电阻器。超导现象：在极低温（接近于热力学零度）状态下，有些金属（一些合金和金属的化合物）电阻突然变为零，这种现象叫超导现象。3．电阻的温度系数：温度每升高1οC时，电阻所变动的数值与原来电阻值的比。若温度为t1时，导体电阻为R1，温度为t2时，导体电阻为R2，则即R2R1R1(t2t1)R2R1[1(t2t1)]例1：一漆包线（铜线）绕成的线圈，15οC时阻值为20，问30οC时此线圈的阻值R为多少？例2：习题（《电工基础》第2版周绍敏主编）4.计算题(3)。第四节欧姆定律一、欧姆定律1．内容：导体中的电流与它两端的电压成正比，与它的电阻成反比。IUR2．单位：U－伏特（V）；I－安培（A）；R－欧姆（）。注：(1)R、U、I须属于同一段电路；(2)虽RU，但绝不能认为R是由U、I决定的；R(3)适用条件：适用于金属或电解液。例3：给一导体通电，当电压为20V时，电流为0.2A，问电压为30V时，电流为多大？电流增至1.2A时，导体两端的电压多大？当电压减为零时，导体的电阻多大？二、伏安特性曲线1．定义：以电压为横坐标，电流为纵坐标，可画出电阻的U－I关系曲线，叫电阻元件的伏安特性曲线。2．线性电阻：电阻元件的伏安特性曲线是直线。KIU1；RURK3．非线性电阻：若电阻元件的伏安特性曲线不是直线，例：二极管。课前复习电阻定律和部分电路欧姆定律。第五节电能和电功率一、电能1．设导体两端电压为U，通过导体横截面的电量为q，电场力所做的功为：WqU而qIt，所以WUIt单位：W－焦耳（J）；U－伏特（V）；I－安培（A）；t－秒（s）。1度1kWh3.6106J2．电场力所做的功即电路所消耗的电能WUIt。3．电流做功的过程实际上是电能转化为其他形式的能的过程。二、电功率1．在一段时间内，电路产生或消耗的电能与时间的比值。P或PUI单位：P－瓦特（W）。2．额定功率、额定电压：用电器上标明的电功率和电压，叫用电器的额定功率和额定电压。若给用电器加上额定电压，它的功率就是额定功率，此时用电器正常工作。若加在它上面的电压改变，则它的实际功率也改变。例1：有一220V60W的白炽灯接在220V的供电线路上，它消Wt耗的功率为多大？若加在它两端的电压为110V，它消耗的功率为多少？（不考虑温度对电阻的影响）例2：P8例题。三、焦耳定律1．电流的热效应2．焦耳定律：电流通过导体产生的热量，跟电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比。QI2Rt3．单位：Q－焦耳（J）；I－安培（A）；R－欧姆（）；t－秒（s）第二章简单直流电路第一节闭合电路的欧姆定律一、电动势1．电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。用符号E表示。2．单位：伏特（V）注意点：(1)电动势由电源本身决定，与外电路无关。(2）电动势的规定方向：自负极通过电源内部到正极的方向。二、闭合电路的欧姆定律1．复习部分电路的欧姆定律I2．闭合电路欧姆定律的推导(1)电路UR(2)推导设t时间内有电荷量q通过闭合电路的横截面。电源内部，非静电力把q从负极移到正极所做的功WEqEIt，电流通过R和R0时电能转化为热能QI2RtI2R0t因为WQ所以EItI2RtI2R0tEIRIR0或IERR0(3）闭合电路欧姆定律闭合电路内的电流，与电源电动势成正比，与整个电路的电阻成反比。其中，外电路上的电压降（端电压）UIREIR0内电路上的电压降UIR0电动势等于内、外电路压降之和EIRIR0UU例1：如上图，若电动势E24V，内阻R04，负载电阻R20，试求：（1）电路中的电流；（2）电源的端电压；（3）负载上的电压降；（4）电源内阻上的电压降。例2：电源电动势为1.5V，内电阻为0.12，外电路电阻为1.38，求电路中的电流和端电压。例3：电动势为3.6V的电源，与8的电阻接成闭合电路，电源两极间的电压为3.2V，求电源的内电阻。三、端电压1．电动势与外电路电阻的变化无关，但电源端电压随负载变化，随着外电阻的增加端电压增加，随着外电阻的减少端电压减小。证明：IERR0当R增加时，（RR0）增加，电流I减小，UEIR0增加；同理可证，当R减小时，U也减小。2．两种特例：（1）当外电路断开时，R趋向于无穷大。I0UEIR0E即UE应用：可用电压表粗略地测定电源的电动势（2）当外电路短路时，R趋近于零，IE趋向于无穷大，URR0趋近于零。短路时电流很大，会烧坏电源，引起火灾，决不允许将导线或电流表直接接到电源上，防止短路。应用：测量电动势和电源内阻。例4：例1（《电工基础》第2版周绍敏主编）。例5：有一简单闭合电路，当外电阻加倍时，通过的电流减为原来的2/3，求内阻与外阻的比值。四、电源向负载输出的功率1．P电源IE；P负载IU；P内阻I2R0；UER0同乘以I，得UIIEI2R0IEIUI2R0P电源P负载P内阻在何时电源的输出功率最大？设负载为纯电阻当RR0时，E2Pmax4R0这时称负载与电源匹配。2．电源输出功率P与负载电阻R的变化关系曲线3．注意：当RRO时，电源输出功率最大，但此时电源的效率仅为50%。课前复习：1．闭合电路欧姆定律的内容和表达式。2．端电压随外电阻的变化规律。3．电源输出最大功率的条件。第二节电池组一个电池所能提供的电压不会超过它的电动势，输出的电流有一个最大限度，超出这个极限，电源就要损坏。对于要求较高电压或较大电流的场合，就要用到多个电池的串联和并联及混联。一、电池的串联1．当负载需要较高电压时，可使用串联电池组供电。设串联电池组n个电动势为E，内阻为R0的电池组成，则：E串nEr串nR02．特点：(1)电动势等于单个电池电动势之和。(2)内阻等于单个电池内电阻之和。3．注：用电器的额定电流必须小于单个电池允许通过的最大电流。二、电池的并联1．当负载需要较大电流时，可使用并联电池组供电。设并联电池组n个电动势为E，内阻为R0的电池组成，则E并E；R0并R0n2．特点：(1)电动势等于单个电池的电动势。(2)内阻等于单个电池内阻的。3．注：用电器的额定电压必须低于单个电池的电动势。三、电池的混联1．当单个电池的电动势和允许通过的最大电流都小于用电器额定电压和额定电流时，可采用混联电池组供电。例1：有3个电池串联，若每个电池的电动势E1.5V，内阻R00.2，求串联电池组的电动势和内阻。例2：有5个相同的电池，每个电池的E1.5V，R00.02，将它们串联后,外接电阻为2.4，求电路的电流及每个电池两端的电压。1n课前复习1．串、并联电池组的电动势和内电阻的计算。2．串、并联电池组的应用场合。第三节电阻的串联一、定义（1）电阻的串联——把两个或两个以上的电阻依次连接起来，使电流只有一条通路。（2）特点①电路中电流处处相等。②电路总电压等于各部分电路两端的电压之和。二、重要性质1．总电阻UIR；U1IR1；U2IR2；；UnIRnUU1U2U3UnIRIR1IR2IR3+RnRR1R2R3++Rn结论：串联电路的总电阻等于各个电阻之和。2．电压分配IUUU1U；I2；I3；；InR1R2R3RnUUU1U23nIR1R2R3Rn结论：串联电路中各电阻两端的电压与它的阻值成正比。若两个电阻串联，则U1IR1；U2IR2；IU13．功率分配PIUI2RUR1R2R1R2U；U2UR1R2R1R2P1=I2R1；P2I2R2；P3I2R3；；PnI2RnPPP1P23nR1R2R3Rn结论：串联电路中各电阻消耗的功率与它的阻值成正比。例1：有４个电阻串联，其中R120，R215，R310，R410，接在110V的电压上。求（1）电路的总电阻及电流；（2）R1电阻上的电压。例2：例1（《电工基础》第2版周绍敏主编）。例3：R1、R2为两个串联电阻，已知R14R2，若R1上消耗的功率为1W，求R2上消耗的功率。三、电压（1）常用的电压表是用微安表或毫安表改装成的。（2）毫安表或微安表的重要参数：Ig——满偏电流Rg表头内阻（3）电流越大，毫安表或微安表指针的偏角就越大。由于UIR，则毫安表或微安表两端的电压越大，指针偏角也越大。（4）如果在刻度盘上直接标出电压值，就可用来测电压，但这时能测的电压值很小。为了能测较大的电压，可串联一电阻，分担部分电压，就完成了电压表的改装。（5）测量时要与被测电路并联。（6）关键：会计算串联的电阻R的大小。设电流表的满偏电流为Ig，内阻为Rg，要改装成量程为U的电压表，求串入的RRURIgUIgRgIg例4：例2（《电工基础》第2版周绍敏主编）。课前复习：1．串联电路中电流、电压的基本特点。2．串联电路的总电阻、电流分配和功率分配。3．串联电阻的分压作用。第四节电阻的并联一、定义1．电阻的并联：把若干个电阻一端连在一起，另一端连接在一起。2．特点：①电路中各支路两端的电压相等；②电路中总电流等于各支路的电流之和。二、重要性质1．总电阻设电压为U，根据欧姆定律，则I=因为I