电工电子技术教案(上).doc

.* 广 东 科 技 学 院 教 案 课程名称：《电工电子技术》 课程性质：专业必修课 学时学分：50学时，3.5学分 （注：课内课时42+实验课时8， 实验课时见实训指导书） 授课时间：2018-2019学年第1,2学期 授课班级：17级材料成型及控制工程1班 主讲教师： 教 材：王桂琴，王幼林主编.《电工电子技术》， 机械工业出版社，2016 参考书目： 1、唐介.电工学，高等教育出版社，1999； 2、罗力渊. 电工电子技术及应用，北京航空航天大学出版社，2015. 教学设计（001） 课程标题（或章节名称）： 第一章 电路的基本概念和基本定律 1.1 电路模型和电路中的物理量 1.2 电路的基本物理量及其参考方向 课时：2 教学内容： 1、熟悉强电和弱电电路； 2、掌握电路元件及其模型； 3、掌握电流、电压及其参考方向； 4、了解功率正负的含义。 教学重点、难点 重点：电路元件及其模型，电流、电压及其参考方向。 难点：电流、电压及其参考方向。 教学方法与手段： 启发式讲授，讨论发言，多媒体，板书。 教学过程与设计： 一、引入：电路 1. 电路及其组成 电源 —— 中间环节 —— 负载 2.电路的作用 ⑴ 传输、分配、转换电能；--能量领域-“强电”电路 ⑵ 传送、处理、储存信号。--信息领域-“弱电”电路 二、电路元件和电路模型 电路模型：从实际电路中抽象出来的、由理想元件组成的电路。 理想元件是假想元件，具有单一的电磁性质，具有精确的定义与相应的数学模型。 理想电阻、理想电感、理想电容 三、电流、电压及其参考方向 1、电流及其参考方向 ⑴ 电流的定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量。 直流电流和交流电流 ⑵ 电流的实际方向与参考方向： 正电荷移动的方向为电流的实际方向。为计算而假设的方向，称为参考方向。 参考方向可以任意设定。参考方向可以用箭头表示，也可以用双下标表示，如 Iab。 电流的参考方向与实际方向相同，电流为正值；与实际方向相反则为负值。 例：设下图电流表达式为 判断 t 为0.001s和0.006s时的电流实际方向。 2、电压及其参考方向 （1）电压的定义：电场力把单位正电荷从a点移动倒b点所做的功，称为a、b两点之间的电压，即 dW > 0时，u > 0，说明a点电位高于b点电位，正电荷在移动过程中失去能量； dW < 0时，u< 0，说明a点电位低于b点电位，正电荷在移动过程中获得能量。 在国际单位制中，电压的单位为伏[特]（用V表示）。 （2） 电压的实际方向与参考方向 电压的实际方向规定为高电位点指向低电位点，即电压降的方向。进行电路分析时，需要设置电压的参考方向。参考方向可以用正负极性表示，也可以用双下标表示， 如 uab。实际方向与参考方向相同电压为正值，反之为负值。 （3）关联参考方向与非关联参考方向 若未说明，电压电流均为关联参考方向。 四、电路功率 当u、i 为关联参考方向时，功率的计算为 若p > 0，元件或电路在吸收功率，等效为负载；若p < 0，元件或电路在发出功率，等效为电源。 五、小结： （1）电路及组成；电压和电位的区别；电压、电流、电动势的正方向。 （2）电路通常有三种工作状态：负载状态、短路状态、空载状态。 各种电气设备的电压、电流及功率都有一个额定值，电气设备在实际运行时，应严格遵守各有关额定值的规定。 课后作业：1-1 教学设计（002） 课程标题（或章节名称）： 第一章 电路的基本概念和基本定律 1.3 理想电路元件 课时：2 教学内容： 掌握电阻、电感和电容元件的伏安特性。 教学重点、难点 重点：各理想电路元件的伏安特性。 难点：电感和电容元件的伏安特性。 教学方法与手段： 启发式讲授，讨论发言，多媒体，板书。 教学过程与设计： 一、电阻元件 （一）电阻及分类 1．电阻的定义 物体对电流通过时的阻碍作用称为“电阻”。 2．电阻R与什么有关 电阻定律表达式为：R=ρL/S。 3．电阻的分类 （二）认识固定电阻 1．固定电阻的命名方法 如：RJ73中，R——第一部分主称，电阻器；J——第二部分表示材料，金属膜；7——第三部分表示类别，精密电阻；3——表示设计序号。 2．电阻值的标识 （1）直标法 也有采用习惯标记法的，例如：5M6 Ⅱ，表示电阻值为5.6MΩ，Ⅱ——表示允许误差为10%。 （2）色标法 例如：电阻的四色环颜色为：红红棕金，红——第一位数是2，红——第二位数是2，棕——倍乘数为10，金——允许误差为5%。即电阻值为220Ω，其误差为5%。 【想一想】电阻的五色环为：棕紫绿金棕，它表示的电阻值和允许误差分别是多少？ （3）文字符号法 例如：3M9K，表示3.9MΩ，K表示允许误差为10%。 3．电阻额定功率的识别 有两种标志方法：2W以上的电阻，直接用数字印在电阻体上；2W以下的电阻，以自身体积大小来表示功率。 4．电阻允许误差标志符号 【课堂互动】学习了电阻标识后，用固定电阻实物训练学生读取电阻数值及误差。 （三）可变电阻 电位器的电阻值随旋转角度而变。其变化规律有三种不同形式： ①X型：直线型。 ②Z型：指数型。 ③D型：对数型。 （四）电阻的测量 电阻的大小可用欧姆表进行测量，测量时应注意的事项。 【讨论】如果不按规定方式测量电阻，会产生什么情况呢？ 二、电感元件 【课常互动】可以用各类电感实物，让学生识别和检测。 1．电感器的分类 电感器按电感量是否可调分为：固定电感器和可变电感器。按磁心材料可以分为：空心电感器、铁心电感器、磁心电感器。按照其作用可分为：具有自感作用的线圈、具有互感作用的变压器线圈。 2．电感器的命名 3．固定电感器的识别方法 （1）直标法。 （2）色环标法。 【想一想】某一电感器的色环标志依次是：棕红红银，它表示的电感量和允许误差分别是多少？ 4．电感器的检查与测试 （1）电感器的检查包括外观检查和绝缘检查。 （2）测量其电阻。 【讨论】让学生分析教材中电感测试方法的理论依据是什么？ 三、电容元件 【课常互动】可以先让学生识别和检测各类电容器的实物。 电容也是组成电子电路的基本元件，它在电路中主要功能：可用于稳定电压；可用于隔离直流；与电阻或电感形成谐振电路；可用于控制时间；用于交流通路可起到耦合作用。 1．电容的基本性质 电容器有两个重要的特性： （1）阻隔直流电通过、而允许交流电通过的特性。 （2）充电特性、放电特性。 2．电容器的型号命名方法 3．电容的单位和符号 电容：C=q/U，单位：法拉（F） 电容电路中电压和电流的关系： 4．电容的主要参数 （1）电容器的标称容量和偏差 （2）电容的额定直流工作电压 （3）电容器的误差 电容器的误差通常分为三个等级：Ⅰ级（5%）、Ⅱ（10%）、Ⅲ（20%）。 5．电容器的主要种类和特点 电容器按有无极性可分为无极性电容器和有极性电容器。按电容量是否可变可分为固定电容器和可变电容器。 有极性电容器指电容器的两极有正、负极性之分，使用时一定要正极性端连接电路的高电位，负极性端连接电路的低电位；否则会引起电容器的损坏。 6. 电容器的检测 （1）测电容的漏电阻（适用于0.1μF以上容量的电容） （2）判断电解电容的极性 【课堂互动】让学生总结电容器测量的步骤。 7. 介绍电容器在汽车电路中的典型应用 四、小结： 电阻值的标识方法有：直标法、色标法、文字符号法等。可变电阻按其阻值变化规律有三种不同形式：直线型、指数型、对数型。测量电阻时，要断开电路上的电源，并使被测电阻的一端断开。 电感器的标识方法有直标法、色环标注法。可以用万用表测量线圈阻值来判断其好坏。 电容器的几个主要参数。 课后作业：1-2 教学设计（003） 课程标题（或章节名称）： 第一章 电路的基本概念和基本定律 1.4 基尔霍夫定律 课时：2 教学内容： 掌握基尔霍电流、电压定律并会应用。 教学重点、难点 重点： 理解支路、节点、回路、网孔的概念；正确认识基尔霍夫电流定律和电压定律内容及推广应用。 难点： 学会用基尔霍夫定律列方程，会求电路中任一点的电位和任意两点之间的电压。 教学方法与手段： 启发式讲授，讨论发言，多媒体，板书。 教学过程与设计： 问题引入：由图1-1复杂电路，若已知各电动势和电阻的数值，怎样求各电流的大小和方向呢？导入新课。 在介绍定律之前，先来说明电路中的几个术语（以图1-1为例讲解）。 图1.3.1 复杂电路示例 （1）支路 ；（2）节点；（3）回路 (4)网孔。 应当注意的是：网孔和回路是有区别的，网孔一定是回路，但回路不一定就是网孔。 【课堂互动】由学生指出图1-1中的节点、支路、回路、网孔的数目。 一、基尔霍夫电流定律（KCL） 1．基尔霍夫电流定律 也称为节点电流定律，叙述（略），公式：∑I入=∑I出 或者说：流过电路中任一节点的各支路电流的代数和恒等于0。即 ∑I=0 该定律体现了什么原理？与支路上是什么元件有关吗？针对图1-23列方程： I1+I2=I3 或 I1+I2+（－I3）=0 2．基尔霍夫电流定律的推广 由一个节点扩展到一个任意一个假想的封闭面（或封闭网络）。 【例1-3】 （略） 【想一想】求出I5电流后，将A-B-F-E-A电路看成一个广义节点，可以求出I6吗？ 二、基尔霍夫电压定律（KVL） 1．基尔霍夫电压定律 也称为回路电压定律，它反映的是电路中任一回路各元件的电压和电动势之间的关系。该定律内容是（略）： 公式： ∑E = ∑I R 该定律也可表述为：∑U =0。 它体现了什么定律？与路径的选择方向有关吗？ 应用该定律列方程时应注意以下几点： ①在列方程时，必须首先选取回路的绕行方向，假定各支路的电流方向。 ②电阻电压降的正、负号的确定； ③电动势的正、负号的确定。 2．基尔霍夫电压定律推广 该定律的使用可以由一个闭合的真实路径推广到一个不完全由实际元件组成的假想的回路。如图1.3.2所示的abdca回路。 图1.3.2 例1图 【例1】 如图1-27所示，R1=R2=15Ω，E1=E2=E3=12V，E4=E5=3V，求电路中的电流的大小和方向。 【解】 （略） 【想一想】若设电路中的电流方向为顺时针方向，结果如何？ 三、课堂小结： 基尔霍夫电流定律反映了复杂电路中任意一个节点的各支路电流之间关系。基尔霍夫电压定律反映的是电路中任一回路各元件的电压和电动势之间的关系。 课后作业：1-3 教学设计（004） 课程标题（或章节名称）： 第一章 电路的基本概念和基本定律 1.5 电路中的电位及其计算 课时：2 教学内容： 理解电路中电压与电位的区别和联系；掌握电路中电位的计算方法。 教学重点、难点 重点： 电压、电位的区别、联系及计算。 难点：电流和电压参考方向的应用；电位的计算。 教学方法与手段： 启发式讲授，讨论发言，多媒体，板书。 教学过程与设计： 一、电压和电位的区别 1．电压 电场力把单位正电荷从a点移到b点所做的功称为a、b两点之间的电压（a、b是电场中的任意两点），记为Uab。电压它总是和电路中的两个点有关。 【想一想】车用蓄电池的正负极桩之间的电压是多少？每个单格电池电压是多少？ 【课堂互动】什么电压正方向？在事先难以判断元件两端电压或电路中两点间电压的真实极性时怎么办？ （1）电压的正方向。电压的正方向由高电位（“+”极性）指向低电位（“－”极性），即表示电位降落的方向。 （2）电压的参考方向。在分析复杂电路时，往往事先难以判断元件两端电压的真实极性，这时，可以任意选取电压的参考方向，并以此计算。 2．电位 （1）定义 在电路中任选一点为参考点0，该电路中某一点a到参考点0的电压就称为a点的电位。 （2）参考点（也叫零电位点）V0=0V。 Va=Ua0=Va—V0 某点a的电位数值上就等于点a与零电位点之间的电压。 （3）电位是相对值 电路中某点的电位是相对于参考点的选择而改变的。 【讨论】 电位和电压有什么异同点？ 二、应用基尔霍夫定律进行电位的计算 在电路中要想求出某点的电位值，也必须在电路中选择一个参考点（零电位点）。零电位点可以任意选择。汽车电路中常用搭铁表示零电位。 电路中某点的电位，就是从该点出发，沿任选的一条路径“走”到参考点所经过的全部电位降的代数和。 ▲强调计算电路中某点A电位的方法和步骤： 下面以图1.5.3电路为例说明计算电位的方法、步骤。 图1.5.3 电位的计算 以图中的点D为参考点，各电源的极性和电流I的方向如图1-29所示，求点A的电位时有三条路径： 沿AE1D路径： VA=E1 沿ABD路径： VA=I1R1+I3R3+E3 沿ABCD路径： VA=I1R1+I2R2－E2 显然，沿AE1D路径计算点A电位最简单，但三种计算方法的结果是完全相同的。 【例1-5-1】 （略） 【想一想】你能从该例题中各点的电位及UCD的数值中得出什么结论？ 三、课堂小结： 电压的大小与参考点无关，电位的大小与参考点有关。 课后作业：1-3 教学设计（005） 课程标题（或章节名称）： 第二章 电路的分析方法 2.1 支路电流法 课时：2 教学内容： 掌握支路电流法及其使用条件。 教学重点、难点 重点： 支路电流法。 难点：根据实际电路如何灵活应用支路电流法。 教学方法与手段： 启发式讲授，讨论发言，多媒体，板书。 教学过程与设计： 一、利用支路电流法解题的步骤： 1、任意标定各支路电流的参考方向和网孔绕行方向。 2、用基尔霍夫电流定律列出节点电流方程。有n个节点，就可以列出n-1个独立电流方程。 3、用基尔霍夫电压定律列出L=b-（n-1）个网孔方程。说明：L指的是网孔数，b指是支路数，n指的是节点数。 4、代入已知数据求解方程组，确定各支路电流及方向。 对于节点A有：I1+I2=I① 电路中共有二个网孔，分别对左、右两个网孔列电压方程： I1R1-I2R2+E2-E1=0② IR+I2R2-E2=0③ I1=10AI2=-5AI=5A 特例：某一支路电流已知，可以少列一个电流方程 二、利用支路电流法解题 例2-1-1（略） 例2-1-2（略） 三、小结 支路电流法主要适用于求支路中的未知电流，关键是利用基尔霍夫定律列方程。 课后作业：2-2 教学设计（006） 课程标题（或章节名称）： 第二章 电路的分析方法 2.2 叠加原理 课时：2 教学内容： 熟练使用叠加定理求解问题。 教学重点、难点 重点： 叠加定理应用。 难点：叠加定理应用。 教学方法与手段： 启发式讲授，讨论发言，多媒体，板书。 教学过程与设计： 一、叠加定理 1、叠加原理：在线性电路中，由多个独立源共同作用产生的响应（支路电压或电流）等于各独立源单独作用时所产生的响应分量代数和。 = + 注意事项： ① 叠加原理只适用于线性电路。 ② 线性电路的电流或电压均可用叠加原理计算，但功率一般不用叠加原理计算。 2、不作用电源的处理 电压源不作用，即 uS = 0，相当于短路线； 电流源不作用，即 is=0，相当于断路。 例：用叠加原理计算例图所示电路中的电流 i，并计算 4Ω电阻上消耗的功率。 =+ 二、利用叠加原理解题 例 2-2-1 （略） 例 2-2-2 （略） 三、课堂练习 课后题2-4（略） 四、小结 叠加原理适用于两个或两个以上电源作用的线性电路中，叠加原理应用的注意事项…… 课后作业：2-5 教学设计（007） 课程标题（或章节名称）： 第二章 电路的分析方法 2.3 电压源与电流源的等效变换 课时：2 教学内容： 掌握电压源与电流源的等效变换相关条件。 教学重点、难点 重点：电压源与电流源的等效变换条件。 难点：电压源与电流源的等效变换注意事项。 教学方法与手段： 启发式讲授，讨论发言，多媒体，板书。 教学过程与设计： 一、电压源与电流源的等效变换条件 1、同一个电源即可用电压源来代替也可以用电流源来代替，电压源与内阻串联，电流源与内阻并联。 2、对于同一个负载来说，电压源和电流源是等效的。 3、电压源的输出 电流源的输出 4、等效变换条件： 二、注意事项 1、电压源与电流源的等效变换只是对外电路而言，两种电源的内部不等效。当发生短路时，电压源内部没有电流，电流源内部有电流。 2、由于理想电压源的内阻定义为零，理想电流源的奶子定义为无穷大，因此两者之间不能等效变换 3、电源的等效方法可以推广，如果理想电压源与外接电阻串联，可以把外接电阻看做是电源的内阻，等效互换为电流源的形式，理想电流源与外接电阻并联，可以把外接电阻看做是电源的内阻，等效互换为电压源的形式 4、电压源的电动势E和电流源的恒定电流Is在电路中保持方向一致，即，Is的方向从E的“-”端指向“+”端 三、例题 1、电动势为12V、内阻为3Ω的电压源等效变换为电流源 解：Is=E/r0=4A 内阻为3Ω 2、如图所示电路，恒定电流为2A，内阻为1Ω，等效变换为电压源 解：E=Isro=2V ro=1Ω 3、板书 例2-3-1 （略） 四、小结 电压源与电流源的等效变换条件、注意事项、整理例题。 课后作业：2-7 教学设计（008） 课程标题（或章节名称）： 第二章 电路的分析方法 2.4 戴维宁定理 课时：2 教学内容：熟练掌握电路的戴维宁定理等效，运用戴维宁定理进行计算 教学重点、难点 重点：电路的戴维宁定理等效 难点：利用戴维南进行相关分析、计算 教学方法与手段： 启发式讲授，讨论发言，多媒体，板书。 教学过程与设计： 一、戴维南定理 何一个有源二端网络，只要其中的元件都是线性的，都可以用一个电压源与电阻相串联的模型来替代。电压源的电压等于有源二端网络的开路电压uOC，电阻等于该网络中所有电压源短路、电流源开路时的等效电阻R0，R0称为等效内阻。 二、戴维宁定理的解题步骤 1、把需要计算电流的支路单独划出，电路的其余部分成为一个有源二端网络。将有源二端网络变换为等效电压源模型，使复杂电路变换为单回路电路——戴维宁电路。 2、求等效电压源模型的电压ＵS——等于有源二端网络的开路电压； 3、求等效电压源模型的内阻Ｒ0——等于相应的无源二端网络的等效电阻； 4、由戴维宁电路算出所求支路的电流——用全电路欧姆定律计算。 适用范围: 只需要计算电路中某一指定支路的电流、电压。 三、例题 例1：试用戴维宁定理重解 解：a．将原电路用戴维宁等效电路代替， b．求电压源模型的理想电压源电压ＵS， 故 ＵS=Ｕ0=I1R2－I2R4=(0.1510－0.140)V=－2.5V c．求电压源模型的内阻R0， d．由戴维宁等效电路求出通过BD支路的电流 例2-4-1（略） 四、小结 戴维宁定理的解题步骤、整理例题。 课后作业：2-13 教学设计（009） 课程标题（或章节名称）： 第三章 电路的暂态分析 3.1 暂态分析的基本概念与换路定律 课时：2 教学内容：1、了解过渡过程的概念。 2、熟练掌握换路定律。 3、能够熟练运用换路定律计算电路的初始值。 教学重点、难点 重点：换路定律。 难点：电路初始值的计算。 教学方法与手段： 启发式讲授，讨论发言，多媒体，板书。 教学过程与设计： 一、过渡过程的概念 （1）过渡过程的定义：电路从一种稳定状态变化到另一种稳定状态的过程。例如电容器的充放电过程就是一种过渡过程。引起过渡过程的原因有两个：其一是电路中含有动态元件；其二是改变电路参数或电源发生变化。 （2）稳态：其指的是电路中的电压、电流为稳定值状态。 （3）暂态：其指的是电路从一种稳定状态过渡到另一种稳定状态的动态过程。 （4）电路的过渡过程一般历时很短，故也称为暂态过程；而电路的稳定状态则简称为稳态。暂态过程虽然短暂，却是不容忽视的。脉冲数字技术中，电路的工作状态主要是暂态；而在电力系统中，过渡过程产生的瞬间过电压或过电流，则可能危及设备甚至人身安全，必须采取措施加以预防。 （5）换路：通常，我们把电路中开关的接通、断开或电路参数的突然变化等统称为“换路”。 二、换路定律 含储能元件的电路换路后所以会发生过渡过程，是由储能元件的能量不能跃变所决定的。从第三章已经知道：电容元件和电感元件都是储能元件。实际电路中电容和电感的储能都只能连续变化，这是因为实际电路所提供的规律是有限的。如果它们的存能发生跃变，则意味着电路须向它们提供无限大的功率，这实际上是办不到的。 电容元件储存的能量Cuc2；而电感元件储存的能量LiL2。由上面俩式可以看出，由于储能不能跃变，因此电容电压不能跃变，电感电流不能跃变。这一规律从储能元件的VCR也可以看出。 电容元件的VCR ： ic=C ，实际电路中电容元件的电流是有限值，即电压的变化率为有限值，故电压的变化是连续的。 电感元件的VCR：uL =L，实际电路中电感元件的电压为有限值，即电流的变化率为有限值，故电流的变化是连续的。 实际电路中的uC、iL的这一规律适合任一时刻，当然也适合于换路瞬间。即换路瞬间电容电压不能跃变，电感电流不能跃变，这就是换路定律。设瞬间发生换路，则换路电律可用数学式表示为： uC(0+)=uC(0-) iL(0+)=iL(0-) 其中，0- 表示t从负值趋于零的极限，即换路前的最后瞬间；0+ 则表示t从正值趋于零的极限，即换路最后的初瞬间。上面俩式在数学上表示函数uC(t)和iL(t)在t=0的左右极限相等，即它们在t=0处连续。 三、初始值的计算 （1）电路的过渡过程是从换路后的最初瞬间即t=0+开始的，电路中各电压、电流在t=0+的瞬时值是过渡过程中各电压、电流的初始值。对过渡过程的反分析往往首先计算电路中各电压、电流的初始值。 （2）举例 教材163页 例6-1-1 （3）计算初始值的步骤： 1、根据换路前的电路求t=0-瞬间的电容电压uC(0-)或电感电流iL(0-)。若换路前电路为直流稳态，则电容相当于开路、电感相当于短路。 注意：除uC(0-)、iL(0-)以外，其他电压、电流在t=0瞬间 跃变因而计算它们在t=0-的瞬时值对分析过渡过程是毫无意义的。 2、根据换路定律，换路后电容电压和电感电流的初始值分别等于它们在t=0-的瞬时值，即： uC(0+)=uC(0-)； iL(0+)=iL(0-) 电容电压、电感电流的初始值反映电路的初始储能状态，简称为（电路的）初始状态。 3、以初始状态即电容电压、电感电流的初始值为已知条件，根据换路后（t=0+）的电路进一步计算其他电压、电流的初始值。 （4）举例 教材164页 例6-1-2 四、课堂总结 换路后瞬间电容电压、电感电流的初始值，用 uC(0+)和 iL(0+)来表示，它是利用换路前瞬间 t=0-电路确定uC(0-)和iL(0- )，再由换路定律得到 uC(0+)和 iL(0+)的值。 电路中其他变量如 iR、uR、uL、iC 的初始值不遵循换路定律的规律，它们的初始值需由t=0+电路来求得。具体求法是： 画出t=0+电路，在该电路中若uC (0+)= uC (0-)=US，电容用一个电压源US代替，若uC (0+)= 0则电容用短路线代替。若iL(0+)= iL(0-)=IS，电感一个电流源IS 代替，若iL(0+)= 0则电感作开路处理。 课后作业：3-1 教学设计（010） 课程标题（或章节名称）： 第三章 电路的暂态分析 3.2 RC电路的暂态过程 3.3 一阶电路暂态分析的三要素 课时：2 教学内容：：1、熟悉时间常数t求解；2、了解RC电路的瞬态分析；3、了解RL电路的瞬态分析；4、掌握利用三要素法对RC电路和RL电路进行的瞬态分析。 教学重点、难点 重点：三要素法对RC电路和RL电路进行的瞬态分析。 难点：RC电路和RL电路的瞬态分析，时间常数t的含义。 教学方法与手段： 启发式讲授，讨论发言，多媒体，板书。 教学过程与设计： 一、引入：RC电路的瞬态分析 图示电路，开关S原处于a端且已稳定。在t=0时发生换路，开关S从a端切换到b端。 由换路定律，有初始值 当电路达到新的稳定状态时，有稳态值 最后得全响应的表达式 三要素法： 用f表示一阶线性电路某一支路电流或某两端电压，则其解为 f(t)＝f(∞)＋[f(0+)－f(∞)]e-t/t 式中，初始值f(0+)、稳态值f(∞)与时间常数t合称为三要素。 举例一：分析图示电路，当把开关S由②扳到①后，电容充电过程中uC和iC的变化。 解：设t＝0时刻，将开关S由②扳到①处。 （1）求uC(0+)和iC(0+)。 t＝0前S置于②处，电容C没有充电，因此uC(0-)＝0。uC(0+)=uC(0-)＝0。 因uC(0+)＝0，用短路线代替C，画t＝0+时刻等效电路如图，求得iC(0+)=US/R。 （3）求t。 从C两端看电路，所得代文宁等效电路的等效电阻为R。所以，t=RC。 二、RL电路的瞬态分析 时间常数 或 时间常数t影响动态电路的变化过程，反映电路暂态过程时间的长短。t大则过渡过程时间越长，τ小则过渡过程时间越短。 课后作业：3-2、3-3 教学设计（011） 课程标题（或章节名称）： 第四章 单相正弦交流电 4.1 正弦交流电的基本概念 课时：2 教学内容：：1. 了解正弦交流电的基本概念 2. 掌握正弦交流电的三要素 教学重点、难点 重点：正弦交流电的基本概念和三要素。 难点：相位与相位差。 教学方法与手段： 启发式讲授，讨论发言，多媒体，板书。 教学过程与设计： 一、交流电的基本概念 1．什么是交流电 我们把大小和方向都随时间作周期性变化的电动势、电压和电流分别称为交变电动势、交变电压、交变电流，统称为交流电。如图2-1（b）、（c）、（d）所示为交流电。 图2-1 几种常见电压、电流随时间变化的波形图 （a） 直流量 （b） 正弦波 （c） 矩形波 （d) 锯齿波 【想一想】图2-1（b）的曲线与（c）、（d）的曲线有什么不同？ ※2．正弦交流电的产生  e=Emsin（ωt+φ） 式中Em =Bm lV，称为感应电动势最大值。 【课堂互动】由学生总结产生正弦交变电动势的原理。 二、表示交流电特征的几个物理量 1．频率、周期和角频率 我们把正弦交流电变化一周所需的时间叫周期，用T表示。 交流电在1秒内变化的周数，称为交流电的频率，用f表示。 周期和频率的关系是：T=1/f 1Hz=1s-1。 把发电机线圈每秒钟经过的电角度叫角频率，用ω表示。 ω=α/t 角频率与频率、周期之间，显然有：ω=2π/T=2πf 【课堂互动】我国工业用电的频率为50HZ，周期和角频率是多少？你了解其他国家工业用电的频率吗？ 2．瞬时值、最大值、有效值 （1）瞬时值 规定用小写字母e、u、i表示。 （2）最大值（幅值） 规定用大写字母加脚标m表示，如用Im、Em、Um等来表示交变电流、电动势、电压的最大值。 （3）有效值 交变电流的有效值：即在相同的电阻中，分别通入直流电和交流电，在经过一个交流周期时间内，如果它们在电阻上产生的热量相等，则用此直流电的数值表示交流电的有效值。有效值规定用大写字母E、I、U表示。 根据有效值的定义，可得 再将i=Im sinωt 代入上式，积分可得 同理可得到正弦电压和电动势的有效值 【课堂互动】让学生从有效值的定义通过推导得出结论：正弦交流电的有效值=最大值的0.707。 【例2-1】 某电容器的耐压值为250V，问能否将其用在220V的单相交流电源上？ 3．相位 电角度（ωt+φ）叫做正弦交流电的相位。 4．初相角φ（初相位） 我们把t=0时刻正弦量的相位叫做“初相”，用“φ”表示。规定|φ|≤180。 【想一想】怎样从波形图上看出初相角的正、负？怎样通过初相角为零的波形画出初相角为θ的交流电的波形图？ 5．两个同频率的正弦交流电的相位差 两个同频率的正弦交流电的相位角之差叫相位差。用Δφ表示。例如，已知 则i1和i2的相位差为 Δφ=(ωt+φ1)－(ωt+φ2)=φ1－φ2 这表明两个同频率的正弦交流电的相位差等于它们的初相之差。 ①若相位差△φ=φ1－φ2＞0，且|φ|＜π弧度，称“i1的相位超前于i2的相位”； ②若△φ=φ1－φ2＜0，且|φ|＜π弧度，称“i1滞后于i2”； ③若△φ=φ1－φ2=0，称“i1和i2同相位”（图2-6中的u 和i也是同相位）； ④若相位差△φ=φ1－φ2=180，则称“i1和i2反相位”（图2-6中的u和e是反相位）。 这里必须指出的是，在比较两个正弦交流电之间的相位顺序时，两个正弦量一定要同频率才有意义。 图2-6 同相与反相 【课堂互动】以上讲的这些基本物理量，知道了哪几个量就可以完整地描述一个正弦交流电了？由此引出三要素。 三、正弦交流电的三要素 我们把正弦交流电的最大值、角频率和初相角叫做正弦交流电的三要素。交流电动势、交变电压、交变电流的表达式分别为 上述表达式的含义是：表示了任意时刻交流电的瞬时值。 【例2-2】 如图2-7所示的正弦交流电的角频率为ω，请写出它们的瞬时值表达式。 【例2-3】 一个正弦电压的初相为60，U=100V，T=0.02s，求它的瞬时值表达式。 【讨论】 写出交流电的瞬时值表达式的关键是什么？ 【例2-4】 已知正弦交流电：i1=5 sinωt A i2=10 sin（ωt+45）A i3=50 sin(3ωt-45) A 求：i1和i2相位差。 【讨论】求i2、i3的相位差有意义吗？ 【想一想】怎么求i= i1+i2的表达式？怎么求i= i1－i2的表达式？用什么方法？ 四、小结： 本课主要讲了正弦交流电的基本概念、三要素、相位与相位差。 课后作业： 4-1 教学设计（012） 课程标题（或章节名称）： 第四章 单相正弦交流电 4.2 正弦交流电的相量表示法 课时：2 教学内容：：理解正弦交流电的各种表示方法及互相间的关系，掌握正弦交流电的相量表示法 教学重点、难点 重点：正弦交流电的相量表示法。 难点：正弦交流电的相量表示法。 教学方法与手段： 启发式讲授，讨论发言，多媒体，板书。 教学过程与设计： 一、正弦交流电的表示方法 正弦交流电常用的几种表示方法为：解析法、波形图法（即曲线法）、相量图（即矢量图）、复数表示法（即相量表达式或称极坐标表示）。 二、正弦交流电的相量表示 正弦交流电的相量图表示方法分为：旋转矢量（最大值矢量）法和有效值矢量法。 1．正弦交流电的相量图 （1）旋转矢量表示法： ▲启发问：用矢量表示一个正弦交流电时，应怎么赋予他才能表达出这个交流电来呢？ 通常只用初始位置（t =0）的有向线段Ｉm（或有效值I）来表示一个旋转正弦量。 将表示随时间而在平面上旋转的这一有向线段称为相量，用大写字母上加“”或加“→”符号来表示。如、、分别表示电动势、电压、电流的最大值相量。 （2）有效值矢量法 有效值矢量用、、表示。有效值相量也只画矢量的起始位置。 （3）相量图 相量图是指在一个复平面上表示几个