电工学I电子教案.docx

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1、教 案系 部： 自动化 课 程： 电工技术 班 级：机械自造及自动化 教 师： 刘超 哈尔滨应用职业技术学院教 案授课题目章第一章 电路的根本概念和根本定律授课时间节1.1 电路与电路模型；1.2电压、电流及参考方向； 检查签字授课时数2授课方法讲授教学目的驾驭：1、理解电流产生及条件、电压的物理意义2驾驭电流、电压、电位的参考方向及简洁计算理解：1、理解志向元件和电路模型的概念2、理解电路组成、电路三种状态及特点3、理解电路的实际功能和作用教学重点1、电路及各局部的作用2、电流形成条件、电流和电压以及功率的计算3、电流、电压参考方向与实际方向的关系与推断教学难点1、电流、电压的参考方向2、电

2、位的计算方法3、功率的计算以及元件汲取与释放电能的推断教学内容、方法及过程附记一、实际电路1、电路电路是电流流通的途径,由一些电气器件和设备按肯定方式连接而成。困难的电路是网状，又称网络。电路和网络两个术语是相通的。2、电路的功能（1）实现能量的传输与转换；（2）实现信号的处理与传递。 3、电路最根本的组成（1）电源：是供应电能的设备，如：发电机、信号源等；（2）负载：是指用电设备，如：电灯、空调、冰箱等；（3）中间环节：作电源和负载的连接，如：开关、导线等。参考教法：作为新设课程应让学生对学生对学科有初步相识。从生活、学习、国防及科技等方面加以说明。教学内容、方法及过程附记二、志向电路元件、

3、电路模型1、志向电路元件 志向电路元件是对实际电路器件的电磁属性进展科学抽象后得到。 （1）电阻元件：是一种只表示消耗电能的志向元件，表示符号：R 单位：欧姆 （2）电容元件：是一种只表示储存电场能量的志向元件，表示符号：C 单位：法拉 F（3）电感元件：是一种只表示储存磁场能量的志向元件，表示符号：L 2、实际电路与电路模型 （1）实际电路 由实际电路器件构成的电路。（2）电路模型 由志向电路器件近似模拟实际电路器件构成的电路三、电流及电流的参考方向 1、电流：单位时间内通过某一截面的电荷量称为电流。即： 2、电流的单位：安培（A）3、 电流的实际方向：规定为正电荷运动的方向4、电流的参考方

4、向：任选(1)电流的参考方向与实际方向一样时，电流取正值。(2)电流的参考方向与实际方向相反时，电流取负值。二、电压、电位及电压的参考方向1、电压：a,b两点间的电压为单位正电荷在电场力的作用下由a点挪动到b点所做的功dA。即 2、电压的单位：伏（V）1kV=103V 1mV=10-3V3、电位：某点相对于参考点的电压称为该点的电位。 (1)参考点:随意选取,参考点电位为零. (2)工程上选择大地,设备外壳或接地点为参考点.简要说明电路中电流既表示电流现象又表示衡量电流强弱的物理量教学内容、方法及过程附记4、电压与电位的关系: a,b两点间的电压等于两点间电位差。即5、电压的实际方向规定为高电

5、位指向低电位的方向。6、电压的参考方向：任选(1)计算结果u0，说明电压实际方向与参考方向一样。(2)计算结果u0说明电容元件在汲取电场能量 b、p0说明电感元件在汲取磁场能量； b、p0,电压源实际汲取功率可作为负载；电压源功率p0,电压源对外发出功作为电源； 教学内容、方法及过程附记2、实际电压源模型 (1)实际电压源的伏安特性 U=Us-RsI (2)实际电压源的电路模型和伏安特性曲线 3、志向电流源（1）、志向电流源:是另一种志向二端元件，即电流源输出电流的大小和方向与其端电压无关。（2）、志向电流源的电路模型及伏安特性曲线二、实际电源的等效变换1、实际电源模型（a）实际电压源模型：可

6、看作一志向电压源与一个电阻串联的模型。（b）实际电流源模型：可看作一志向电流源与一个电阻并联的模型。 教学内容、方法及过程附记（1）实际电压源等效变换成实际电流源（2）实际电流源等效变换成实际电压源留意： 1、志向电压源与志向电流源不能等效； 2、电源等效变换只是对外部作用等效，电源内部不等效； 3、变换前后保持端口对应，即Is的参考方向应由Us的负极指向正极。小结：1、志向的电压元件和电流元件。2、实际电源的模型以及二者等效变换条件后记：教 案授课题目章第二章 电路的分析方法授课时间节2.1支路电流法 检查签字授课时数2授课方法讲授教学目的驾驭：支路电流法的根本过程理解：无教学重点支路电流法

7、的分析过程的方法教学难点无教学内容、方法及过程附记前提：在电路的计算过程中，求解电路中电压和电流等根本的物理参量是电路分析的第一步骤，也往往是电路分析过程中最重要的一步。一、独立节点、独立回路：结合右图：说明独立节点、独立回路概念：1独立节点：对电路中每一节点均可写出对应电流须遵循的KCL方程形式，其中必有一个可由其他方程推导出，而不能由其他节点KCL方程导出的KCL方程，称独立节点方程，对应节点为独立节点。独立节点数：为n - 12独立回路：对电路中每一回路均可写出对应电压须遵循的KVL方程形式，其中必有一局部可由其他回路方程推导出，而不能由其他回路KVL方程导出的KVL方程，称独立回路方程

8、，对应回路为独立回路。教学内容、方法及过程附记独立回路数等于网孔数：m = b n + 1结合上图，在理解概念要领根底上提问独立节点及独立回路二、支路分析法：1定义：以各支路电流为未知量，在已知电路构造及元件参数前提下，应用基尔霍夫定律列出独立节点电流方程和独立回路电压方程，联列方程组求解出各支路电流，进而可确定各支路(或各元件)的电压及功率，这种解决电路问题的方法叫做支路电流法。说明：对于具有b条支路、n个节点的电路，可列出(n - 1)个独立的电流方程和m = b - (n - 1)个独立的电压方程。独立节点确实定可依据：在电路分析中选取一参考点，余下的则为独立节点，数目n 1。求解n条支

9、路电流，须补充m个独立网孔电压方程。三、方法及步骤：1选定各支路参考电流方向及回路环绕方向（一般多电源选取大电动势方向为环绕方向，电流方向亦参照）。2伏先列写n - 1个独立节点电流方程，解b 个电流缺b - (n - 1)个方程，缺乏补KVL独立方程。3列写m个网孔的KVL方程4联列方程组求电流5结合所求电流确定所需电压或功率。例1：已知E1 = 40 V，E2 = 5 V，E2 = 25 V， R1 = 5 W，R2 = R3 = 10 W，试求：各支路电流I1、I2、I3分析：该电路支路数b = 3、节点数n = 2，所以应列出1 个节点电流方程和2个网孔电压方程，并依据 SRI = S

10、E 列回路电压方程的方法：解 (1) I1 = I2 + I3 (任一节点)(2) R1I1 + R2I2 = E1 + E2 (网孔1)(3) R3I3 -R2I2 = -E2 (网孔2)代入已知数据，解得：I1 = 4 A，I2 = 5 A，I3 = -1 A。电流I1与I2均为正数，说明它们的实际方向与图中所标定的参考方向一样，I3为负数，说明它们的实际方向与图中所标定的参考方向相反。教学内容、方法及过程附记例2：电路中，已知E1 = 40 V，E2 = 5 V，E2 = 25 V， R1 = 5 W，R2 = R3 = 10 W，试求：各支路电流I1、I2、I3画图分析：首先确定各支路

11、电流参考方向 分析独立节点及独立回路，确定节点方程及网孔方程 I1 + I2 = I3 (任一节点) R1I1 - R2I2 = E1 - E2 (网孔1) R3I3 +R2I2 = E2 -E3解方程组，求解结果。小结：1、学会断定独立节点、网孔2、驾驭支路分析法解题思路及方法，并能娴熟应用后记：教 案授课题目章第二章 电路的分析方法授课时间节2.2 叠加定理检查签字授课时数2授课方法讲授教学目的驾驭：1、线性电路的概念2、叠加定理的表示及应用理解：替代定理的表述教学重点1、叠加定理的表述2、应用叠加定理解决实际电路教学难点利用叠加定理分析和计算电路教学内容、方法及过程附记复习：支路电流法的

12、解题过程导入：多电源电路和梯形电路的处理解决方法一、叠加定理1、叠加定理：在线性电路中，当有两个或两个以上的独立源作用时，则随意支路的电流或电压响应，等于各个独立源单独作用时在该电路产生的电流或电压响应的代数和。 独立源单独作用意味着： （1）不作用的电压源的电动势为零，相当于短路。（2）不作用的电流源的电流为零，相当与开路。2、运用叠加定理求解的步骤 （1）在电路中标明代求支路电流和电压的参考方向。 （2）分别作出每一电源单独作用时的电路，用分析简洁电路的方法求解各支路电流或电压。 （3）将各电源单独作用于电路使计算出的电流或电压重量进展叠加，求出原教学内容、方法及过程附记电路中待求的电流和

13、电压。例1：如图所示电路，试用叠加定理求4V电压源发出的功率。解：功率不行叠加，可先求出元件上的电流，再由UI求出功率。用叠加定理，将原图分解为b、c两个图（1）对图b（2）对图a由叠加定理可得两电源共同作用时：4V电压源发出的功率：3、叠加定理应用需留意以下几点：（1）叠加定理只适用于线性电路。（2）叠加定理本质上包含“叠加性”和“齐次性”双重含义。所谓“齐次性”是指某一独立电源扩大或缩小K陪时，该独立源单独作用所产生的响应重量亦扩大或缩小K陪。（3）留意各电源单独作用时所得各支路电流和电压重量的参考方向与原电路各支路电流和电压的参考方向一样取正，相反取负叠加。 （4）叠加定理只对独立电源产

14、生的响应叠加，受控源只相当于电阻。叠加原理同样具有局限性，电源不能太多，否则困难教学内容、方法及过程附记例2：如图所示电路，已知E1 = 17 V，E2 = 17 V，R1 = 2 W，R2 = 1 W，R3 = 5 W，试应用叠加定理求各支路电流I1、I2、I3 。解：(1) 当电源E1单独作用时，将E2视为短路，设R23 = R2R3 = 0.83 W则 (2) 当电源E2单独作用时，将E1视为短路，设R13 =R1R3 = 1.43 W则 (3) 当电源E1、E2共同作用时(叠加)，若各电流重量与原电路电流参考方向一样时，在电流重量前面选取“+”号，反之，则选取“-”号：I1 = I1-

15、 I1 = 1 A， I2 = - I2 + I2 = 1 A， I3 = I3 + I3 = 3 A该题亦可用支路电流法求解，要求学生列支路法方程组，比拟两种方法简易小结： 叠加定理本质上是线性电路的叠加，非线性电路并不适用，在应用叠加定理处理电路时应留意电路中电源和负载元件的电压参考方向。后记：教 案授课题目章第二章 电路的分析方法授课时间节2.3 网络的化简检查签字授课时数2授课方法讲授教学目的驾驭：1、二端线性电阻网络的等效化简2、电源互换原理化简二端线性电路理解：电路化简的根本思想方法教学重点1、电阻网络的化简2、电源等效变换化简教学难点1、混联电路的分析方法2、电源互换原则的应用教

16、学内容、方法及过程附记一、二端线性电阻网络的等效化简1、二端网络的端口电阻定义串联电路：并联电路：例题1： 已知R1 = R2 = 8 W，R3 = R4 = 6 W，R5 = R6 = 4 W，R7 = R8 = 24 W，R9 = 16 W；电压U = 224 V。试求：（1）电路总的等效电阻RAB与总电流IS； (2) 电阻R9两端的电压U9与通过它的电流I9。教学内容、方法及过程附记解：(1) R5、R6、R9三者串联后，再与R8并联，E、F两端等效电阻为： REF = (R5 + R6 + R9)R8 = 24 W24 W = 12 WREF、R3、R4三者电阻串联后，再与R7并联，

17、C、D两端等效电阻为：RCD= (R3 + REF + R4)R7 = 24 W24 W = 12 W总的等效电阻 ： RAB =R1 + RCD + R2 = 28 W总电流 ：IS = U/RAB =224/28 = 8 A利用分压关系求各局部电压： UCD =RCD IS = 96V，等效节点例2：已知R = 10 W，电源电动势E = 6 V，内阻r = 0.5 W，试求电路中的总电流I。二、利用“电源互换原理”化简有源二端线性网络1、等效原理：实际电源可用一个志向电压源E和一个电阻r0串联的电路模型表示，其输出电压U与输出电流I之间关系为U = E - r0I 实际电源也可用一个志向

18、电流源IS和一个电阻rS并联的电路模型表示，其输出电压U与输出电流I之间关系为U = rSIS - rSI对外电路来说，实际电压源和实际电流源是互相等效的教学内容、方法及过程附记例题3：如图所示的电路，已知：E1 = 12 V，E2 = 6 V，R1 = 3 W，R2 = 6 W，R3 = 10 W，试应用电源等效变换法求电阻R3中的电流。解：(1) 先将两个电压源等效变换成两个电流源，如图2所示，两个电流源的电流分别为： IS1 = E1/R1 = 4 A，IS2 = E2/R2 = 1 A(2) 将两个电流源合并为一个电流源，得到最简等效电路，如图3所示。等效电流源的电流： IS = IS

19、1 - IS2 = 3 A其等效内阻为： R = R1R2 = 2 W(3) 求出R3中的电流为小结：1、电阻电路的分析和化简2、有源二端线性网络的化简和计算后记：教 案授课题目章第三章 电路分析方法授课时间节2.4戴维宁及诺顿等效网络定理检查签字授课时数2授课方法讲授教学目的驾驭：1、二端口网络的定义2、戴维宁定理的表述理解：诺顿定理的应用以及诺顿定理与戴维宁定理之间的关系教学重点1、戴维宁定理的表述和应用教学难点1、端口电压和等效电阻的求解2、端口电流和等效电阻的求解教学内容、方法及过程附记复习：（1）无源网络的化简方法 （2）有源二端网络的化简方法一、二端口网络理论简介（单口网络）1.单

20、口网络：是指一个网络对外引出两个端钮，构成一个端口，此网络及其引出的一个端口共同称为单口网络2.单口网络的等级（1）不含独立电源的单口网络电阻R0（2）含有独立电源的单口网络，这就是戴维宁定理和诺顿定理要解决的问题。 二、戴维宁定理：1.戴维宁定理内容 任一线性含独立电源的单口网络对外而言，总可以等效为一志向电压源与电阻串联构成的实际电源的电压源模型。教学内容、方法及过程附记（1）电压源的电压uoc等于该网络的端口开路电压。 （2）串联电阻R0等于去掉内部独立源（几个个独立电源置零，电压源短路，电流源开路），从端口看进去的等效电阻。2.戴维宁定理的图形描绘。(1)将外电路去掉，端口ab处开路，

21、由N网络计算开路电压uoc (2)试验测得，将ab端口开路，用电压表测得开路处的电压uoc 3.等效电阻R0的求解方法（1）等效法:去掉N网络的独立电源，用串、并联简化和Y-变换等方法计算出a、b端口看去的等效电阻R0（2）短路电流法：在计算出a、b端口开路电压uoc后，将ab端口短接，求短接处的短路电流Isc,从而得 (3)外加电压法：去掉N网络内部的独立电源，在ab端口处家电压源u，求端口处的电流I，则(4)外加电流法：去掉N网络内部的独立电源，在ab端口出加电流源I，求出端口电压u，则三、诺顿定理1.诺顿定理的内容 任一线性含源单口网络，对外而言，总可以等效为一电流源与一电导并联的实际电

22、源的电流源模型。 （1）电流源的电流Isc等于该网络的端口端路电流 （2）等效并联电导G0为该网络去掉内部独立电源后，从端口处得到的等效电导。2.诺顿定理的图形描绘教学内容、方法及过程附记例如图所示电路，求图示电路的戴维宁等效电路。解： 小结：1、二端口网络的概念2、戴维宁定理和诺顿定理的表述和应用后记：教 案授课题目章第三章 正弦沟通电路授课时间节3.1 正弦量的根本概念检查签字授课时数2授课方法讲授教学目的驾驭：1、正弦信号的波形2、正弦量的三要素3、相位差的定义理解：相位差的特点教学重点1、正弦量的三要素2、相位差的计算和推断教学难点1、正弦信号的波形及三要素2、相位差的概念及计算教学内

23、容、方法及过程附记一、正弦量1、时变电流和时变电压随时间变更的电流或电压，称为时变电流或电压。常见的时变信号：2、周期电流和周期电压：随时间做周期变更的电流或电压称为周期电流或电压。以周期电流为例，可表示为：，T表示周期。教学内容、方法及过程附记3正弦量（1）正弦沟通电压或电流 随时间按正弦规律变更的沟通电流或电压称为正弦电流或电压。（2）正弦量 正弦电压、电流统称为正弦量或正弦沟通电二、正弦量的三要素1.正弦电流 ， 和 分别称为振幅，角频率和初相位。此三个量称为正弦量的三要素。波形如图所示。2. 振幅正弦量在一个周期内的最大值称为振幅。用 Am 表示（） Im 为电流i的振幅（）为电压u的

24、振幅3.周期，频率和角频率 （1）周期 正弦量变更一次所用的时间称为周期，用T表示单位为秒（s）。（2）频率正弦量单位时间内变更的周期数称为频率。用f表示，单位为赫兹（Hz）. 周期与频率的关系： 频率的单位： 我国工频为： （3）角频率单位时间内相位的变更，称为角频率，用 表示，单位为弧度秒。 的含义三者均用来表示正弦量变更的快慢。 三者的关系： 4、相位和初相（1）相位教学内容、方法及过程附记 正弦电流表示式中称为正弦电流的相位，相位表示正弦量变更的进程，表示正弦量某时刻的状态（2）初相 正弦量在t=0时的相位，称为初相。如，的取值范围为 ，正弦量离原点最近的最大值出如今原点之前。 ，正弦

25、量离原点最近的最大值出如今原点之后三、 正弦量的相位差设随意两个同频率的正弦量，u和i的频率一样而振幅、初相不同，二者的步调不一样，我们用相位差表示“步调”的不一样。 1. 相位差 两正弦量相位之差称为相位差，即u与i的相位差为 ，规定的取值范围是。强调：同频率正弦量的相位差与计时起点的选择无关。计时的起点不同，各同频率正弦量的初相不同，但它们之间的相位差是不变的。探讨的值的详细含义小结：后记：教 案授课题目章第三章 正弦沟通电路授课时间节3.2 正弦量的相量表示法检查签字授课时数2授课方法讲授教学目的驾驭： 1、相量的根本运算法则2、正弦量的相量表示方法理解：正弦量与相量之间的关系教学重点正

26、弦量的相量表示法教学难点1、正弦量的相量表示2、正弦量与相量之间的区分教学内容、方法及过程附记一、复数及其运算 1、复数及其表示 复数A=a+jb, a称为复数A的实部,表示为： a=ReA=Rea+jb b称为复数A的虚部,表示为： b=ImA=Ima+jb(1)复数的代数形式(直角坐标形式)教学内容、方法及过程附记(2)复数的三角形式：；(3)复数的指数形式：(4)复数的极坐标形式：2、复数运算(1)复数相等 两个复数相等,则实部和虚局部别相等.例如：若则有：注：若两复数为极坐标形式，二者相等时，则意味着模相等、辅角相等。 (2)加减运算直角坐标式法.几何作图法-平行四边形法或三角形法(3

27、)乘法运算：即复数相乘时,其模相成,辐角相加。(4)除法运算：，即复数相除时,其模相除,辐角相减.教学内容、方法及过程附记二.相量正弦相量的几何意义是：旋转相量在实轴上的投影就是正弦量，正弦量与相量是对应关系而不是相等关系。小结：1、正弦量的相量表示方法。2、正弦相量的几何意义及正弦量和相量的区分后记：教 案授课题目章第三章 正弦沟通电路授课时间节3.3 元件约束相量形式检查签字授课时数2授课方法讲授教学目的驾驭：1、电阻、电感和电容元件的欧姆定律向相量形式2、电阻、电感和电容元件的电压与电流相位关系3、容抗与感抗的表达式理解：感纳与包容的定义及表达式教学重点1、电路元件的电压和电流关系的相量

28、形式2、电阻、电感和电容元件的电压与电流相位关系3、容抗与感抗的表达式教学难点1、电路元件的欧姆定律直流形式与相量形式的区分2、阻抗的定义和表达形式3、容抗与感抗表达式的推导教学内容、方法及过程附记一、电阻元件电压电流关系的相量形式： 1、电阻元件 （1）电阻元件时域 形式的电压与电流关系： u = Ri 教学内容、方法及过程附记（2）电阻元件的相量形式：结论：电阻元件的电压与电流关系 U=RI 或 I=GU(G=1/R) 电阻元件电压与电流相位关系：即电压与电流同相。二、电感元件电压电流关系的相量形式1、电感元件时域形式的电压电流关系：设电感元件两端电压电流为：2、电感元件电压电流的相量关系

29、：结论： 电感元件电压与电流大小关系为： 电感元件电压与电流的相位关系为：电感元件的相量形式： 3、感抗与感纳 （1）感抗： 单位欧【姆】（） 电感相当于短路 电感相当于开路 （2)感纳：表示电感对正弦电流的导通实力。 单位西【门子】（S）教学内容、方法及过程附记三、电容元件电压电流关系的相量形式1、电容元件时域形式的电压电流关系为：设电容元件两端的电压、电流为：2、电容元件的相量形式：结论：电容元件电压电流大小关系为： 电容元件电压电流相量关系为：。 即电流I超前电压U /2.3、容抗与包容 （1）容抗Xc：表示电容对正弦电流得阻碍作用 0，Xc 电容元件相当于开路 ，Xc0 电容元件相当于短路 （2）包容Bc：小结：1、电阻元件的电