電工基礎(chǔ)教案

1、第一章 直流電路第一節(jié) 直流電路的基本概念一、電路的組成：由電源、負(fù)載、開關(guān)和導(dǎo)線等按照一定的方式連接起來的閉合回路，稱為電路。 S E R 1、電源：在電路中提供電能的，如干電池，蓄電池，交直流發(fā)電機(jī)等。2、負(fù)載（用電器）：消耗能量的設(shè)備，如電燈、電爐和電動(dòng)機(jī)等。3、開關(guān)：用來實(shí)現(xiàn)對(duì)電路進(jìn)行控制和保護(hù)作用等。如：刀閘開關(guān)、熔斷器等。4、導(dǎo)線；用來聯(lián)接電路的，為電路提供通路的。在電路中起輸送電能的作用。常用銅、鋁等材料制作。二、電流 1、電流：導(dǎo)體中自由電子在電場(chǎng)力的作用下作定向移動(dòng)，形成電流。2、方向： 通常，我們把正電荷定向移動(dòng)的方向定為電流的方向，而電子移動(dòng)的方向和電流的方向正好相反。3

2、、電流的大?。涸跀?shù)值上等于單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量的多少。用符號(hào)I 表示 I = Q / t式中 I 電流 （A）； Q 電荷量 （C）； t 時(shí)間 （s）。4、電流的測(cè)量：常用電流表。注意：a、量稱 b、極性 c、與被測(cè)電路串連。 例一、P4 如果3 s 內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量是12 C ，求通過導(dǎo)體的電流是多少？如果通過導(dǎo)體的電流是0.3 A，那么3s 內(nèi)將有多少電量通過導(dǎo)體截面？ 解：公式 I=Q / t三、電位、電壓、電動(dòng)勢(shì)1、電位（V）： 1）、電位：把正電荷在某點(diǎn)具有的能量，稱為該點(diǎn)的電位。 正電荷從高電位流向低電位；負(fù)電荷恰好相反2）、參考點(diǎn)：通常將大地作為參考點(diǎn)，且電位為

3、零。3）、電位的正負(fù)：正電位某點(diǎn)電位高于參考點(diǎn)的電位。 負(fù)電位與正電位相反。4）、不同的參考點(diǎn)，電位不同，即電位的大小與參考點(diǎn)有關(guān)。 例 ：P6 求：VA，VB ， VC A 3V B 6V C A 3V B 6v C 2、電壓1)、電壓（U）：電路中某兩點(diǎn)的電位差，叫做該兩點(diǎn)間的電壓。2）、方向：由高點(diǎn)位指向低電位。3）、單位：伏特（V）4）、測(cè)量：電壓表 注意：a、并列在被測(cè)電路中 b、極性 c、量稱3、電動(dòng)勢(shì)（E）1）、電動(dòng)勢(shì)：電源正負(fù)極間存在電位差，導(dǎo)線中便存在著電場(chǎng)，自由電子在電場(chǎng)力的作用下，沿導(dǎo)線由負(fù)極移向正極，而電源力（非電場(chǎng)力）再把負(fù)電荷由正極送到負(fù)極，因而做功W 。 電動(dòng)勢(shì)E

4、=W/q q 電荷量（C）2）、方向：由電源的負(fù)極經(jīng)由內(nèi)電路指向電源的正極。四、電阻1、電阻（R）：導(dǎo)體中的自由電子在運(yùn)動(dòng)過程中，自由電子間的碰撞及自由電子與原子間的碰撞，阻礙了電子的移動(dòng)，稱其為電阻。2、單位： 歐姆（）、K、M3、導(dǎo)體的電阻：R =L/S 導(dǎo)體的材料（.M）； L 導(dǎo)體的長(zhǎng)度（M）； S 導(dǎo)體的界面（M2）。例2 P12 第二節(jié) 歐姆定律一、 部分電路的歐姆定律 部分電路：電路中的一部分，叫做部分電路。 I R U=RI I=U/R例 P14 二、全電路歐姆定律 S I E r U + R 全電路：由內(nèi)電路和外電路組成的閉合回路的整體。全電路歐姆定律：I = E / (R+

5、r) U= E - I r注意兩種特殊狀態(tài)：1、 開路 2、短路第三節(jié) 電阻的串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)一、電阻的串聯(lián)1、串聯(lián)：各個(gè)電阻首尾相聯(lián)，稱為電阻的串聯(lián)。 R1 R2 2、特點(diǎn)：1）、電流：相等。 2）、總電壓：等于各個(gè)電阻上分電壓之和。 3）、總電阻：等于各分電阻之和。R= R1+ R2。 4）、每個(gè)電阻上的電壓與總電壓之間的關(guān)系為： U1=(R1/R )U U2=(R2/R) U 可見，每個(gè)電阻上分得的電壓大小和電阻成正比。3、應(yīng)用：1）、分壓器 2）、擴(kuò)充電壓表的量程。例12 P23二、電阻的并聯(lián)1、并聯(lián)：各個(gè)電阻首首相聯(lián)，尾尾相聯(lián)。 R1 R2 2、特點(diǎn)：1）、并聯(lián)支路兩端電壓相等 2）

6、、總電流：等于各個(gè)支路電流之和 3）、總電阻：總電阻的倒數(shù)等于各個(gè)電阻的倒數(shù)之和 1/R= 1/R1+1/R24）、每一個(gè)電阻上流過的電流和電阻成反比 I1=( R/R1 )I3、應(yīng)用：1）、可獲得小電阻（總電阻小于任何一個(gè)并聯(lián)電阻） 2）、電壓相同的負(fù)載并列使用，互不影響 3）、擴(kuò)大電流表的量程三、電阻的混聯(lián)： 既有串聯(lián)又有并聯(lián)的連接方式叫做混聯(lián)。P24 第四節(jié) 電功和電功率一、電功1、電功（電場(chǎng)力做的功）：電場(chǎng)力把電荷從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)，對(duì)電荷所做的功，稱為電功。2、大?。?W=q u 而 q=I t 所以 W=u I t 對(duì)電阻電路 U=RI W=I2Rt=U2/Rt其中 w功率，焦耳J

7、I電流，安培A； u電壓，伏特V。 3、單位：國(guó)際單位 焦耳（J），常用單位 度（千瓦小時(shí)） 1KW.h = 3.6 X 106 J二、電功率1、電功率：電場(chǎng)力在單位時(shí)間內(nèi)所做的功 2、大?。?P=w/t=u iP電功率，瓦特w 。3、單位：W、KW注意：電器上通常標(biāo)注的功率和電壓，即為設(shè)備的額定功率和額定電壓。三、焦耳楞次定律電流通過導(dǎo)體會(huì)發(fā)熱，Q=I2Rt 例17 例18 第五節(jié) 電容器一、電容器與電容1、電容器：任意兩塊非常接近的金屬導(dǎo)體（極板），中間隔以絕緣介質(zhì)（空氣、云母和陶瓷等），形成一個(gè)電容器。2、電壓與電量的關(guān)系： Q=CU C電容器的電容量 C=Q/U3、C的意義：在一定電壓

8、下，電容器儲(chǔ)存電荷量的大小。C的單位：法拉（F）、微法（F），皮法（F）1F=106F=1012PF二、電容器的種類：P36 見圖 三、電容器的串聯(lián)和并聯(lián)1、串聯(lián)：1）、電容器的串聯(lián)：兩個(gè)或兩個(gè)以上的電容器依次首尾相聯(lián)。 C1 C2 2）、串聯(lián)的特點(diǎn)：a、每個(gè)電容器上的電荷量都相等，等于等效電容上的電荷量， Q1 = Q 2 = Q b、總電壓等于各個(gè)電容上的電壓之和。 U=U1+U23）、等效電容：經(jīng)過推導(dǎo)知：總電容的倒數(shù)等于各個(gè)電容的倒數(shù)和。1/C=1/C1+1/C22、電容器的并聯(lián) 1）、并聯(lián)：多個(gè)電容器首首相聯(lián)，尾尾相聯(lián)。 C1C22）、特點(diǎn)：a、電壓相等 b、總電荷量等于各電容電荷量

9、之和，Q=Q1+Q2 c、總電容等于各個(gè)并聯(lián)電容之和，C=C1+C2 第二章 磁與電磁 第一節(jié) 磁場(chǎng)的基本概念一、磁場(chǎng)和磁力線1、磁場(chǎng)：磁鐵周圍存在著一個(gè)肉眼看不見的特殊物質(zhì)，這種物質(zhì)稱為磁場(chǎng)。2、磁力線：用來描述磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁場(chǎng)的大小和方向的概念。1）、磁力線在磁鐵外部總是叢N極出，S極入；在磁鐵內(nèi)部則相反。2）、磁場(chǎng)的大小用磁力線的疏密程度表示；磁場(chǎng)的方向即為磁力線在該點(diǎn)的切線方向。3）、磁力線是一些封閉的曲線。 二、電流的磁場(chǎng)1、通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)是以通電直導(dǎo)線為中心的一組同心圓，方向滿足右手螺旋定則，四個(gè)彎曲手指指向磁場(chǎng)方向，大拇指指向?yàn)殡娏鞯姆较颉?I例：P51 學(xué)員判斷2、通電線圈的磁

10、場(chǎng)右手螺旋定則同時(shí)適合螺線管線圈，四個(gè)彎曲手指為電流的方向，大拇指方向線圈磁場(chǎng)的N極。 i例：P51 學(xué)員判斷三、磁場(chǎng)的基本物理量1、磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）：1)、作用：描述磁場(chǎng)中各點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。2）、大?。捍鸥袘?yīng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于與磁場(chǎng)方向相垂直的單位長(zhǎng)度的導(dǎo)體，通過單位電流時(shí)所受的作用力。 勻強(qiáng)磁場(chǎng)中： F=BLI B = F / L I I 其中 B磁感應(yīng)強(qiáng)度，T； L導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度，M； F導(dǎo)體所受的作用力，N。3）、單位：特斯拉（T）2、磁通磁通（） ：磁感應(yīng)強(qiáng)度B 與垂直與磁場(chǎng)方向的面積S的乘積。 =BS B=/S 磁感應(yīng)強(qiáng)度B（磁密）：?jiǎn)挝幻娣e上磁力線條數(shù)。3、磁場(chǎng)強(qiáng)度（H）

11、：用來確定磁場(chǎng)和電流間關(guān)系的物理量。 大小：H=IN/L1）、磁導(dǎo)率：表示磁場(chǎng)中媒介質(zhì)的導(dǎo)磁性能的物理量。2）、真空的磁導(dǎo)率為 0=410-7 亨利/米（H/M） 3）、相對(duì)磁導(dǎo)率：任一媒介質(zhì)磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率0的比值。 r=/04）、磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H的關(guān)系 B=H 第二節(jié) 鐵磁物質(zhì)的磁化和分類（省略）媒介質(zhì)的分類：根據(jù)r 的大小分為鐵磁性物質(zhì)和非鐵磁性物質(zhì)。非鐵磁性物質(zhì)：如空氣、木材等。鐵磁性物質(zhì)：如鑄鐵、硅鋼片等，可用來制作所有電磁設(shè)備鐵芯。1）、磁場(chǎng)強(qiáng)度（H）：表示磁場(chǎng)性質(zhì)的物理量。大小為磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）與媒介質(zhì)的磁導(dǎo)率（）的比值。 H=B/一、鐵磁性物質(zhì)的磁化物質(zhì)的

12、磁化：本來不帶磁性的物質(zhì)，由于受磁場(chǎng)的作用而具有了磁性的現(xiàn)象（只有鐵磁性物質(zhì)才能被磁化）。原因： 鐵磁性物質(zhì)有許多磁疇組成，每一個(gè)磁疇相當(dāng)于一個(gè)小磁鐵。 在外磁場(chǎng)作用下，磁場(chǎng)會(huì)沿著磁場(chǎng)方向取向排列，形成附加磁場(chǎng)從而磁場(chǎng)顯著增強(qiáng) 有些鐵磁性物質(zhì)，在去掉外磁場(chǎng)后，磁疇的一部分或大部分仍保持取向一致，對(duì)外仍是顯磁性，從而形成了永久性磁鐵。應(yīng)用：廣泛使用在電子和電氣設(shè)備中，如使變壓器，電機(jī)在同容量下體積小，重量輕。1、磁化曲線：為了具體分析研究某種材料的導(dǎo)磁性能，用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)試磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場(chǎng)強(qiáng)度H的關(guān)系曲線。 2、磁滯回線：鐵質(zhì)性物質(zhì)經(jīng)過多次磁化，退磁的循環(huán)，得到一個(gè)封閉對(duì)稱于原點(diǎn)的閉合曲線?；?/p>

13、本磁化曲線：鐵磁性材料，在反復(fù)交變磁化中，可得到一系列大小不一的磁滯回線，連接各條對(duì)稱的磁滯回線的頂點(diǎn)，得到一條曲線叫基本磁滯回線。剩磁和矯頑磁力越大的鐵磁性物質(zhì)，磁滯損耗就越大。鐵磁性物質(zhì)的分類根據(jù)磁滯回線形狀：軟磁性物質(zhì)，硬磁性物質(zhì)和矩磁性物質(zhì)。1）、軟磁性物質(zhì)：磁滯回線窄而陡，包圍面積小，損耗小，易磁化。2）、硬磁性物質(zhì)：與軟磁鐵相反。3）、矩磁性物質(zhì)：是一種具有矩形磁滯回線的鐵磁性物質(zhì)。 第三節(jié) 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用 一、通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力1、磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)體的作用1）、實(shí)驗(yàn)過程： P65 圖2182）、結(jié)果：通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力3）、力的方向：左手定則；力的大?。篎=IBL (條件：電

14、流與磁場(chǎng)垂直)4）、例：P66 圖 2202、磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用 1）、大?。?F=IBS (條件：S平面與B間的夾角為零)2）、方向：由右手螺旋定則確定。3）、應(yīng)用：電機(jī)及各種儀表的工作原理。二、通電導(dǎo)體間的相互作用 兩根并行的通電導(dǎo)體，那么一根導(dǎo)體就處在另一根導(dǎo)體的磁場(chǎng)中，電流在磁場(chǎng)中受力，因此，兩導(dǎo)體間相互作用。1、若I1、I2 同方向，則相吸；反之，相斥。2、力的大?。篎=0.2 I1 I2 L/a 10-6 (N)3、應(yīng)用：架空線路間的線間距以及短路的危害。 第四節(jié) 電磁感應(yīng)一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的條件：1）、導(dǎo)體切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體兩端將產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，若將導(dǎo)體連接成

15、閉合回路，則有電流通過。2）、穿過任一回路內(nèi)的磁通量發(fā)生變化時(shí)，閉合回路中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)和感生電流。二、導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感生電勢(shì)1、感生電動(dòng)勢(shì)的方向（發(fā)電）：右手定則。大拇指為導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方向；四個(gè)手指為感生電動(dòng)勢(shì)的方向。2、感生電動(dòng)勢(shì)的大?。?e=BLVSin 運(yùn)動(dòng)方向和B的夾角三、線圈磁通變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1、 楞次定律：當(dāng)閉合回路中磁通量發(fā)生變化時(shí)，在回路中就有感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。線圈中感應(yīng)電流的方向，總是使它產(chǎn)生的磁場(chǎng)阻礙閉合回路中原來磁通量的變化，這個(gè)規(guī)律，稱為楞次定律。 方向：由右手定則確定。大?。篹 = -N d/dt具體：1）、判斷回路原磁場(chǎng)的方向和變化趨勢(shì)。 2）、感生電流的方向

16、總是阻礙原磁通的變化。2、法拉第電磁感應(yīng)定律 楞次定律：給出了回路中磁通量變化時(shí)感生電勢(shì)的方向 法拉第電磁感應(yīng)定律：計(jì)算感生電勢(shì)的大小，e = -N d/dt第五節(jié) 自感與互感一、自感現(xiàn)象與電感自感現(xiàn)象：由于線圈中本身電流的變化，在線圈中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，所產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì)。e = - L di / dt二、互感現(xiàn)象 把兩個(gè)線圈靠近，若在一個(gè)線圈中通有電流并產(chǎn)生磁通，此磁通不僅穿過本線圈，且有一部分磁通穿過另一線圈。 互感現(xiàn)象：由相鄰線圈中電流變化而引起 感生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。注意：同名端的意義規(guī)定了同名端，就可以較方便的標(biāo)出互感線圈的電流和互感電動(dòng)勢(shì)的參考方向。1、互感電動(dòng)勢(shì)的大

17、小線圈1的電流i1在線圈2中產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)為e12 = - M12 di2 / dt線圈2的電流i2在線圈1中產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)為e21= - M21 di1 / dt 因 M12 = M21 所以 e12 = - M di2 / dt e21= - M di1 / dt2、互感電動(dòng)勢(shì)的方向 與磁通的變化及線圈的繞向有關(guān)。在制造時(shí)，用符號(hào)“?！眮肀硎揪€圈的繞向。這樣，只要知道電流的方向和變化趨勢(shì)，就會(huì)判斷出感生電動(dòng)勢(shì)的方向。 1）、舉例：I 增大，則4、5 的繞向一致，均為正，即1、4、5為同名端。 1 2 3 4 5 6 可見：線圈只要繞向一致，其感生電動(dòng)勢(shì)的極性便是相同的，而與電流的變化無

18、關(guān)。2）、同名端：把繞向一致，感生電勢(shì)極性保持一致的線圈端子稱為之。3）、判斷方法：根據(jù)原線圈中外同電流的變化趨勢(shì)，可知其自感電勢(shì)的極性，再根據(jù)同名端，即可知其它線圈的極性。 第三章 交流電路的基礎(chǔ)知識(shí) 第一節(jié) 單相交流電一、交流電和直流電的區(qū)別1、一般指大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流（或電壓）。2、交流電：按正弦規(guī)律變化的交流電。3、正弦交流電：大小和方向都隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的交流電。二、正弦交流電勢(shì)的產(chǎn)生：有交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生三、正弦交流電的概念1、特點(diǎn)：1）、瞬時(shí)性 2）、周期性 3）、規(guī)律性2、正弦量的三要素：正弦交流電的表達(dá)式為 u=UmSin（t+i） i= ImSin（t+u）1）

19、、最大值（振幅）Um 、Im ：正弦交流電上下變化的幅度，即可能達(dá)到的最大值。 2）頻率f ：正弦交流電每秒鐘變化的次數(shù)。角頻率反應(yīng)了相位角變化的快慢。 =2/T=2f (rad/s) f =/2（Hz） 周期：正弦交流電每變化一次所需要的時(shí)間， T= 1/ f (s) 3）初相位：相角在t=0時(shí)的角。它表示正弦波起點(diǎn)與原點(diǎn)間間隔的角度。3、正弦交流電的有效值1）、有效值：把交流電和直流電分別通入相同的電阻中，在相同的時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生的熱量相同，則把該直流電定義為此交流電的有效值。2）、關(guān)系為：I=IM/2 IM = 2 I 注意：各電工儀表所測(cè)量的值，設(shè)備名牌上所標(biāo)柱的值，均為有效值。4、正弦交

20、流電的表示法：解析法、圖形法和相量法。1）、解析法：用正弦函數(shù)來表示正弦量的方法。u=UmSin（t+i）2)、圖形法：把解析描繪成正弦曲線的方法。常用五點(diǎn)法。3）、相量法： 將正弦交流電用有效植與初相角表示的形式。 相量圖：同頻率的幾個(gè)正弦量的相量可以畫在同一圖上，這樣的圖、稱為相量圖。例如：u=60Sin（t+60o） i= 30Sin（t+30o） U I 四、電阻、電感和電容在交、直流電路中的作用1、電阻在交、直流電路中的作用 （電阻在直流電路中的作用已經(jīng)講過） i R若 i= Im Sin（t+i） 則u= RIm Sin（t+i）Um= RIm電阻元件其電壓和電流是同相位的2、純電

21、感電路（在直流中相當(dāng)于短路） L若 u=UmSin（t+i） i= ImSin（t+u） 由u=Ldi/dt 得 U=IL u=i+90o電感元件電壓與電流的關(guān)系為： 電壓等于電流與角頻率和電感系數(shù)的乘積；電壓的相角超前電流相角90度。3、純電容電路 （在直流中相當(dāng)于斷路） C若 u=UmSin（t+i） i= ImSin（t+u） 由i=Ldu/dt 得 I=UC u=i-90o電容元件電壓與電流的關(guān)系為: 電流等于電壓與角頻率和電容系數(shù)的乘積；電壓的相角滯后電流相角90度4、電阻、電感串聯(lián)在交流電路中的作用1）、電壓間的關(guān)系 R L端電壓的大小為 U=UR2+UL2阻抗角的大小為=arct

22、yL/R串聯(lián)電路的電壓相量圖為 U UL UR 作用：大多數(shù)用電器，如日光燈、變壓器、電動(dòng)機(jī)等同時(shí)具有電阻和電感，且電阻和電感在結(jié)構(gòu)上不能分離。因此，討論電阻和電感的串聯(lián)在實(shí)際上是有意義的。2）、電路的功率正弦交流電路的功率平均功率（有功功率）：P=UICOS WCOS功率因數(shù)無功功率：Q=UISIN VAR視在功率：S=UI VA S Q 且三者間滿足功率三角形 P第二節(jié) 三相交流電一、三相交流電的產(chǎn)生1）、三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的 eA=EmSint eB =EmSin（t-120o） eC =EmSin（t+120o）2)、相量圖： EC EA EB二三相電源和負(fù)載的的聯(lián)接方式1星形連接1）、星形連接：將發(fā)