电工学(I)电子教案

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

章第一章电路的基本概念和基本定律授课时间

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

教学目标掌握：

1、理解电流产生及条件、电压的物理意义2．掌握电流、电压、电位的参考方向及简单计算

了解：

1、理解理想元件和电路模型的概念

2、了解电路组成、电路三种状态及特点

3、了解电路的实际功能和作用

教学重点1、电路及各部分的作用

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判断

教学难点1、电流、电压的参考方向

2、电位的计算方法

3、功率的计算以及元件吸收与释放电能的判断

教学内容、方法及过程附记

一、实际电路

1、电路

电路是电流流通的路径,由一些电气器件和设备按一定方式连接而成。复杂的电路是网状，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、电路最基本的组成

（1）电源：是提供电能的设备，

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认识。

从生活、学习、国防及科技等方面加以说明。

二、理想电路元件、电路模型

1、理想电路元件

理想电路元件是对实际电路器件的电磁属性进行科学抽象后得到。

（1）电阻元件：是一种只表示消耗电能的理想元件，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理想元件，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理想元件，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）电路模型由理想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：

dq

i

dt

=

2、电流的单位：安培（A）336

110110110

kA A mA A A A

μ

--

===

，，

3、电流的实际方向：规定为正电荷运动的方向

4、电流的参考方向：任选

(1)电流的参考方向与实际方向相同时，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点移动到b点所做

的功dA。即

ab

dA

u

dq

=

2、电压的单位：伏（V）

1kV=103V 1mV=10-3V

3、电位：某点相对于参考点的电压称为该点的电位。(1)参考点:任意选取,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

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授课题目

章第一章电路的基本概念和基本定律授课时间

节 1.3 电路的功和功率；1.4 基尔霍夫定律检查签字

授课时数 2 授课方法讲授

教学目标

掌握：

1、功率的判断和计算

2、支路、节点与回路的定义

3、基尔霍夫电流和电压定律的应用

了解：

基尔霍夫定律的本质含义

教学重点

1、电功率的计算和吸收与释放电能的判断

2、基尔霍夫定律的应用

教学难点

1、关联与非关联情况下，电路元件的功率计算与判断

2、应用基尔霍夫定律求解电路参量

教学内容、方法及过程附记复习： [1]电流定义,计算公式

[2]电压定义、定义公式、表示及参考方向

[3]判断关联与非关联参考方向

一、电功率和电能：

1、电功率：

（1）定义：单位时间内电场力所做的功称为电功率。公式：

（2）单位：W、kW 、mW

（3）电功率与电压和电流的关系

2. 电路吸收或发出功率的判断

1）u, i 取关联参考方向

P＝ui 表示元件吸收的功率

P＞0 吸收正功率(实际吸收)

P＜0 吸收负功率(实际发出)

关联参考方向显示正电荷从高电位到低电位失去能量

2）u, i 取非关联参考方向

p＝ui 表示元件发出的功率

P＞0 发出正功率(实际发出)

P＜0 发出负功率(实际吸收)

需要指出的是：对一完整的电路，发出的功率＝消耗的功率，满足功率平衡。

二、支路、节点与回路：

1、支路(branch)——电路中通过同一电流的分支。

2、路径(path)——两节点间的一条通路。路径由支路构成。

3、节点(node)——三条或三条以上支路的公共连接点称为节点。

4、回路(loop)——由支路组成的闭合路径。

5、网孔(mesh)——对平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。

三、基尔霍夫定律（KCl、LVL）：

1、基尔霍夫电流定律（KCL）

定义：对于集总参数电路中的任意结点，在任意时刻流出或流入该结点电流的代数和等于零。

用数学式子表示为：

图示为电路的一部分，对图中结点列KCL方程，设流出

结点的电流为“+”，有：或

表示成：

即：

则KCL又可叙述为：对于集总参数电路中的任意结点，在任意时刻流出该结点的电流之和等于流入该结点的电流之和。

例1：如图所示电桥电路，已知I1 = 25 mA，I3 = 16 mA，I4 = 12 A，试求其余电阻中的电流I2、I5、I6。

解：在节点a上：I1 = I2 + I3，则I2 = I1- I3 = 25

- 16 = 9 mA在节点d上：I1 = I4 + I5，则I5 = I1 - I4

= 25 - 12 = 13 mA在节点b上：I2 = I6 + I5，则I6 =

I2 - I5 = 9 - 13 = -4 mA 说明：回路与网孔的区别

：网孔一定是回路，但回路不一定是网孔

2、基尔霍夫电流定律（KVL）：

定义：对于集总参数电路，在任意时刻，沿任意闭合路径绕行，各段电路电压的代数和恒等于零。

用数学式子表示为：

图示为电路的一部分，首先：

(1)标定各元件电压参考方向；

(2)选定回路绕行方向，顺时针或逆时针。

对图中回路列KVL方程有：

–U1–US1+U2+U3+U4+US4=0

或：U2+U3+U4+US4=U1＋US1

应用欧姆定律，上述KVL方程也可表示为：–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4

例2：写出下图两网孔的电压方程

分析：强调环绕方向的选取，电压升、电压

降的判定方法及“+/-”的确定

解题中采用分析与引导学生练习相结合，

R1I1 -R2I2 = E1- E2

R2I2 + R3I3 = E2

小结：

通过学习要能正确理解支路、节点、回路及网孔定义及熟悉判定

掌握KCL内容及不同表述形式，学会应用; 掌握KVL内容及不同表达形式，并学会求解开路间两点间电压.

后记：

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一、电容元件

1、线性电容

(1)线性电容两端电压为u，正极板积累电荷量为q，则电容元件的容量c为：

c＝q /u

线性电容元件线性电容元件的库伏特性

（2）电容元件的单位法拉（F）

1μF＝10－6F 1pF=10－12F

2、电容元件的电压与电流关系

（1）当电容元件模板间电压变化时，其电流变为：

（2）当电容元件模板间电流变化时，其电压变化为：

3、电容元件储存的能量

（1）电压、电流取关联参考方向电容元件吸收的瞬时功率为：p=ui=ucdu/dt （2）电容元件吸收的能量为：

t u(t)2

00

dw=Pdt=cudu

1

Wc=P dt=c udu=cu(t)

2

?

??

a、p>0表明电容元件在吸收电场能量

b、p<0表明电容元件在释放电场能量

二、电感元件

三、电感元件

1、线性电感

（1）磁通Ф与磁链Ψ

（2）线性电感的电感L

L=

i

ψ

（3）电感元件的单位，亨利H 1Mh=10－3H

（4）影响电感参数的因素：

a、线圈的几何尺寸

b、磁介质

c、线圈的匝数

dq du

i c

dt dt

==

1t

u idt

c

=?

2、电感元件的电压电流关系

（1）线性电感元件电流i，电动势e和电压u关系：

电感元件及各电量的参考方向

（2）电感元件的电压u与电动势e 的关系：u e

=-（3）电感元件的电压u与电流i的关系：

di

u L

dt

=

（4）电感元件的电流i与电压u的关系。

3、电感元件储存的能量

（1）电感元件吸收的瞬时功率为（电压与电流取关联参考方向）：

（2）电感元件吸收的能量为：

Lidi

pdt

dw=

=

a、p>0表明电感元件在吸收磁场能量；

b、p<0表明电感元件在释放磁场能量；

小结：

1、线性电阻元件及欧姆定律

2、电容元件的电压电流关系及电场能量公式；

3、电感元件的电压和电流关系及磁场能量公式

后记：

di

p ui Li

dt

==

教案

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、理想电流源

（1）、理想电流源:是另一种理想二端元件，即电流源输出电流的大小和方向与其端电压无关。

（2）、理想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：可看作一理想电压源

与一个电阻串联的模型。

（b）实际电流源模

型：可看作一理想电流源

与一个电阻并联的模型。

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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

教学目标掌握：

支路电流法的基本过程了解：

无

教学重点支路电流法的分析过程的方法

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基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 - 1

{2}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

有一部分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，对应回路为独立回路。

独立回路数等于网孔数：m = b – n + 1

结合上图，在理解概念要领基础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，在已知电路结构及元件参数前提下，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。

独立节点的确定可根据：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，不足补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 Ω，R2 = R3 = 10 Ω，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，并按照∑RI = ∑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，表明它们的实际方向与图中所标定的参考方向相同，I3为负数，表明它们的实际方向与图中所标定的参考方向相反。

例2：电路中，已知E1 = 40 V，E2 = 5 V，E2 = 25 V， R1 = 5 Ω，R2 = R3 = 10 Ω，试求：各支路电流I1、I2、I3

画图分析：首先确定各支路电流参考方向

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、学会判定独立节点、网孔

2、掌握支路分析法解题思路及方法，并能熟练应用

后记：

教案

电路中待求的电流和电压。

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：功率不可叠加，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、叠加定理应用需注意以下几点： （1）叠加定理只适用于线性电路。

（2）叠加定理实质上包含“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分量亦扩大或缩小K 陪。

（3）注意各电源单独作用时所得各支路电流和电压分量的参考方向与原电路各支路电流和电压的参考方向相同取正，相反取负叠加。

（4）叠加定理只对独立电源产生的响应叠加，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，否则复杂

32I x A '=2322

I x I y A ''==()3I I x I y A '''=-+=-422I x A ''=-=-2442

I x I y A ''-''==-()6I I x I y A ''''''=-+=363I I I A

''=+=-+=4312P W =?=

例2：如图所示电路，已知E1 = 17 V，E2 = 17 V，

R1 = 2 Ω，R2 = 1 Ω，R3 = 5 Ω，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 = R2∥R3 = 0.83 Ω

则

A

1

A

5

A

6

83

.2

17

1

3

2

2

3

1

3

2

3

2

23

1

1

1

=

+

=

=

+

=

=

=

+

=

'I

R

R

R

'I

'I

R

R

R

'I

R

R

E

'I

(2) 当电源E2单独作用时，将E1视为短路，

设

R13 =R1∥R3 = 1.43 Ω

则

(3) 当电源E1、E2共同作用时(叠加)，若各电流分量与原电路电流参考方向相同

时，在电流分量前面选取“+”号，反之，则选取“-”号：

I1 = I1′-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，比较两种

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

路时应注意电路中电源和负载元件的电压参考方向。

后记：

教案