商城职高电工基础教案第一章电路的基本概念和基本定律

第一章电路的基本概念和基本定律
1.1电路
教学目的：授课形式：1．理解电能应用及优越性
2．理解理想元件和电路模型的概念讨论、讲授3．了解电路组成、电路三种状态及特点
教学重点：授课对象1．电路及各部分的作用
2．电路的三种状态
教学难点：
理解理想元件及电路模型的概念
教学内容参考教法
课程介绍：作为新设课程应让学生对
学生对学科有初步认识电路基础（电路理论）是研究电路组成及所需遵循规律的科学。

而电工基础是一门实践性较强的专业技术基础课程，其目的和任务是
使学生获得电工技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，为后继
课程学习打下基础。

学习意义：电能应用的广泛性并具有无可比拟优越性从生活、学习、国防及科
技等方面加以说明
优越性体现在：[1]便于转换； [2]便于传输和分配； [3]便于控制
学习方法：[1]理解物理概念、基本理论、工作原理和分析方法
[2]通过习题巩固和加深对所学理论的理解。

培养分析和应用能力；
[3]通过实验巩固所学理论、训练操作技能、培养实践能力和严谨科学
作风。

可结合投影加以说明
由简单的手电筒为例引入课题：电路板书
一．电路的组成：
[1]电路：由实际元件按一定方式连接，以形成电流的通路。

一般电路由电源、用电器、导线和开关等组成的闭合回路
分类：一类是对信号的变换、传输和处理电路（一般意义下弱电）例：测量、放大电路一类是对能量的转换与传输及分配电路（强电）例：变压器、发电设备结合实用手电电路说明：实物结构图投影
电路组成：电源、连接导线、控制器件和负载，均为实际元件{1}电源：其它形式能转化为电能的装置，简介含交流电源的交流电路、只含直流电源的直流电路。

{2}用电器：（负载）电能转化为其它形式能的设备，例白炽灯、电吹风等
{3}导线：由金属线，铜或铝等材料制成，起连接电路、输送和分配电能作用
{4}控制设备—开关：用来接通或断开电路
在电路中往往还存在保护设施，起到电路异常时保证电路安全。

[2]理想模型意义：
电路理论内容包括分析和研究电路中所发生的电磁现象与过可简介电源的分类:
交流、直流电源
常见直流电源：干电池、蓄电池及稳压电源等
程，探讨电路的基本规律和计算方法。

可结合实物：（１）绕线电
实际器件的物理过程十分复杂且与电磁有关，性能方程相当复杂；
在分析中常略去元件的次要物理因素，突出重点抓主要矛盾，把实际
元件视作只具有主要物理性质的理想元件。

把实际电路抽象成是全部由理想元件的组合称理想电路（或电路
模型），是对实际电路的近似等效。

常见理想元件：电阻、电容、电感元件，电压源、电流源、受控源元
件和耦合电感元件等（包括导线）
阻存在电感及线匝间的分
布电容，而主要性质电阻
（２）电感线圈：线匝间
分布电容及导线的体电阻
此处宜简不宜复杂，
简要说明即可说明：本课程后续内容无特殊说明所涉及到的电路均为理想模型
二、电路图
定义：用电路元件规定的符号来表示电路连接情况的图称电路图；
或称电路原理图
强调符号及画法要遵循国家颁布的相关标准
结合表 1.1简介常见元件或表示连接的符号,要求学生能够认识.
不熟悉的在应用和学习中掌握.
三、电路的三种状态：
分别为：有载状态、短路状态及开路状态。

结合P3图1-2说明
{1}有载状态（通路或闭路）：电路各部分连接成闭合回路，有电流
通过负载，能正常工作。

{2}开路状态（断路）：电路断开，无电流通过。

特点：I=0
{3}短路状态（捷路）：未经用电器，直接由导线将电源正负极连接，
称短路；由于电流过大，损坏电源不允许。

上述特点有待后续进一步补充。

总结：
通过本节学习
[1]能对电能的运用和学习方法有个初步的认识
[2]理解电路分析研究的对象理想元件及构成的电路模型
[3]熟悉常用电路符号及电路的三种状态
板书
画简单手电筒对应的电路
图说明
可采用投影方式节省时间
注意电位器用法
无铁芯、有铁芯电感；
交叉、不交叉连接的区别。

教学中强调画图的规范，
铅笔及工具必备
投影电路
可结合实际说明实践中检
测需要，部分电路被导线
短接，常称部分电路短路
部分电路短路图
作业：
page3 No 1,2,3
实践性作业：No4
1.2电路中的基本物理量{1}
教学目的：授课形式：1．理解电流产生及条件、电压的物理意义
2．掌握电流、电压参考方向讨论、讲授3．掌握电流、电压的简单计算
教学重点：授课对象1．电流、电压参考方向
2．电流形成条件、电流和电压的计算
教学难点：
电流、电压的参考方向
教学内容参考教法复习及引题：
电路的三种状态，重点短路状态的危害性和防止措施：加装熔断器，实物讲解熔断器结构，结合已学知识讨论其工作原理
总结:电流大，产生热量使其温度达到熔点，熔断保护电路作用
引导电路中电流如何产生及影响因素引入课题结合上节实践性作业，展开讨论加深对电路状态及熔断器的深刻理解
一、电流
[1]电流现象：
定义：带电粒子（自由电荷）的定向移动形成电流
形成原因：投影P4图1-3：自由电荷在无电场区域，自由无规则热运动；在电场中受电场力作用，同种电荷受同向电场力，向同一方向运动。

进一步说明电流的条件：
[1]存在自由电荷{内因}
[2]导体两端保持一定电压（电位差）{外因}
电流在电路的表现：热、磁、化学效应。

[2]电流强度：简称电流
定义：单位时间通过导体横载面的电荷量
定义式： I=q/t
单位及换算：电量单位：库仑-C;时间：秒-s;电流单位：安培-A 安培的定义：若1秒内通过导体横截面的电荷量为1库仑，则电流为1安培。

表示A
介绍：毫安（mA）微安(uA)：结合匀强电场，说明电场及不同电荷爱电场力方向
可细述金属、酸等溶液自由电荷形态及电场中运动方式
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
板书换算关系并举例讲解
注意科学计数法的运用
[3]电流的方向：
规定：电路中正电荷定向移动的方向。

简述金属导体、酸、碱、盐等溶液形成电流的方向（讨论）可叙述原因是正、负电荷向不同方向运动
参考方向：必要性，研究具体电路，往往难以判断电流的实际方向，采
用选取参考方向的方法：
碱地
步骤：[1]分析电路时，任选一个参考方向
[2]实际电流可能和参考电流同向或反向，电流引入代数量表示：分析计算结果为正，表明实际方向同参考方向，为负，反向。

注意：[1]未选参考方向，正负无意义
板图说明参考方向标注方法
[2]今后相关电路电流均为参考方向，不一定是实际方向结合右图： I参考方向，若电流分别为I=-3A及I=12A时电流大小
和实际方向。

学生练习：投影P5图1-6，学生练习，讲解共性错误
[4] 电流分类及表示：
投影图1-5，说明电流分类
直流电流：强调大写字母I的表示
交流电流:小写字母表示:I
[5]电流计算实例：
简介图像法表示是电工分析
的一种手段
为考虑电子技术有必要简介
脉动直流电流；
交直流电流及表示{区别交
流电流在于下标的大小写}举例：5秒种内通过导体横截面的电量为0.05库仑求电流大小，折
合多少mA
解: I=q/t=0.05C/5S=0.01A=10mA
二、电压
物理意义：电荷在运动过程中能量的得失是因为电场力的作用，
为衡量电场力做功的能力引入电压（又名电位差）
板书：电压、电位差
[1]定义：把单位正电荷由A点经任意路径运动到B点时，该电荷
获得或失去的能量定义为电压，符号U
定义式： U AB = W / Q
分类：直流U、交流u、交直流(小写符号大下标)
强调：电场力
简介单位：千伏、伏特、毫
伏
[2]电压方向：
说明：+e由A点运动到B点时，该电荷失去能量，A点高电位，
B点低电位，即电压降；+e由A点运动到B点时，该电荷获得能量，
则A点低电位，B点高电位，即电压升。

简要提及电位概念
电压的方向，习惯上规定：电压的实际方向是高电位指向低电位
方向，即电压降方向。

类比电流,电压亦采用参考方向表示：三种表示形式{1}箭头；
{2}+高电位、-低电位 {3}形同U AB下标形式
同样用代数量表示实际电压方向与参考方向间关系
例：若右图(A)中U=-12V则实际电压方向与参考电压相反
[3]关联参考方向：
电压参考方向与电流参考方向相一致称关联参考方向。

举例画图说明
可根据需要说明关联参考方
向所有物理定律为定义式形
式，例V=I*R
而非关联参考方向加负号：
V=-I*R 否则为非关联参考方向
[4]应用：
例[1]电压参考极性见右图，若U1=5V，U AB=-3V，说明实际电压极性。

分析解答：略
例[2]设一正电荷的电荷量为0.003C,它在电场中由a点移到b点时,
电场力所做的功为0.06J,试求a和b点间的电压?另有一正电荷的电
荷量为0.04C,同样在电场中由a点移到b点时,电场力所做的功多
大?
解: (1) U AB = W AB / Q = 20V (2) W AB = Q.U AB = 0.8J
总结：[1]正确理解电压、电流方向，并能结合参考方向判定实际方
向[2]要求能熟练进行运用电流、电压定义式的计算
作业： Page26 No 1,2,3
1.2电路中基本物理量{2}
教学目的：授课方式理解零电位点及电位的概念
掌握电位的计算方法
教学重点：授课对象电位的概念
电位的计算方法
教学难点：
电位的计算方法
教学内容参考教法
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
在复习电压基础上结合右图投影说明：在简单电路电路工作状态用U、I表示非常明显、直观，但是对于复杂电路如图，用电压、电流表示则存在繁杂的缺点，需要众多电压、电流符号。

在复杂电路特别是电子电路中采用电位表示。

新授内容：
一、电位
电位的表示：和研究液体内部一样，电路分析中，我们常指定电路中的某一点为参考点，其它各点相对于该参考点的电压降，称为该点相对于参考点的电位。

一复习提问：
电子投影：复杂电路图分析：十二个元件用电压表示至少需要12个电压
可类比水位、高度表示
2．零电位点：
上述所选定的参考点，称为零电位点，也就是规定该点的电位为零，即V A= 0。

强调电位也是电压，但为相对于参考点电压
注意说明：
[1]由于是参考点，故可以任意选择；
[2]一般常见选取方法：
(1) 在工程中常选大地作为电位参考点；
(2) 在电子线路中，常选公共线或机壳作为电位参考点。

（3）电路分析中常选择电源的两极之一，最常见是负极。

[3]在电路图中通常用符号“⊥”表示零电位点。

解释公共线：因电子电路元件的联结常汇集于一公共端
机壳：一般要求接地处理。

3．电位定义：
在确定了零电位点后我们可进一步明确电位的定义：
电路中某一点M的电位U M就是该点到电位参考点A的电压，也即M、A两点间的电位差（即电压），即
U M = U MA
说明：[1]电位是代数量、有正负值之分，正值表明电位高于零电位，反之低于0，等于0则两点等电位。

[2]单位同电压一样为伏特。

[3]任意两点间电压也即为两点间电位差：即U ab = V a -V b
4．采用电位的分析方法优点：结合U ab三种取值>0、<0、
=0的说明
[1]简洁方便，所以在复杂电路中和工程上和分析广泛应用。

[2]测量方便，工程中可用万用电表电压档即可测定，方法是黑表
棒接于选定的零电位点，红表棒接触待测点。

根据指针偏转方向确定
电位正、负值，读数为电位大小。

5．电位与零电位的关系{结合实例说明}
【例题】如图电路，已知：R1=R2= 6 Ω，R3= 2 Ω，I1=1.5A,I3=0.5A,I2=1A。

求a,b,c三点的电位V a、V b、V c、U ab。

结合上图比较用电压描述至
少需要12个，而采用电位表
示则仅需8 个，且可方便转
换成所有电压，
可采用演示实验或多媒体示
教
为进一步巩固可安排实验
解:选d点为零电位点，
a点电位：V a= U ad = R1 I1 +R3 I3= 10 V，
b点电位：V b = U ba = R3 I3= 2 Ω×0.5A = 1 V
c点电位：V c = U cd =- R2 I2 +R3 I3 = －5V
电压U ab=V a－V b = 10 V –1V = 9V
改选b点为零电位点，V b =0 a点电位：V a= U ab = R1 I1 = 9 V，
c点电位：V c = U cb = - R2 I2 = －6V
电压U ab=V a－V b = 9 V –0V = 9V
分析：参考点因人而异，不同的零电位点，相应点电位会不相同，与
零电位点有关；而任意两点间电压值即两点间的电位差不应发生改变
结论：[1]电位是相对的，相对于参考点
[2]电压是绝对的与参考点选取无关.
通过实例说明
但只要初步了解，具体计算
方法后继课程介绍
二、电能：
1．电功的计算公式
电能即电功，结合电压的定义及公式，说明电场力做功公式
W = U q = UIt
焦耳定律：电流所做的功与通过导体的电流I、两端电压U及通
电时间t 成正比。

纯电阻电路后续
2．电功的单位：焦耳及千瓦时（度）
3．电流做功的实质：电能转化为其它形式的能的过程。

4．应用举例：一220V，40W白炽灯，接于220V电压，求取用电流？
若平均每天使用2.5小时,电价每千瓦时0.42元,求每月30天计
应付出电费?
解题：I=P/U=0.18A t=2.5*30=75H
W=Pt=0.04KW*75H=3KWH M=3*0.42元= 1.26元
三、电功率：
举例简介换算
讨论，学生讲解
作用：衡量电流做功快慢的物理量此处可根据需要引入关联及
非关联参考方向下的功率计
算及元件性质的判断
定义：单位时间内电流所做的功的大小
P = W / T = U I
说明：电功率大小和电压及电流成正比
单位：千瓦（KW）、瓦特（W）
工程上功率可用瓦特表测量，而电功用电能表（瓦时表）测量
学生练习：
投影习题：一个电阻10Ω的电阻通过0.5A电流,电阻消耗功率多大?
一个20Ω电阻接于16V的电压上,所消耗功率又为多大?
总结:通过本节学习正确理解电位的概念及表示方法、电位与电压的关
系，进一步掌握电功及电功率计算。

作业：Page 27 No 1.16、1.17、1.18
1.3--4电源与电源电动势电阻
教学目的：授课形式：理解直流电源的工作原理及电阻形成、影响因素
正确理解电动势定义及电压关系讲授、讨论掌握电阻定律及电阻与温度的关系的计算
教学重点：授课对象电动势、端电压的关系全电路欧姆定律及应用
教学难点：
电源、非静电力的作用
教学内容参考教法
复习引题：
提问形成电流的条件引入保持导体间电压的装置是电源，讨论电源
的种类，引入课题：电源及电源电动势
课时1新授内容：1.3电源与电源电动势
一、电源定义及分类[概括]
把其它形式的能转化为电能的装置称电源
电源分类：常见电池和发电机。

电池分干电池和蓄电池
板图简单电路：说明: {1}内电路：电源内部的电路
外电路：电源外部的电路
{2}A是电源正极、B是电源负极说明:电源的作用就是把正电荷从负极移送到正极、或将负电荷由正极移送到负极，为分析方便之见，采用前者正电荷说法说明。

结合阅读材料简介新型蓄电池或要求课后学生自习
二、电源工作原理：以干电池为例说明
{1}非静电力：电池内电场的方向是由+极到-极，正电荷要由-移到+，须存在一种力反抗静电场的力，即非静电力。

不同电源非静电力不同，电池：化学能发电机：电磁能强调非静电力作用
说明：干电池是将化学能转化为电能
发电机是将机械能转化为电能
{2}工作过程：
外电路开路，非静电力将正电荷由-到+，两极呈异种电荷积聚，
形成由+到-的电场，静电力呈加强趋势，一定时两力平衡，两极建立
起一定电压
若外电路通路状态，正电荷由外电路+到-，与负极电荷中和，电
场减弱，平衡被破坏，非静电力战胜静电力，再次将正电荷拉向+极
该过程中非静电力要做功，循环往复，不断将其他形式能转化为电能。

电源就是将其它形式能转化成电能的装置
结论：
（1）同一电源，非静电力将一定量正电荷由-到+所做功一定，不
同电源，非静电力将相同量正电荷由-到+所做功不一定相同
投影结论
（2）在移送同样多电荷情况下做的功越多，电源把其它形式能转
化为电能的本领越强，用电动势表示
三、电动势
定义：电源内部非静电力把正电荷从负极经电源内部移送到正极
所做的功与被送电荷量的比值称电源电动势板书
定义公式： E=W/Q 单位说明：同电压单位可比较电压公式说明电动
势单位
说明：[1]每个电源的电动势由电源自身决定，与外电路无关
[2]电动势标量，各电流一样有规定方向，自负极由电源内部指向正极。

板图电动势方向标注
[3]干电池电动势1.5V,蓄电池2V
四、电动势与电压的异同
相同：两单位及定义公式形式相同
不同：{1}物理意义不同，电动势反映非静电力，电压反映电场力
做功的本领。

说明单位及定义公式形式
相同
{2}一电源，既有电压又有电动势，电动势仅存在于内部，
而电压既存在于电源内部，又存在于电源外部。

电源电动势在数值上等于电源两端的开路电压可简介测定方法，全电路
{3}电动势与电压的方向相反，电动势由电源内部负极指向
正极，而电压由正极指向负极。

欧姆定律中进一步阐述
由电路中起连接作用的导体引入课题:1.4电阻板书
课时2新授内容: 1.4电阻
一、电阻定义及形成原因：
定义：导体对电流的阻碍作用的性质提问形式
形成原因：自由电荷在电压电场作用下定向移动与围绕平衡位置
无规则振动的物质微粒碰撞形成对电流的阻碍。

二、影响导体电阻的因素：讨论总结
影响因素有：L、S、ρ及温度t 可结合深夜打开白炽电灯
易损坏说明
[1]电阻定律：
内容：略投影简介
公式： R=ρL/S
ρ电阻率Ω.m;说明ρ与导体几何形状无关,只与材料性质及所处
条件(温度)有关.
材料导电性能分类:{1}导体ρ<10-6Ω.m {2}绝缘体ρ>107Ω.m 板书
{3}半导体ρ介于上两者之间 {4}超导体ρ=0
说明:电阻率越大,导电性能越差.
[2]电阻与温度关系:
温度影响原因：{1}温度升高，热运动加剧，碰撞更频繁；
{2}温度升高，带电质点数增加更易导电。

电阻随温度变化，取决两者中谁主导且不同材料受温度影响不同。

分类说明：
{1}一般金属导体，自由电子数几乎不随温度变化，而碰撞
次数反而增加，故温度升高，电阻加大.
应用：电阻温度计，铂丝范围（-263——1000O C）
{2}少数合金电阻，几乎不受温度影响
{3}超导体：在极低温下一些合金和金属氧化物电阻忽然消
失为0的现象，称超导现象。

温度系数α--衡量温度的影响:
定义：温度每升高1 O C时电阻所变化的数值与原来电阻值的比
1.5欧姆定律
教学目的：授课形式：
[1]掌握部分电路欧姆定律及电阻伏安特性
[2]掌握全电路欧姆定律、理解电源的外特性讨论、讲授
[3]熟悉电阻电路电功、功率计算
教学重点：授课对象电阻的伏安特性
全电路欧姆定律
教学难点：
全电路欧姆定律及电源外特性
教学内容参考教法
采用直接引题：电路中最重要基本定律之一欧姆定律，用于确定基本电路中电压与电流关系说明部分电路即电路的一部分，非完整电路工作状态由该部分电路两端电压及电流反映
1．1部分电路欧姆定律：
{1}内容：导体中的电流与它两端的电压成正比，与导体的电阻成反比
表达式形式：I=U/R或： U=IR 单位：分别安培、伏特、欧姆可适当补充关联参考方向及非关联参考方向下两种形式
{2}注意事项：变化R=U/I R是导体属性，不能理解为与电压成正
比，与电流成反比。

1．2电阻的伏安特性：
导体电压、电流间的关系称伏安特性
表示形式伏安特性曲线：横坐标为电压、纵坐标为电流
根据伏安特性分类：线性电阻
非线性电阻如：二极管1．3欧姆定律运用：
举例：某一线性电阻，两端电压15V，电流3A，当电流上升到5A时，
电压多大，电阻为几欧姆？
分析：[1]线性电阻不变，未特殊说明均为线性
[2]电压与电流成正比
解题过程:R=15V/3A=5Ω
U=5A*5Ω=25Ω
学生练习板演：电阻中电流随电压变化,若电阻5欧,作出电流随电压
变化曲线,电阻若增大到10欧,曲线如何变化,若减小到 2.5欧,又如
何?
分析见右图：强调画法，过原点，两点确定直线，另设一电压，求电流，找对应点。

演练一条，学生练习。

可结合上图说明斜率与电阻关系，进一步引伸坐标系U，I交换
2．1全电路欧姆定律（闭合电路欧姆定律）
结合电源说明：内电路亦有电阻，内电阻，小r表示全电路：含有电源的闭合电路，如下图
内电路表示成电动势串内阻形式闭合电路电流应遵循规律：可由能量转化与守恒定律及焦耳定律决定电源非静电力做功：W=Eq=Eit
内阻及外电路消耗：Q=RI2t+rI2t
W=Q
有： E=RI+rI
或： I = E /（R+r）
即全电路欧姆定律：闭合电路内的电流，跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比。

2．2端电压
结合E=RI+rI说明：其中U=IR称外电路电压，又称端电压；
而U’= rI称内压降
有 E=U+U’
即:电源电动势等于内外电路电压降之和.
例题：上图电路中，已知电源电动势E=24V，内阻r=2Ω负载电阻R=10Ω，求(1)电路中电流;(2)电源的端电压;(3)负载电阻R上的电压;(4)电源内阻上的电压降.
解: (1) I = E /（R+r）=24/(10+2)=2A
(2)U = E – Ir = 24-2×2 = 20V
(3)U = IR = 2×10 = 20V
(4)U’ = Ir = 2×2 = 4V
2．3电源的外特性
分析：电源E和r是一定的，当外电路R变化，输出端电压发生变化由闭合电路欧姆定律分析，当R增大，电流I减小，电压U上升；反之I增加，U下降。

外特性定义: 式U = E – Ir反映端电压U随电流I的变化关系,称电源的外特性.可用外特性曲线表示
两种特殊情况：
[1]外电路断路即R无穷大，I=0，U’= rI，U=E
利用该特性用内阻很大电压表粗略测电源电动势
[2]外电路短路，U=0，I=E/r，由于电源内阻很小，电流很大，极易损坏电源。

为防止：[1]不允许内阻小电流表测短路电流；
[2]须加保险装置。

说明：[1]不同内阻，对输出电压的影响不同，内阻小，端电压接近E [2]若内阻为0,U=E ，理想情况 例题（常用电动势、内阻的计算）：
右图电路，当单刀双掷开关S 合到位置1时，外电路的电阻R1 = 14 Ω，测得电流表读数I1 = 0.2 A ；当开关S 合到位置2时，外电路的电阻R2 = 9 Ω，电流表读数I2 = 0.3 A ；试求电动势E 及其内阻r 。

解：根据闭合电路的欧姆定律，列出联立方程组
⎪⎩⎪⎨⎧+=+=)2S ()1S (222111时合到位置当 时合到位置当 rI I R E rI I R E
解得：r = 1 Ω，E = 3 V 。

本例题给出了一种测量直流电源电动势E 和内阻r 的方法。

由例题说明：测量电动势和内阻方法；
引伸一般电路两种状态转换解题方法：列方程组求解
3．1电阻元件上消耗的能量与功率：简介
电阻元件即纯电阻 电功计算公式：W = UIt
结合欧姆定律I = U/R
简介对应纯电阻的功率形式 得：W = I2Rt = U2/R ×t
实质纯电阻电路吸收的电能全部转化为热能 3．2额定电压、额定功率：简介
白炽灯功率的表示形式“220V 、40W ”及含义 说明：实际工作电压和实际功率
相关计算应用可引导学生自己结合P21例题自学或讲解。

总结：
本节重点是全电路欧姆定律，通过学习要能理解和熟练掌握相关端电压、内压降，学会电动势和内阻的求解方法，正确理解电源的外特性，特别是内阻大小对端电压的影响。

作业：
思考与练习
Page26 No12,13,14
思考与练习，时间允许可课堂讨论。