资源简介

电工基础课教案示例
——与《电工基础（第六版）》配套
§1-1 电路和电路图 ...................................................... 1
§1-4 电功和电功率 ...................................................... 4
§2-1 全电路欧姆定律 .................................................... 8
§2-2 电阻的连接 ....................................................... 12
§3-1 基尔霍夫定律 ..................................................... 18
§4-2 磁场对电流的作用 ................................................. 22
§4-3 电磁感应 ......................................................... 27
§5-1 交流电的基本概念 ................................................. 33
§5-3 单一参数交流电路 ................................................. 44
§6-1 三相交流电源 ..................................................... 49
§1-1 电路和电路图
第一章 电路基础知识 教学课时 2
章节
§1-1 电路和电路图 教学日期
通过对本节课的学习，使学生能够：
教学 1．了解电路的基本组成和基本功能。
目标 2．了解电路图的基本类型。
3．能说出电路图中常用符号的含义。
课前 手电筒演示电路、电风扇演示电路。
准备 相关教学课件。
教学重点：
重点 了解电路基本组成及其功能。
难点 教学难点：
用常用元器件符号画出电路原理图。
本节主要介绍电路的基本组成和电路图的基本类型，是本门课程的入门篇。这些内容是
教学
学习电路最基础的知识，其中很多都是初中物理中学习过的内容。复习不是简单的重复，
思路
温故是为了知新。教学中要根据电工专业的需要，力求向实际应用方面拓展。
教学
流程
时间
教学内容 教学方法
分配
用课件向学生展示生活中的小电路，例如手电筒、风扇电路、
导入
电热水壶等。并启发学生思考： 通过让学生观察常见
新课
1.电灯为什么会亮？ 的电路，引发其思考。
5 min
2.电风扇为什么会转？
一、电路的基本组成
讲授
课堂演示用开关和导线将电池和小灯泡连接起来，并向学生提 运用演示法进行教
新课
问：合上开关后，会有什么现象发生？ 学。
70 min
1.电路
1
电路是电流流通的路径。
2.电源
电源是把其他形式的能转换为电能的装置。（例如：干电池、 可联系生活实际，举
发电机等） 出适当的例子。
3.负载
负载是把电能转换为其他形式的能量的装置。（又称用电器）
4.控制装置
控制装置被用于控制电路的通与断。（例如开关）
5.导线
导线被用于连接电源、负载及控制装置，使构成通路。
6.保护装置
保护装置被用以保证电路的安全运行。（例如熔断器、热继电
器等）
二、电路的基本功能
1.进行能量的传输、分配和转换。
在电力系统中，发电机把热能、风能、核能、太阳能等转换成
电能，通过升压变压器、输电线路、降压变压器将电能传输和配
送到最终用户，然后用户根据实际需要又把电能转换成机械能、
光能和热能等。
2.进行信息的传递和处理。
通过电路元件，可以将信号源的信号变换或加工成所需的输出
信号，如测量电路、扩音器电路、电视机电路、计算机电路等。
三、电路图
1.电路原理图
用电气符号描述电路连接情况的图称为电路原理图。 可用课件展示相关电
2.框图 路图实例。
框图是一种用矩形框、箭头和直线等来表示电路工作原理和构
成概况的电路图。（一般用来表示复杂的电气系统）
3.印制电路图
安装实际元器件的电子电路。
四、电路原理图常用符号
1.理想元件
将实际电气元件理想化，只考虑其主要性能时，称为理想元件。
2.电路模型
用理想元件表示的电路。
3.常用图形符号和文字符号
【例 1】根据元件名称画出图形符号、写出文字符号。
2
名称 图形符号 文字符号 名称 图形符号 文字符号 可用课件展示相关图
开关 熔断器 形符号、外形、文字符
干电池 灯泡 号。
电阻器 电容器
电位器 电感器
二极管 电感器
功率表 （空芯）
电压表 电感器
电流表 （带铁芯）
【例 2】观察如下电路图，说出对应的元器件名称。
1.电路的定义。
课堂 2.电路的基本组成部分。
归纳并总结本节课的
总结 3.电路的两大功能。
知识点。
10 min 4.电路图中的图形符号和文字符号必须严格按照国家标准规
范化。
布置
习题册相关习题。
作业
本次课由生活常见电路引入教学内容，用演示实验启发学生思考，让学生明白什么是电
教学
路，电路中每个组成部分的作用分别是什么。由于课堂只是演示实验，并不能满足每个学
反思
生均都有动手操作的机会，所以，如果将课堂移至实训室，教学效果会更好。
3
§1-4 电功和电功率
第一章 电路基础知识 教学课时 2
章节
§1-4 电功和电功率 教学日期
通过对本节课的学习，使学生能够：
教学 1.理解电功、电功率的概念。
目标 2.掌握电功、电功率和焦耳热的计算方法。
3.能正确识读电气设备所标额定值的含义。
课前布置作业，让学生搜集电能转化为其他形式能的案例以及多种类型用电器的铭牌等
课前
供课上交流。
准备
相关教学课件。
教学重点：
重点 电功、电功率的概念及其计算方法。
难点 教学难点：
对实际电路电功、电功率及焦耳热的计算。
本节内容围绕电能这个概念展开。学生日常生活接触较多的是能量的概念，而不是
教学
“功”，因此突出“能量”可让学生更好地发挥生活经验作用，有利于学生的学习和探究。
思路
负载的额定值关系到电气设备安全有效的应用，所以在教学中应加以强调。
教学
流程
时间
教学内容 教学方法
分配
利用多媒体课件展示电能的应用实例，并引导学生联想举例，
师生共同分类归纳各实例中电能与其他形式能的转化类型。
导入 应 用 实 例 转 换 类 型
新课 发电机 机械能 → 电能 联系生活实际。
10 min 电动机 电能 → 机械能
干电池、蓄电池、燃料电池 化学能 → 电能
电解、电镀 电能 →化学能
4
白炽灯、卤钨灯、高压汞灯、高压
电能 → 光能
钠灯、节能灯、发光二极管
太阳能电池、光电二极管、摄像管 光能 → 电能
光耦合器 光 能 电 能
听筒、扬声器 电能 → 声能
话筒、拾音系统 声能 → 电能
电暖器、电饭煲、电磁炉、
电能 → 热能
微波炉、电焊机、炼钢电弧炉
讲授 一、电功
新课 1.电功的定义
65 min 电能转化为其他形式的能的过程，就是电流做功的过程，功是 向学生演示公式推导
能量转化的量度。电流做功的本质是电场力做功。 的过程。
我们在第一章节“电流与电压”中已经讨论过，电场力将单位
正电荷从 a 点移到 b 点所做的功，称为 a、b 两点间的电压，即
U =Wq ，由此可得 W=Uq，由于 q=It，所以 W=UIt。这既是电
场所做的功，也是电路所消耗的电能。
2.电功的两种单位
（1）焦耳，用 J 表示，
（2）千瓦时，用 kW·h 表示，（通常说说的度）
【例 1】想一想。
1 kW 的电炉加热 h。
一度电相当于 100 W 的电灯照明 h。
40 W 的电灯照明 h。
【例 2】R1、R2 两个电阻并联接入电路，若 R 时间消耗的电能分别为 W1、W2，则（ ）。 分析。
A．W1>W2 B．W1【例 3】甲、乙两只电灯串联接在电源上，若在相等的时间内
电流通过甲灯比乙灯做的功多，则两灯电阻 R 甲、R 乙的关系是
（ ）。
A．R R C．R =R D．无法确定 甲 乙 甲 乙 甲 乙
二、电功率
【例 4】把家庭电路示教板接入电路，接通 100 W 灯泡，让学 运用实验演示法进行
生观察电能表的铝盘是否转动。 教学。
（1）铝盘转动意味着什么？
（2）再分别接入 500 W 电熨斗，1000 W 电水壶，这时铝盘转
动速度加快意味着什么？
（3）再分别接入 100W、25W 的灯泡，观察电能表铝盘转动速
度变化及灯的亮度，则铝盘转动速度与灯泡亮度有何关系？
5
通过演示实验，可以看到，接入 1000 W 的电水壶，与接入 100
W 的灯泡相比，电能表铝盘转动的速读要快得多，也就是说，在
单位时间内，电流做功的速读要快得多。
电功率的大小正是反映了电流做功速读的快慢。
电功率用 P 表示，单位为 W，其计算式为
P=W =UI t
对于纯电阻电路，上式还可以写成
P=UI = I 2R=U
2
R 。
上式中，当 I 一定时，P 与 R 成正比；当 U 一定时，P 与 R 成 可 引 导 学 生 分 组 讨
反比；当 R 一定时，P 与 I2、U2 成正比。 论，总结规律。
三、电流的热效应
电流通过导体使导体发热的现象称为电流的热效应。
Q=I2Rt
单位也为焦耳（J）。
在纯电阻电路中 W=Q，电能全部转化为热能；在非纯电阻电
路中 W>Q，电能一部分转化为热能。
【例 5】有人根据计算式 P=I2R 说，电功率与电阻成正比；又
U 2有人根据计算式 P= R 说，电功率与电阻成反比。他们的说法
对吗？为什么？
【例 6】观察你所在班级教室有哪些用电器，计算教室每天消 引导学生参考生活用
耗的电能。 电器来填写本题。
（1）日光灯_________盏，每盏功率为_______W。
（2）电风扇_________台，每台功率为_______W。
（3）其他用电器_______、_______，总功率为______W。
（4）教室所有用电器的总功率为______W，按平均每天用电 6
h 计算，每天消耗的电能为_______J，每天用电______kW·h。
【例 7】现有“220 V/40 W”的白炽灯 5 盏。如果平均每天使
用 4 h，每月（以 30 天计算）用电多少度？如果改用与“220 V/40
W”白炽灯一样亮度的“220 V/15 W”的节能灯，每天还是使用
4 h，每月能解省多少度电？
因为
W=Pt
其中
P=40×5 W=200 W=0.2 kW
t=4×30 h=120 h
所以
W=Pt=0.2×120 kW·h=24 kW·h
6
如果改用“220 V/15 W”的节能灯，则
P=15×5 W=200 W=0.075 kW
t=4×30 h=120 h
W1=Pt=0.075×120 kW·h=9 kW·h
W=W- W1=24-9 kW·h=15 kW·h
故每月能节约用电 15 度。
从例题可知，用节能灯在获得相同的光亮条件下，可节省大量
的能源，这就是要提倡使用节能灯的原因。
四、负载的额定值
部分用电器铭牌数据如下表（由学生填写）
引导学生参考生活用
名称 型号 额定电压 额定功率
电器来填写本题。
电烙铁
电饭煲
电冰箱
洗衣机
空调器
电动机
【例 8】根据上表，思考以下问题。
（1）“36 V/60 W”的白炽灯和“220 V/40 W”的白炽灯，当它
们都分别处于正常状态时，哪一盏灯亮？
（2）“36 V/60 W”的白炽灯和“220 V/100 W”的白炽灯，当
它们都分别处于正常状态时，哪一个电流大？
（3）把“220 V/25 W”的灯泡，接在“220 V/1000 W”的发电
机上，灯泡会烧坏吗？为什么？
课堂 本次课讲授的电功、电功率、电流的热效应和负载的额定值， 通过提问的方式归纳
总结 都是跟生活用电息息相关的，希望同学们课后能够认真消化课堂 并总结本节课的知识
10 min 知识，学以致用，将课堂知识运用到实际生活中去。 点。
布置
习题册相关习题。
作业
教学 本次教学中涉及到的概念较多，涉及到的计算较多，还涉及到能量单位转换，所以结合
反思 生活实际应用来讲解，可以加深学生的印象，更好地掌握知识。
7
§2-1 全电路欧姆定律
第二章 简单直流电路的分析 教学课时 2
章节
§2-1 全电路欧姆定律 教学日期
通过对本节课的学习，使学生能够：
1.理解全电路欧姆定律内容及其表达式。
教学
2.能运用全电路欧姆定律计算有关问题。
目标
3.掌握电源的外特性及电路的三种状态。
4.培养学生应用知识分析和解决问题的能力。
课前 演示电路，教学用电流表、电压表，电阻若干。
准备 相关教学课件。
教学重点：
1.全电路欧姆定律。
重点
2.电路的三种状态。
难点
教学难点：
能利用全电路欧姆定律进行计算和解释有关现象。
学生在初中阶段学习过部分电路欧姆定律，不包含电源部分，只适用于部分电路，故称
教学 为部分电路欧姆定律，而全电路欧姆定律包含了电源部分，同时也包含了部分电路欧姆定
思路 律的内容。应用全电路欧姆定律讨论电路端电压与负载的关系，可帮助学生理解和运用全
电路欧姆定律，也能加深对电源电动势的理解。
I = E
R + r E = IR+ Ir E =U外 +U内
教学
流程
时间
教学内容 教学方法
分配
1.什么是电流？如何测量？
复习
2.什么是电压？如何测量？ 以旧引新。
提问
3.什么是电阻？
10 min
4.部分电路欧姆定律是如何表述的？
8
一、部分电路欧姆定律 讲授
新课 1.认识部分电路欧姆定律
70 min 在初中，我们曾学习过欧姆定律，其内容是：导体中的电流与 用课件展示欧姆定律
导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比，即： 的表达式。
I = U
R
了解和应用部分电路欧姆定律要注意以下几点：
（1）R、U、L 必须属于同一段电路。
（2）U、I之间存在因果关系。导体两端存在电压，才能在导
体中形成电流。
（3）由欧姆定律可得 R=U/I，说明对于线性电路而言，无论
加在电阻两端的电压为多少，电压与相应电流的比值是不变的。
（4）部分电路欧姆定律的计算公式还与参考方向的选取有关。
电压 U 与电流 I 选为非关联参考方向，部分电路欧姆定律的表
达式
I = U
R
2.伏安特性曲线
（1）线性电阻，伏安特性曲线。 运用讲授法进行教
（2）非线性电阻，伏安特性曲线非直线。
学。
二、全电路欧姆定律
1.相关概念
运用讲授法进行教
全电路：含有电源的闭合电路。
学。
内电路：电源内部的电路。
内电阻：电源内部的电阻。
外电路：电源外部的电路。
外电阻：外电路中的电阻。
2.全电路欧姆定律的内容
闭合电路中的电流与电源的电动势成正比，与电路的总电阻
（内电阻与外电阻之和）成反比，公式：
I = E
R + r
由上式可得
E = IR + Ir = U 外 + U 内
电源端电压 U 与电源电动势的关系为
U = E - Ir
可见，当电源电动势 E和内阻 r 一定时，电源端电压 U 将随负 运用归纳法和任务驱
载电流 I 的变化而变化。我们把电源端电压随电流变化的关系特 动法进行教学。
9
性称为电源的外特性，如图。
电源的外特性曲线
三、电路的三种状态
结合图和公式进行教
1.通路
学。
2.开路
3.短路
电路的三种状态
通过提问的方式归纳
1.欧姆定律是电工学中就重要的定律之一，包括部分电路欧姆 并总结本节课的知识
定律与全电路欧姆定律。 点。
2.电路的三种状态以及其特性。
电路状态 公式
课堂
E
总结 通路 I = R + r ，U = E - Ur = E - Ir
10 min
E
短路 I = r ，U = 0，Ur = E
断路/开路 I = 0，U = E，Ur = 0
布置
习题册相关习题。
作业
10
本节课在初中知识的基础上讲解全欧姆定律，让学生明白电路中端电压与电流的关系。
教学 但基于学生数学基础薄弱的特点，直接让学生从图像研究特殊点，直接给出要研究的问题，
反思 更便于学生理解。在条件允许之下可采用实验引入，由此激发学生的学习兴趣与学习热情，
学生的积极性完全调动出来。
11
§2-2 电阻的连接
第二章 简单直流电路的分析 教学课时 2
章节
§2-2 电阻的连接 教学日期
通过对本节课的学习，使学生能够：
教学 1.掌握电阻串、并联电路的特点及其应用。
目标 2.能综合运用欧姆定律和电阻串、并联关系分析计算简单电路。
3.进一步认识电阻串并联电路的特点及其应用。
课前 电阻若干，彩灯一串，5 V 电池，万用表。
准备 相关教学课件。
教学重点：
重点 串并联电路的特点及计算方式。
难点 教学难点：
综合运用欧姆定律和电阻串、并联关系分析计算简单电路。
电阻的连接是欧姆定律的具体应用，主要是利用前面所学的串并联电路的电流、电压
教学 特点和欧姆定律，让学生在实验和理论的基础上分析推理得出串联电路和并联电路的总
思路 电阻和分电阻的关系，并利用电阻串联电路的特点分析和解决实际生活中的分压、限流
问题。
教学
流程
时间
教学内容 教学方法
分配
可从学生最为熟悉的家庭用电引入。例如，可设计如下提问：
1.教室的日光灯是什么样的连接关系？如果坏了其中一盏灯，其他灯
导入 的状态如何？
联 系 生 活 实
新课 2.夜晚树上一串串的彩灯是什么样的链接关系？如果其中一只小灯泡
际。
5 min 坏了，其他灯泡的状态又如何？
教师可适时加以引导，讲明灯泡的连接关系，从而引入电阻串联、并
联的概念。
12
一、电阻的串联
讲授 1.形式
新课
把多个元件逐个顺次连接起来，就组成了串联电路。下图所示是由三 运用讲授法
70 min
个电阻组成的串联电路。
进行教学。
讲授过程中
可复习欧姆定
律的知识点。
a） b）
电阻的串联
a）电阻的串联电路 b）等效电路
2.特点
（1）电路中流过每个电阻的电流都相等。
（2）电路两端的总电压等于各电阻两端的分电压之和，即
U = U1 ＋ U2 ＋ …… ＋ Un
（3）电路的等效电阻（即总电阻）等于各串联电阻之和，即
R = R1 ＋ R2 ＋ …… ＋ Rn
（4）电路中各个电阻两端的电压与它的阻值成正比，即
U1 = U 2 = U= n
R1 R2 Rn
上式表明，在串联电路中，阻值越大的电阻分配到的电压越大；反之
电压越小。
若已知 R1和 R2两个电阻串联，电路总电压为 U,可得分压公式如下：
R R
U1=U 1 U =U 22 R 1 + R2 R1 + R2
3.应用
（1）获得较大阻值的电阻。
（2）限制和调节电路中电流。
（3）构成分压器。
（4）扩大电压表量程。
【例 1】有一只万用表，表头等效内阻 Ra = 10 kΩ,满刻度电流（即
允许通过的最大电流）Ia = 50 mA,如改装成量程为 10 V 的电压表，应
串联多大的电阻？
按题意，当表头满刻度时，表头两端电压 Ua为
U I R 6 3a = a a = 50×10 ×10×10 V= 0.5 V
13
设量程扩大到 10 V 需要串入的电阻为 Rx,则
Rx =
U x U U= a = 10 0.5 6 = 190KΩI a I a 50×10
二、电阻的并联
1.形式
把多个元件并列地连接起来，由同一电压供电，就组成了并联电路。
下图是由三个电阻组成的并联电路： 运用求解教
I 学法进行教学。 1 R1
A I2 R2 B 1 1 1 1
R = R + R +
I 1 2
R3
3 R3
R
I I = I1+I2+I3
I
U U
a） b）
电阻的并联
a）电阻的并联电路 b）等效电路
2.特点
（1）电路中各电阻两端的电压相等，且等于电路两端的电压。
（2）电路的总电流等于流过各电阻的电流之和，即
I = I1 + I 2 + + I n
（3）电路的等效电阻（即总电阻）的倒数等于各并联电阻的倒数之
和，即
1 = 1 + 1 + + 1 运用推导归
R R R R
1 2 n 纳法进行教学。
（4）电路中通过各支路的电流与支路的阻值成反比，即
IR = I1R1 = I 2R2 = = I nRn
根据欧姆定
上式表明，阻值越大的电阻所分配到的电流越小，反之电流越大。 律，推导总结出
电路特点。
若已知R1和R2两个电阻并联，并联电路的总电流为 I ，可得分流公式
如下图所示。
14
3.应用
（1）凡是额定工作电压相同的负载都采用并联的工作方式。这样每
个负载都是一个可独立控制的回路，任一负载的正常启动或关断都不影
响其他负载的使用。例如：工厂中的电动机、电炉以及各种照明灯具都
是并联工作。
（2）获得较小阻值的电阻。
（3）扩大电流表的量程。
三、电阻的混联
形式：既有电阻串联又有电阻并联的电路称为电路的混联。
【例 2】已知图中的 R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = 1Ω，求 A、B 间的等
效电阻 RAB等于多少？
分析电路图，可画出一系列等效电路，然后计算。
R5
R2 C R3 R4
演示等效电
R1 路的转换计算
过程。 A B
（a）
R5
R2 C R’ R2 C
R″ R″′
R1 R1 R1
A B A B A B
（b） （c） （d）
图 a 中 R3和 R4依次相连，中间无分支，它们是串联，其等效电阻为
'
R = R3 + R4 = 1 + 1 Ω = 2 Ω。
'
由图b看出,R5和 R 都接在相同的两点BC之间,它们是并联,其等效电
'
R '' '
R R 1× 2
阻为 = R 55// R = ' + =
2Ω 。
R5 + R 1+ 2 3
15
R R '' ''' ''
2 5
由图 c 看出， 2和 串联，等效电阻 R = R 2 + R =1+ = Ω 。
3 3
1+ 5
''' 5
由图 d 看出，等效电阻 R 3AB = R1// R = 5 = Ω
。
8 1+
3
【例 3】有三个电阻 R1>R2>R3，若这三个电阻并联使用，等效电阻为 R， 引导学生分
这四个阻值，哪个最小？ 组交流例题，检
R1的值最大，等效电阻 R 的值最小。 验学习成果。
【例 4】额定值分别为“220 V/100 W”、“220 V/40 W”两只灯泡，问：
（1）若把这两只灯泡串接在 220 V 的电源上使用，哪个灯泡更亮？
（2）若把这两只灯泡并接在 220 V 的电源上使用，哪个灯泡更亮？
因为两只灯泡的电阻分别为 484 Ω和 1210 Ω，根据串、并联电路的
特点可知灯泡串联时，实际功率 P1泡并联时，实际功率 P1>P2，100 W 的灯泡比 40 W 的亮。
【例 5】灯泡 A 的额定电压 U1=6 V，额定电流 I1 =0.5 A；灯泡 B 的额
定电压 U2 =5 V，额定电流 I2=1 A。现有的电源电压 U=12 V，如何接入
电阻可使两个灯泡都能正常工作？
四、电池的连接
串联电池组 并联电池组
实物图
用途 提高电动势 输出较大电流
E 串=nE E 并=E
特点
r 串=nr r 并=r/n
电阻串联 电阻并联
总电压为各电
电压 总电压等于分电压
阻电压之和
课堂 总电流等于各 归纳并总结
电流 电流处处相等
总结 电阻电流之和 本节课的知识
10 min 总电阻的倒数等于 点。
等效电阻 总电阻等于分电阻之和
各分电阻的倒数和
扩大电表量
扩大电压表量程 扩大电流表量程
程
16
布置
习题册相关习题。
作业
本节课从理论推导研究了电阻的串联和并联的知识。在研究方法上，突出了等效替代
教学
法，虽然很好领会，但在具体操作方面还是不容易理解，集中体现在等效电路转换时，
反思
学生普遍感到困难。
17
§3-1 基尔霍夫定律
第三章 复杂直流电路的分析 教学课时 4
章节
§3-1 基尔霍夫定律 教学日期
通过对本节课的学习，使学生能够：
教学 1.了解复杂电路和简单电路的区别，了解复杂电路的基本术语。
目标 2.掌握基尔霍夫第一定律的内容，并了解其应用。
3.掌握基尔霍夫第二定律的内容，并了解其应用。
课前
相关教学课件。
准备
教学重点：
重点 掌握基尔霍夫定律在支路电流法中的应用。
难点 教学难点：
确定节点电流和回路电压的参考方向的分析计算。
教学 本节主要介绍什么是复杂电路及分析复杂电路的基尔霍夫定律的应用，此节内容为理论
思路 计算，故需要学生认真掌握新的知识概念，为后续分析计算复杂电路打下基础。
教学
流程
时间
教学内容 教学方法
分配
导入
=运用对比分析的方
新课
图 1 图 2 法进行讲解。
5 min
图 1，可以用电阻的串联、并联来化简求解的电路，这样的电
路称为简单电路。
图 2，R1、R2、R3 不能用串联或是并联直接来化简求解的电路，
这样的电路称为复杂电路。
18
一、复杂电路的基本概念
节点：3 条或 3 条以上的含有元件的导线的连接点。 用课件展示和讲授相
支路：相邻两个节点之间的分支。 关概念。
含有电源的支路称为有源支路。
不含电源的支路称为无源支路。
回路：电路中任一闭合路径。
网孔：最简回路，又称独立回路。
【例 1】请说出下图中含有的节点、支路、回路、网孔数分别
多少？
引导学生进行互动交
节点数：_____________
流、分组讨论。
支路数：_____________
回路数：_____________
网孔数：_____________
二、基尔霍夫第一定律（又叫节点电流定律）
对任一节点，流进节点电流之和等于流出节点的电流值和，即：
讲授
新课 ΣI进=ΣI出
160 min
对任一节点，流入/流出节点的电流的代数和为零，即：
ΣI=0
【例 2】用基尔霍夫第一定律求解下图中的未知电流。
向学生强调参考方向
的确定方法。
-2A
+
6V
- 2Ω 讲解例题。 I
5A 1
I2
1A
三、基尔霍夫第二定律（又称为回路电压定律）
任一回路，电动势代数和等于电阻上的电压降的代数和。 用课件展示和讲授相
ΣE=ΣIR 关概念。
任一回路，各段电路电压降的代数和为零。
ΣU=0
【例 3】用基尔霍夫第二定律求解回路电流的大小。 讲解例题。
19
向学生强调参考方向
不同则答案的符号不
同。
四、支路电流法
利用基尔霍夫第一定律和基尔霍夫第二定律求解各支路的电
流。
方法：
1.先标出网孔参考方向，再标出各支路电流方向。
2.找出节点，列出节点电流方程（基尔霍夫第一定律）。
3.列出各回路电压方程（基尔霍夫第二定律）。
4.联立电流方程和电压方程，求解。
【例 4】用支路电流法求解下图各支路电流。
步骤一：在图中标出节点、参考方向、电流方向。 注意若有 n 个节点，
列 n-1 个节点方程；若
有 m 条支路，列 m-（n-1）
个独立回路电压方程。
步骤二：列出节点 A 的电流方程。
I1 + I2 I3 = 0
步骤三：列出回路 1 和回路 2 的回路电压方程。
I
回路 1： 1
R1 + I3R3 = E1 4I1 + 2I3 =12 2I + I → → 1 3 = 6
I2R2 + I3R3 = E2 4I2 + 2I3 =16 2I2 + I = 8回路 2： → → 3
步骤四：联立求解
I1 + I2 I3 = 0
20
2I1 + I3 = 6
2I2 + I3 = 8
得：I1 = 3.5 A
I2 = 4.5 A
I3 = 8 A
1.什么是节点、支路、回路、网孔？
课堂
2.基尔霍夫第一定律、基尔霍夫第二定律的概念和公式分别是 通过提问的方式归纳并
总结
什么？ 总结本节课的知识点。
10 min
3.利用支路电流法求解各支路电流的步骤是什么？
布置
习题册相关习题。
作业
本节内容虽是直流电路，但是不能直接用电阻的串联和并联来化简求解，所以这样的电
教学
路被称之为复杂电路。用基尔霍夫定律来分析时，一定要强调参考方向的设定，不设参考
反思
方向，不可求解。
21
§4-2 磁场对电流的作用
第四章 磁场与电磁感应 教学课时 1
章节
§4-2 磁场对电流的作用 教学日期
通过对本节课的学习，使学生能够：
教学
1.理解磁场对电流的作用力（电磁力），能用左手定则正确判断电磁力的方向。
目标
2.了解匀强磁场对通电线圈的作用力。
课前 蹄形磁铁多个，导线、开关、电源，铁架台，两条平行通电直导线。
准备 相关教学课件。
教学重点：
重点 磁场对通电导线的作用力。
难点 教学难点：
匀强磁场对通电线圈的作用力。
学生在学习本节课之前，已经学习了磁场，知道了磁体和电流周围磁场的性质及特点，了
解到磁体间的相互作用、电流周围存在着磁场以及电与磁之间有联系。本节内容不仅是与上
教学
节知识（磁场性质）的联系点，而且是学习电流表工作原理和推导洛伦兹力公式的基础，在
思路
教材中承上启下作用。反应与电学知识、力学知识之间密切联系。是电磁学的重点部分，让
学生在认知过程中体验领悟科学探究的意义，掌握研究问题的科学方法。
磁场是否能
实验 动画演示
产生电流？
感应电流方向
实验 动画演示 公式分析
感应电动势大小
楞次定律、法拉第
实验 分析 归纳 讨论
电磁感应定律
直导线切割磁感线
动画演示 公式分析
产生感应电动势
教学
流程
右手定则 实验 分析 归纳
F = Blv sinα 讨论 课堂练习
综合性问题 重要提示 动画
小结 反馈练习 文本 图片
22
时间
教学内容 教学方法
分配
1.磁场中某一点的磁场方向是如何规定的？
复习
2.右手定则的内容是什么？ 以旧引新。
提问
3.磁感应强度的定义式、磁感应强度方向的规定是什么？
5 min
4.什么是磁通、磁导率、相对磁导率？
讲授
一、磁场对通电直导体的作用
新课
在上一节讨论磁感应强度时，我们已经初步了解了磁场对通电导体的作用
30 min
力。通常把通电导体在磁场中受到的力称为电磁力，也称安培力。本节将进
运用讲授法
一步讨论电磁力。 进行教学。
如图所示，在蹄形磁体两极所形成的匀强磁场中，悬挂一段直导线，让导
线方向与磁场方向保持垂直，导线通电后，可以看到导线因受力而发生运动。
先保持导线通电部分的长度不变，改变电流的大小，然后保持电流不变，
改变导线通电部分的长度。比较两次实验结果可以发现，通电导线长度一定
时， 电流越大，电流所受电磁力越大；电流一定时，通电导线越长，电磁
力也越大。当我们交换磁极位置改变了磁场方向，或改接电源极性改变了导
线中的电流方向后，导体的受力方向都随之改变。
通电直导体在磁场内的受力方向可用左手定则来判断。如图所示，平伸左
手，使大拇指与其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感 运用演示法
线垂直穿入掌心，并使四指指向电流的方向，则大拇指所指的方向就是通电 进行教学。
导体所受电磁力的方向。
通电直导体在磁场中受到的电磁力 左手定则
如果电流方向与磁场方向不垂直，而是有一个夹角α（如图所示），这时
通电导线的有效长度为 lsinα（即 l在与磁场方向相垂直方向上的投影）。
电磁力的计算式变为：
F = BIlsinα
23
电流方向与磁场方向有一夹角α
从这个公式可以看出：当α= 90°时，sin90°=1，电磁力最大；当α=
0°时， sin0°=0，电磁力最小；当电流方向与磁场方向斜交时，电磁力介
于最大值和最小值之间。
二、通电平行直导线间的作用
如图所示，两条相距较近且相互平行的直导线，当通以相同方向的电流时，
它们相互吸引，如下图 a 所示；当通以相反方向的电流时，它们相互排斥，
如下图 b 所示。这是由于每条直导线都处在另一条直导线电流的磁场中，因
而每条直导线都受到电磁力的作用。图中 表示电流垂直地由纸面外流向纸
面内，☉表示电流垂直地由纸面内流向纸面外。我们可以先用右手螺旋定则
运用计算演
判断一个电流产生的磁场方向，再用左手定则判断另一个电流在这个磁场中
示法进行教学。
所受电磁力的方向。
通电平行直导线间的相互作用
a）通入相同方向电流的平行直导线相互吸引 b）通入相反方向电流的平行直导线相
互排斥
发电厂或变电所的母线排就是这种互相平行的载流直导体，它们之间存在
着这种电磁力的相互作用。在发生短路事故时，通过母线的电流会骤然增大
运用视频播
几十倍，这时两排平行母线之间的作用力可以达到几千牛。为了使母线不致
24
因短路时所产生的巨大电磁力作用而受到破坏，每间隔一定间距就要安装一 放演示法进行
个绝缘支柱，以平衡电磁力。 教学。
三、磁场对通电线圈的作用
磁场对通电矩形线圈的作用是电动机旋转的基本原理。
直流电动机原理图 直流电动机结构图
许多利用永久磁铁来使通电线圈偏转的磁电式仪表，也都是利用这一原理
制成的，如下图所示。
运用讲授法
进行教学。
磁电式仪表
a)原理 b)汽车上的水温表
课堂 1.磁场对通电导线作用力的大小和方向。 归纳并总结
总结 2.左手定则的内容。 本节课的知识
5 min 3.电流表的工作原理。 点。
布置
习题册相关习题。
作业
25
本节课的知识有点抽象，如磁场本身是看不见的，摸不着的，所以学生在直观上有点不好。
电流又不能用肉观察，这让学生更加不好理解。在条件不允许的情况下尽量给学生播放相关
教学
实验的视频展示，学生在看和分析实验的过程中，理解了磁场对电流是有力的作用的，所以
反思 实验在教学中有着重要的意义的，学生掌握了磁场对电流有力的作用，通电的导体在磁场中
能受力运动，而且受力的方向与电流的方向有关、与磁场的方向有关。
26
§4-3 电磁感应
第四章 磁场与电磁感应 教学课时 2
章节
§4-3 电磁感应 教学日期
通过对本节课的学习，使学生能够：
教学 1.理解感应电动势的概念，会用右手定则判断感应电动势的方向。
目标 2.掌握楞次定律及其分析方法，理解法拉第电磁感应定律。
3.了解电磁感应现象在生产、生活中的广泛应用。
课前 灵敏电流计，条形磁铁，螺线管，导线。
准备 相关教学课件。
教学重点：
1.感应电流产生的条件。
2.楞次定律和和右手定则。
重点
教学难点：
难点
1.判断是否产生感应电流。
2.楞次定律中感应磁场的“阻碍”作用。
3.法拉第电磁感应定律中磁通变化率的概念。
进一步介绍电磁感应的基本概念、法拉第电磁感应定律，为后续变压器、电机、电磁式仪表
教学 等教学建立必要的基础知识，作为解决电磁感应问题的重要依据。采用启发、引导、提问、互
思路 动、练习等多种教学方法和视频、多媒体课件、实验等直观的教学手段，把抽象的概念定律直
观化、形象化。
磁场是否能
实验 动画演示
产生电流？
感应电流方向
实验 动画演示 公式分析
感应电动势大小
楞次定律、法拉第
实验 分析 归纳 讨论
电磁感应定律
教学 直导线切割磁感线
动画演示 公式分析
流程 产生感应电动势
右手定则 实验 分析 归纳
F = Blv sinα 讨论 课堂练习
综合性问题 重要提示 动画
小结 反馈练习 文本 图片
27
时间
教学内容 教学方法
分配
1.什么是电流的磁效应？
2.下图是两根铜排在一次短路事故后的变形情况，试分析其变形的原因。
复习
提问
3 min
产生此现象的原因：
（1）电流产生磁场，同时磁场对电流又有力的作用。
（2）两导体中通入反方向电流，使导体受力相互排斥造成的。
通过播放视频，
吸引学生的注意
电流能产生磁场，那么磁场能否产生电流呢？
导入 力，使之产生好奇
带着以上问题观看视频。
新课 心，激发其学习兴
2 min 趣。
28
一、电磁感应现象
1.演示一 运用演示、讲
解、启发与引导的
方法进行教学。
（1）让导体 AB 在磁场中向前或向后运动。
现象：电流表指针发生偏转，说明电路中有了电流。
（2）导体 AB 静止或做上、下运动。
现象：电流表指针不发生偏转，说明电路中无电流。
讲授 闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动时，电路中就有电流产生。
新课 2.演示二
75 min
（1）把磁铁插入线圈或从线圈中抽出。
现象：电流表指针发生偏转。
（2）磁铁插入线圈后静止不动，或磁铁和线圈以同一速度运动。
现象：电流表指针不偏转，说明闭合电路中没有电流。
只要闭合电路的一部分导体切割磁感线，电路中就有电流产生。
3.结论
产生感应电流的条件：只要穿过闭合电路的磁通发生变化，闭合电路中就
有电流产生。
电磁感应现象：利用磁场产生电流的现象叫电磁感应现象。产生的电流叫
感应电流。
【例 1】如图所示，在通电直导线旁有一矩形线圈，在下述情况下，线圈
中有无感应电流？为什么？
（1）线圈以直导线为轴旋转。
（2）线圈向右远离直导线而去。
29
二、楞次定律
判断感应电流方向的方法：右手定则、楞次定律。
1.右手定则
伸开右手，使大拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在一个平面内，让磁
感线垂直进入手心，大拇指指向导体运动方向，这时四指所指的方向为感应
电流的方向。
2.楞次定律
能量守恒定律，磁力阻碍磁铁运动，外力克服磁力的阻碍做了功，其它形
式的能转化为感应电流的电能。
楞次定律：感应电流的方向，总是要使感应电流的磁场阻碍引起感应电流
的磁通的变化。
判定感应电流方向的步骤：
（1）明确原来磁场的方向及穿过闭合电路的磁通是增加还是减少。
（2）根据楞次定律确定感应电流的磁场方向。
（3）利用安培定则确定感应电流方向。
【例 2】如图所示，用右手定则、楞次定律判定 AB 中感应电流的的方向。
三、法拉第电磁感应定律
感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。
方向：和感应电流方向相同，用右手定则或楞次定律来判断。
不管外电路是否闭合，只要穿过电路的磁通发生变化，电路中就有感应电
动势。产生感应电动势的那段导体相当于电源。
单位时间内穿过线圈回路的磁通的改变量，若用ΔΦ=Φ2-Φ1表示导线在
30
Δt=t2-t1时间内磁通的改变量，则
ΔΦ
e =
Δt
所以法拉第电磁感应定律：线圈中感应电动势的大小与穿过线圈的磁通变
运用演示、讲
化率成正比。
若线圈有 N匝，则 解、启发与引导的
ΔΦ 方法进行教学。 ΔΨ
e = N = （NΔΦ = NΦ2 -NΦ1 = Ψ2 -Ψ1= ΔΨ ）（Ψ 称为磁链）
Δ t Δ t
四、直导体切割磁感线产生感应电动势
1.感应电动势的大小
（1）若导线运动方向与导线本身垂直，与磁感线方向也垂直，则
e = Blv
（2）若导线运动方向与导线本身垂直，与磁感线方向成θ角，则
e = Blv sinθ 以提问的方式
2.推导过程 引起学生的注意，
促使学生在后面
的课程中寻找答
案。
设 ab 长为 l，以速度 v沿垂直磁感线方向匀速向右运动，t s 内移动距离
aa'
F = BIl
Fout = F
外力反抗磁场力做的功
W1 = Foutl aa' = Flaa′ = BIlvt
感应电流做的功
W2 = eIt
因为
W1 = W2
BIlvt = eIt
所以
e = Blv
E
I = （R 是闭合电路电阻）
R
若导线运动方向与导线本身垂直，与磁感线方向成θ角，v分解为 v1、v2、
v1，不切割磁感线，不产生感应电动势，只有 v2产生感应电动势，所以
e = Blv2 = Blvsinθ
31
3.单位
B——特斯拉（T）；e——伏特（V）；L——米（m）；V——米/秒（m／s）。
1.电磁感应现象。 归纳并总结本
2.法拉第电磁感应定律。 节课的知识点。
课堂 3.产生感应电动势的条件。
总结 4.楞次定律
10 min （1）判断感应电动势的方向
（2）判断感应电动势的正负
（3）右手定则
布置
习题册相关习题。
作业
学生通过实验，大多数组能够感知电磁感应的现象和产生感应电流的各种方法，接下去就是
教学 要启发学生对产生感应电流的本质进行思索。我尝试将以上能产生感应电流的情况动画模拟重
反思 现实验，并指导学生将实验观察到的现象罗列在表格中，通过表格让学生提炼共性，协助建构
形成电磁感应的条件。
32
§5-1 交流电的基本概念
第五章 单相交流电路 教学课时 2
章节
§5-1 交流电的基本概念 教学日期
通过对本节课的学习，使学生能够：
教学 1.了解正弦交流电的产生和特点。
目标 2.理解正弦交流电的有效值、频率、初相位及相位差的概念。
3.掌握正弦交流电的三种表示方法。
课前 电工实验台，函数信号发生器、示波器，发电机实物模型。
准备 相关教学课件。
教学重点：
重点 正弦交流电的三要素和正弦交流电的三种表示方法。
难点 教学难点：
正弦交流电的相位与相位差概念。
教学
e = E sin ω t
流程 m
33
学生对交流电的应用并不生疏，但对交流电的规律并不熟悉。从本节开始，要把学生从学
习直流电的情境中很好地引导到学习交流电的新情境中来。
正弦交流电的产生是电磁感应理论的具体应用。本节知识既是第四章内容的延伸，也是整
个第五章的理论基础，而且还是第六章“三相交流电路”的理论基础。
要运用电磁感应原理，配合相关的演示实验，了解交流电的产生过程，认识交流电的特点
教学
和规律。描述交流电要比描述直流电复杂得多，因为交流电的大小和方向都是随时间的变化
思路
而变化的，这就需要采用一些特殊的物理量及特殊的形式来描述。如周期和频率表明交流电
周期性变化的快慢，峰值表明交流电在变化过程中所能达到的最大数值，有效值反映的是交
流电的热效应在时间上的平均效果。用函数表示正弦交流电，便于进行教学分析；用波形图
表示正弦交流电更为直观形象；用相量图表示正弦交流电便于对几个同频率的正弦交流电进
行相位比较和加减运算，这一方法在工程上更为常用。
时间
教学内容 教学方法
分配
1.家中哪些用电器使用的是直流电？
2.哪些电源可以提供直流电？ 通过提问的方式
3.哪些用电器使用的是交流电？ 促使学生思考，激发
导入
4.交流电是从何而来的？ 学生的学习兴趣。
新课
当学生举出手机电池、电动车蓄电池等例子时，教师可适时加以引导，
5 min
说明许多直流电源，其实都是从交流电源采用一定转换方法而获得直流
电的。
一、交流电的概念
通过示波器观察比较直流电和交流电波形。 引导学生用示波
器观察交、直流电的
波形，形成直观的认
识。
a) b) c) d)
讲授
直流电和交流电波形
新课
教材中所列各种不同的波形信号，可由电工实验台的函数信号发生器
70 min
获得，如要获得更好的信号，可另备函数信号发生器。书中图片只作参
考，不能代替实际观察。
比较上图中 4 种不同波形，归纳出交流电与直流电的根本区别是：交
流电的大小和方向都随时间变化，而稳恒直流电的大小和方向是恒定不
变的。通常所称直流电就是指稳恒直流电。
如果交流电的大小和方向按正弦规律变化，则称其为正弦交流电。图
对比分析交、直流
34
中正弦交流电的波形可由 50 Hz 工频交流电源获得（建议使用 100:1 的 电的波形特点。
无源探头，探头的接地夹一定要接在地线上，不得接入零线或相线，以
防短路），也可由信号发生器获得（这已为随后讨论交流电的产生作好
了铺垫）。
让学生观察锯齿波和方波的波形，目的是让他们了解实际应用的交流
电并不仅仅限于正弦交流电。例如上图中所示锯齿波电流，在示波器和
电视机中都有应用。方波信号在许多控制电路及计算机中有广泛应用。
锯齿波、方波等都是交流信号，但不是正弦交流电，统称为非正弦交流
电。正弦交流电是交流电中最简单最基本的，而且所有周期性非正弦交
流电都可以看作是一系列正弦交流电叠加合成的结果。所以教材中这样
说：正弦交流电也是研究非正弦交流电的基础。
直流电和交流电分类： 总结归纳交、直流
稳恒直流电 电的分类。
直流电
脉动直流电
正弦交流电
交流电 锯齿波
非正弦交流电 方波
……
二、正弦交流电的产生
通过波形的对比，知道了什么是交流电后，再来探究交流电是如何产 利用动画演示交
生的。在感性认识的基础上，再做理论分析，这有利于学生理解和掌握。 流电的产生过程。
对交流电的产生过程，要充分利用发电机实物模型，并结合多媒体课
件进行讲解。可设置如下问题：
【例 1】观察下图，回答以下问题：
线圈截面图
（1）矩形线圈转动过程中，哪些边会产生感应电动势？ 引导学生围绕提
（2）当线圈转到什么位置时，线圈中没有电流？ 出的问题展开讨论，
（3）当线圈转到什么位置时，线圈中电流最大？ 推导出感应电动势
（4）从什么位置开始，线圈中感应电流改变方向？ 的计算公式。
讨论过上述问题后，再进一步将问题细化，从中性点（即线圈平面与
磁场方向垂直时）开始，就几个关键点，对线圈转动一圈中感应电动势
35
大小和方向的变化逐点进行分析，并逐步完成波形图。经过这一系列分
析讨论，帮助学生对交流电的产生过程能有一个清晰完整的印象。
推导感应电动势的计算公式，结合课堂讨论进行。
第一步:先讨论什么是“中性面”。
ω 第二步:设线圈t 从中性面开始转动（即初相为零）。线圈转动角速度为 ，经历时间为 。
得出 = sin
第三步：从线圈平面与 中=性 面成sin一 ( 夹 角+ 0 )时开始计时，得出
三、表征正弦交流电的物理量
这一组物理量反映的是正弦交流电变化的快慢。可以使用信号发生器
和示波器，让学生观察、比较不同频率的信号波形。
正弦交流电波形如下图所示。
正弦交流电波形
讲授正弦交流电
1.周期
0.02 s 的周期、频率、角频正弦交流电每重复变化一次所需的时间称为周期，用符号 表示，单 率等的概念及计算位是秒（s）。上图所示交流电的周期为 。
方法。
2.频率
正弦交H流z电在 1 s 内重复变化的次数称为频率，用符号 表示，单位 是赫兹（ ）。
根据定义可知，周期和频率 =互1为 倒 数 ，= 即1 或
我国和多数国家电网标准频率为 50 Hz（习惯上称为工频），少数国家
采用 60 Hz 的频率。
3.角频率
正弦交流电每秒内变化的电角度（每重复变化一次所对应的电角度为
2π，即 360°）称为角频率，用符号 ω 表示，单位是弧度每秒（rad/s）。
角频率与周期、频率的关系为 ：= 2π = 2π
36
例如，50 Hz 所对应的角频率是100π rad/s，即约314 rad/s。
引入角频率 ω 后，相应正弦交流电波形的横坐标也就用 表示。
4.最大值、有效值和平均值
这一组物理量反映的是正弦交流电的大小。
（1）最大值 讲授正弦交流电
正弦交流电在一个周期所能达到的最大瞬时值称为正弦交流电的最 的最大值、有效值和
大 值（又称峰值、幅值）。最大值用大写字母加下标 m 表示，如 、 、平均值的概念及计。 算方法。
从正弦交流电的反向最大值到正向最大值称为峰—峰值，用 表
示。显然，正弦交流电的峰—峰值等于最大值的 2 倍，如下图所示。在
示波器上读取正弦交流电的峰—峰值较为方便，这样不必
知正弦交流电的最大值。测得电压峰1 —峰值后，由 =
确2定 零点即可 即可得:
= 2
利用波形图进行
讲解。
交流电的最大值和峰 - 峰值
（2）有效值
交流电的大小是随时间变化的，那么，当我们研究交流电的功率时，
应该用什么来表示交流电的平均效果呢？可设计如下实验：取两只完全
相同的电水壶，装入温度、质量相同的水，如下图所示。
电水壶分别接通交流电和稳恒直流电，如果两壶水在相同的时间内被
烧开，说明它们产生的热效应是相同的。此时，这一稳恒直流电的数值
就称为该交流电的有效值。
通过具体的实例，
讲解抽象的知识，便
于学生理解。
交流电的有效值
为了使有效值的概念更为准确，对交流电的有效值是以一个周期来定
义的：让交流电和稳恒直流电分别通过大小相同的电阻，如果在交流电
的一个周期内它们产生的热量相等，而这个稳恒直流电的电压是 ，电
37
流是 ，我 们就 把 、 称为相应交流电的有效值。有效值用大写字母 表示，如 、 、 。
正弦交流电的有效值和最 大=值 之≈间 √2 0
有.7如07下 关系：
= √2 ≈ 0.707
（3）平均值
在讨论电路的输出电压等问题时，有时还要使用平均值。由于正弦交
流电取一个周期时平均值为零，所以规定半个周期的平均值为正弦交流
电的平均值，如下图所示。
结合波形图，讲解
该知识点。
正弦交流量的平均值用半个周期的平均值表示
正弦电动势、电压和电流的平均值分别用符号 、 、 表示。平
均值与最大值之间 的=关2系 是π
： 有 效值= 与π2
平均 值 之=间π2
的 关系是：
有效值π 与平均值之间的关系是： = 2√2 ≈ 1.1 =
2√π2 ≈ 1.1 = 2√π2 ≈ 1.1
5.相位与相位差
（1）
在式 相=位 sin（ + ）中，（ + ）表示正弦量随时间变化
的电 角度，称为相位 角式中 为正弦量在 =，0也 称相位或相角，它反映了交流电变化的进程。 时的相位，称为初相 位= ，0 也称初相角或初相。 交流电的初相可以为正，也可以为负。若 时正弦量的瞬时值为
正，则初相为正，如下图 a 所示；若 = 0 时正弦量的瞬时值为负，则
初相为负，如下图 b 所示。
结合波形图，讲授
相位和相位差的概
念。
a） b）
38
相位的正负
a）初相为正 b） 初=相为24初0°相通A 常用不大于 18 0=°的5角0s来in表示 。 例12如0，° A 50s
负in （ +
） 习惯上应记为 （ ） 。
（2）相位差
两个同频率交流 电= 的( 相 +位 之)差 称( 为 相+位 差)，=用 符 号 表示，即
如果交流电 e1 比另一个交流电 e2 提前达到零值或最大值（即 >0），
则称 e1 超前 e2，或称 e2 滞后 e1；若两个交流电同时达到零值或最大值，
即两者的初相位相等，则称它们同相位，简称同相；若一个交流电达到
正的最大值时，另一个交流电同时达到负的最大值，即它们的初相位相
差 180°，则称它们反相位，简称反相；若两个正弦交流电相位差 =90°，
则称它们正交。相应波形图如下图所示。
引导学生根据波
形图判断出两个同
频率交流电的相位
关系。
c） d）
两个同频率交流电的相位关系
a）超前和滞后 b）同相 c）反相 d）正交
从波形图上观察两个正弦量的相位差，可以选它们的最大值（或零值）
来观察，沿时间轴正方向看，先出现最大值（或零值）的正弦量超 前； 后出现的滞后。例如，在上图中 ，可以说 e1 超前于 e2，相位差为 。也 可以说 e2 滞后于 e1，相位差为 。
习 惯 上 相≥位 18差0的° 取 值=范 围 是 18<0或 ° <18 0 °≤ 180 °3。60若°计±算 结果 = ，应取 作为相位
差 ，并=改12变0°相 关描 述1，2以0°满足=取 （ ） 24
值0°范围要求。例如，若计算结果 = ，一般不说 e1 超前 e2 240°，而是说
e2 超前 e1 120°。
综上所述，正弦交流电的最大值反映了正弦交流电的变化范围，角频
率反映了正弦交流电的变化快慢，初相位反映了正弦交流电的起始状
态。它们是表征正弦交流电的三个重要物理量。知道了这三个量就可以
唯一确定一个交流电，写出其瞬时值的表达式，因此常把最大值、角频
率和初相位称为正弦交流电的三要素。
60【°) 例V, 2e】=已6知5 两√2正si弦n(电10动0π势 分 别30是°)： V = 100 √2 sin(100π + ，求：
39
（1）各电动势的最大值和有效值。
（2）频率、周期。
（3）相位、初相位、相位差。
（4）波形图。
解： 使学生通过练习
1 习题，掌握正弦交流（ ）最大值： = 100 √2 V 电三要素的计算方
= 65 √2 V
法。
有效值： = 100 √2 V = 100 V
= 65 √2√ 2√2 V = 65 V
（2）频率： = = 2 π = 120π0π Hz = 50 Hz
周期： = = 1 = 510 s = 0.02 s
（3）相
位：= 100π + 60° = 100π 30 °
初 相 位 ：= 60° = 30°
相位差：
4 = = 60
° （ 30°） = 90°
（ ）波形图如下图所示。
讲解如何用相量
图来表示正弦量。强
调线段的长度表示
正弦量的有效值，相
量和与 X 轴正方向的
夹角为正弦量的初
四、正弦交流电的相量图表示法
相。
直接由分析例题引入相量图表示法。这样做的目的，一是以此设疑，
40
激起学生求知的欲望；二是让学生在实际解题中，体会相量图表示法的
应用，这样可使抽象的推导变得具体，而且也便于展开课堂讨论和师生
互动。
正弦量都可以用这样一个长度对应有效值、与参考方向夹角对应初相
的有向线段来表示，这个量称为相量，一般用 、 、 等符号来表示。
上图所示就是 = 3 √2 sin 相（314量 图+ 30° ） V 对应的
相量也可以 用代+数 形式表达各物理量之间的关系，如
相量图 。 和 两个相量
的和可表示为 ，但应注意此时并不能直接用有效值进行代数运
算，而应采用平行四边形法则等几何方法，或复数运算等代数方法。
将相同频率的几个正弦量的相量画在同一个图中，就可以采用平行四
通过板书演示如
边形法则来进行它们的加减运算了，如下图所示。
何运用平行四边形
法则计算向量的和。
+ 相量求和 使用平行四边形法则求 的方法是，以 和 为邻边、长度为
边长作一平行四边形，以 和 的交点为起点、其对角的顶点为终点作
一有向线段，所得相量即为二者的相量和。相量和的长度表示正弦量和
的有效值，相量和与 X 轴正方向的夹角即为正弦量和的初相，角频率不
变。
使用平行四边形法 则求 ，按上述方法求 + （
时，可将 反向延长相等长度，得到
）。
由上图所示， 用 和 的相量图可以很方便地求出 + 的瞬时值表达式。由于 、= (
夹 角 )恰+好 为=90°3，有4 +
4 V = 5 V
= arctan = arctan 3 ≈ 53° ( 超前 的角度)
于是 可=得5 V = =+3 14 的 r三a 要素为：sd =
= 30° 53° = 23°
41
所以 = 5 √2 sin(314 23°) V
教学中注意以下几点：
1.同一相量图中，各正弦交流电的频率应相同。
2.同一相量图中，相同单位的相量应按相同比例画出。
3.一般取直角坐标轴的水平正方向为参考方向，有时为了方便起见，
也可在几个相量中任选其一确定参考方向，并且不画出直角坐标轴。
4.一个正弦量的相量图、波形图、解析式是正弦量的几种不同的表示
方法sin，它 们 +有 一一对 应的关系，但在数学上并不相等，如果写成 =（ ）= ，则是错误的。
5.在用相量图运算求得和或差后，可列出其对应的正弦交流电的解析
式，画出其波形草图，从而熟悉正弦交流电三种表示法之间的转换。
1.正弦交流电的解析式（瞬时值表达式）。
2.最大值、角频率和初相位称为正弦交流电的三要素。
3.与三要素相关的主要概念还有：
频率： = 2
课堂 周期：
总结 = 1 归纳并总结本节 课的知识点。 10 min
有效值： = √ 、 = √ 、 = √
平均值： = π2 、 = π2 、 = π2
布置
习题册相关习题。
作业
42
本次课学习的交流电的基本概念既重要又实用，但所涉及的知识抽象难懂。在授课过程中，
根据学生实际情况，理论联系实际，采用讲授法、自主学习等教法相结合的教学模式，在一
定程度上激发了学生学习主动性。另外，将最抽象的物理量设计成波形图、相量图的形式，
教学
形象直观、使学生很容易就算出正弦交流电的三要素。绝大多数学生能理解并掌握相关的知
反思
识点，并对电工课的学习也产生了很大的兴趣。不足的是，教学设计中探究学习的比例较小，
仍有一小部分学生是被动的接受知识，未能最大限度地发挥每个学生自主学习的潜能。这一
点是今后的教学设计应加以改进的。
43
§5-3 单一参数交流电路
第五章 单相交流电路 教学课时 2
章节
§5-3 单一参数交流电路 教学日期
通过对本节课的学习，使学生能够：
1.了解纯电阻交流电路、纯电感交流电路、纯电容交流电路中电压与电流之间的相位关
教学
系和数量关系。
目标
2.理解交流电路中瞬时功率、有功功率和无功功率的概念。
3.了解电感和电容的储能特性。
课前 电源、电阻，电容，电感，示波器，万用表。
准备 相关教学课件。
教学重点：
电压与电流之间的相位关系和数量关系。
重点
教学难点：
难点
1.电压与电流之间的相位关系。
2.无功功率的概念。
教学
流程
讨论单一参数交流电路，就是把 R、L、C 三个元件都看成理想元件，也就是突出它们的
主要电磁性质而忽略其次要因素，且都是按线性元件来处理。电阻元件具有消耗电能的性
质（电阻性）；电感元件具有通过电流便产生磁场而储存磁场能量的性质（电感性）；电容
元件具有加上电压便产生电场而储存电场能量的性质（电容性）。
教学
对于交流电路的学习，一般都是从两个方面来分析，即电流、电压之间的关系（包括数
思路
量关系和相位关系）及功率问题。掌握单一参数电路中电流、电压之间的关系以及功率关
系，是分析和计算正弦交流电路的基础。
在分析单一参数的正弦交流电路时，通常都采用关联参考方向的方法，即规定它的电压
和电流的参考方向一致。
44
时间
教学内容 教学方法
分配
交流电路中的实际元件，由于结构不同及工作频率不同，其作用并不是
导入 单一的。例如，绕线电阻也存在电感，电感线圈也存在电阻，当信号频率 联系实际，
新课 很高时，各线匝之间的电容效应也不可忽略。本节所讨论的单一参数交流 引 发 学 生 思
5 min 电路，只不过是一种理想状态。 考。
一、纯电阻交流电路
1.什么是纯电阻交流电路
一个交流电路中的所有元件如果只需要考虑电阻的作用，电容和电感可
运用讲授法
以忽略不计，则可将其近似地看作纯电阻交流电路。
进行教学。
2.生产生活中有哪些纯电阻交流电路
白炽灯电路、卤钨灯电路、工业电阻炉电路等都可以近似地看成是纯电
阻交流电路。
3.电流与电压的关系
如下图所示是一个简单的纯电阻交流电路。
讲授
新课
70 min
纯电阻交流电路
a）电路图 b ）电压、电流相量图 c）电压、电流、功率的波形图
运用引导分
（1）纯电阻交流电路中，电阻中通过的电流也是一个与电压同频率的正 析法进行教
弦交流电流，且与加在电阻两端的电压同相位。上图 b 和上图 c 分别给出 学。
了电压、电流的相量图和电压、电流、功率的波形图。
（2）在纯电阻交流电路中，电流与电压的瞬时值、最大值、有效值都符
合欧姆定律。 = = s in = =
4.功率
（1）瞬时功率
在任一瞬间，电阻中电流瞬时值 与同 一瞬间电阻两端电压的瞬时值的乘 积，称为电阻获取的瞬时功率，用 表示，即
45
= = sin
瞬时功率的曲线如上图 c 所示。
【例 1】为什么说电阻是耗能元件？ 运用探究法
观察上图 c 所示的功率波形图，可以发现电流和电压同相，所以 在任 进行教学。
一瞬间的数值都大于或等于零，这就说明电阻总是要消耗功率，因此，电
阻是一种耗能元件。
（2）平均功率
由于瞬时功率时刻变动，不便计算，通常用电阻在交流电一个周期内消
耗的功率 的 平均值来表示功率的大W小，称为平均功率。平均功率又称有功 功率 ， 用 表示，单位仍是瓦特（ ）。电压、电流用有效值表示时，平均 功率 的计算与直流电路相同 =，即 = =
二、纯电感交流电路
1.什么是纯电感交流电路
运用讲授法
由电阻很小的电感线圈组成的交流电路，可以近似地看作纯电感交流电
进行教学。
路。
2.日常生活中有哪些纯电感交流电路
日光灯的镇流器、直流电源中的滤波器、电动机启动装置、风扇调速
装置、电焊机调节电流的电抗器等。由于绕制线圈的导线总会有电阻，所
以很难制成纯电感元件，只有在电阻很小时可忽略不计，视为纯电感交流
电路。
3.电流与电压的关系
如下图 a 所示是一个简单的纯电感交流电路。
运用引导分
（1）在纯电感交流电路中，电感两端的电压比电流超前 90°，即电流比
析法进行教
电压滞后 90°。下图 b 和下图 c 分别给出了电压、电流的相量图和电压、电
学。
流、功率的波形图。
纯电感交流电路
a）电路图 b）电压、电流相量图 c）电压、电流、功率的波形图
46
（2）电流与电压的有效值之间符合欧姆定律，即
=
4.功率
由上图 c 所示功率曲线图可见，瞬时功率在一个周期内，有时为正值，
有时为负值。
【例 2】瞬时功率为正值说明什么？ 运用提问法
电感从电源吸收电能转换为磁场能储存起来。 进行教学。
【例 3】瞬时功率为负值又说明什么？
电感将磁场能转换为电能返还给电源。
【例 4】电感是耗能元件吗？
瞬时功率在一个周期内吸收的能量与释放的能量相等，也就是说纯电感
电路不消耗能量，它是一种储能元件。电路的平均功率为零。
不同的电感与电源转换能量的多少也不同，通常用瞬时功率的最大值
来反映电感与电源之间转换能量的规模，称为无功功率，用 表示，单位
是乏（Var）。其计算式为
= = =
电感元件有阻碍电流变化的作用，而自身又不消耗能量。
三、纯电容交流电路
1.什么是纯电容交流电路
把电容器接到交流电源上，如果电容器的电阻和分布电感可以忽略不 运用探究法
计，可以把这种电路近似地看作纯电容交流电路。 进行教学。
2.电流与电压的关系
（1）在纯电容交流电路中，电压比电流滞后 90°，即电流比电压超前 90°。
下图 b 和下图 c 分别给出了电压、电流的相量图和电压、电流、功率的波
形图。
（2）电流与电压的有效值之间符 =合欧 姆定律，即
3.功率
【例 5】电容是耗能元件还是储能元件？
分析下图 c 所示功率曲线图可知，电容也是一种储能元件。瞬时功率为
正值，说明电容从电源吸收能量转换为电场能储存起来；瞬时功率为负值，
说明电容又将电场能转换为电能返还给电源。
【例 6】电容平均功率多大？无功功率如何计算？
纯电容交流电路的平均功率为零，其无功功率为
= = = 运用类推法 进行教学。
47
纯电容交流电路
a）电路图 b）电压、电流相量图 c）电压、电流、功率的波形图
1. 电容和电感都是储能元件。
2. 单一参数交流电路的特性见下表。
单一参数交流电路的特性
课堂 归纳并总结
总结 本节课的知识
10 min 点。
布置
习题册相关习题。
作业
本次课学习的单一参数交流电路既重要又实用，在授课过程中，根据学生实际情况，理
教学 论联系实际，采用讲授法、自主学习等教法相结合的教学模式，激发学生的学习兴趣和主
反思 动性。绝大多数学生能理解并掌握相关的知识点，少部分学习能力弱的同学需要课后进一
步加深巩固课上所学知识。
48
§6-1 三相交流电源
第六章 三相交流电路 教学课时 2
章节
§6-1 三相交流电源 教学日期
通过对本节课的学习，使学生能够：
1.了解三相交流电的产生和特点。
教学 2.掌握三相电源绕组星形连接时线电压和相电压的关系。
目标 3.了解三相四线制、三相五线制和三相三线制供电方式。
4.会用万用表测量三相电源的线电压和相电压。
5.能用三相交流电源的相关知识解决简单的实际问题。
课前 交流发电机模型，单相三孔插座，红、黄、绿、黄绿色导线。
准备 相关教学课件。
教学重点：
1.三相交流电的特点和表示方法。
重点
2.三相交流电的供电方式。
难点
教学难点：
三相交流电动势的产生原理。
教学
流程
教材以学生较为熟悉的三相输电线导入三相交流电，教师可以以此为线索展开课堂讨论，
教学 由学生举例说明三相交流电的应用。
思路 介绍三相交流电优点时，尽可能联系输配电和用电实际，让学生从已有的感性认识中加
深理解。有些问题只能先进行简要说明，需留待以后再进行详细解释。
49
时间
教学内容 教学方法
分配
1.什么是单相交流电路？ 以旧引新。
单相交流电路是指电路上只接有一个正弦交流电动势的电路。
2.单相交流电动势产生的原理是什么？
矩形线圈在磁感应强度按正弦函数规律分布的磁场中，按逆时
针方向匀速转动而产生的。
3.分析单相交流电的局限性：
（1）单相发电机输出功率不够大。 通过对比引出三相交
（2）单相发电机运转时振动较大。 流电，激发学生对三相
（3）远距离单相输电效率较低。 交流电的产生及应用产
导入
4.三相交流电的优点： 生学习兴趣。
新课
（1）三相发电机比体积相同的单相发电机输出的功率要大。
5 min
（2）三相发电机的结构不比单相发电机复杂多少，而使用、维
护都比较方便，运转时比单相发电机的振动要小。
（3）在同样条件下输送同样大的功率，特别是在远距离输电时，
三相输电比单相输电节约材料。
（4）从三相电力系统中可以很方便地获得三个独立的单相交流
电。当有单相负载时，可使用三相交流电中的任意一相。
一、三相交流电动势的产生
三相交流电动势是由三相交流发电机产生的。
1.三相交流发电机的结构
下图 a 所示为三相交流发电机的示意图。它主要由定子和转子组 先从三相交流发电机
成。 的结构入手，逐步剖析
三相交流电动势产生的
转子：是电磁铁，其磁极表面的磁场按正弦规律分布。
讲授 原理，并讲解三种表示
定子：铁芯中嵌放三个在尺寸、匝数和绕法上完全相同的线圈
新课 方式。
绕组，三相绕组始端分别用 U1、V1、W1 表示，末端用 U2、V2、W2
70 min
表示，分别称为 U 相、V相、W 相, 发电机的三根引出线及配电站
的三根电源线分别以黄（U）、绿（V）、红（W）三种颜色作为标
志。三个绕组在空间位置上彼此相隔 120°。
50
运用演示法、讲解法
进行教学。
三相交流发电机
a）三相交流发电机示意图 b）电枢绕组 c）三相绕组及其电动势
2.原理
当转子在外力带动下以角速度 ω 做逆时针匀速转动时，三相定
子绕组依次切割磁感线，产生三个对称的正弦交流电动势。
3.三相交流电动势的表示
（1）解析式为：
=== ssiisnni n (( ( +1200
°) ) 启发讲解如何用三种 + 120°°) 方法来表示三相交流电 动势
（2）波形图:
运用自主学习法、总
（3）相量图:
结归纳法进行教学。
4.概念
相序：三个交流电动势到达最大值（或零）的先后次序称为相
序。 引导学生观察不同相
正序：如按 U→V→W→U 的次序循环称为正序。 序与电动机旋转方向的
负序：按 U→W→V→U 的次序循环则称为负序。 关系，加深其对相序的
51
【例 1】判断相序 概念的理解。
V→W→U→V( ) W→V→U→W( )
【例 2】演示实验
取小型实验电动机，按下图所示两种方式接线，采用直接启动
的方法观察电动机的旋转方向。 让学生进行分组讨
论，并巡回指导
a） b）
让学生通过对思考题
电动机旋转方向与电源相序的关系
的讨论，加深对三相电
a）正序 b）负序
动势的理解，并顺势将
【例 3】思考
+ + = 学生的思路引入下一个（1）依据三相对称交流电动势的相量图判断
内容——三相四线制。
（2）实际应用中，三相交流电该如何连接单相负载？可否用三
相六线制来连接？是否经济？
二、三相四线制供电
将三相交流发电机中三相绕组的末端 U2、V2、W2 连接在一起，
成为一个公共点，始端 U1、V1、W1 引出作输出线，这种连
重点讲清中线、相线、
接方式称为星形连接，用“Y”表示，如下图所示。 相电压、线电压等概念。
三相四线制电路
1.三相电源的星形连接
从三个线圈始端 U1、V1、W1 引出的三根线称为相线或端线（俗
称火线），用 L1、L2、L3 表示，并分别用黄、绿、红三种颜色作为
标志。
三个线圈的末端连接在一起，成为一个公共点，称为中性点，
简称中点，用 N 表示；从中性点引出的输电线称为中性线，简称
中线。中线通常与大地相接，接地的中性点称为零点，接地的中
性线称为零线。工程上，零线或中线所用导线一般用蓝色或黑色
52
表示。
有时为了简便，常不画发电机的线圈连接方式，只画四根输电
线表示相序, 如下图所示。
相序的简化表示
采用三根相线和一根中线的输电方式称为三相四线制；目前在
低压供电系统中多数采用三相四线制供电。
2.线电压与相电压
线电压：相线与相线之间的电压，分别用 、 、 表示，
规定线电压的参考方向是自 U 相指向 V 相、V 相指向 W 相、W 相
指向 U 相。
相电压：相线与中性点 之间 的电 压，分别用 、 、 表示， 规定相 电压的参考方向 、 、 为始端指向末端。 作出
=
、 、 的=
相

量图，可
= =+
得 线 电 压( )
与 相电压= 之 间 的 关系为
又因为 ，在图中作出 ，利用
几何方法可以求出三个线电压，它们也是对称三相电压，其有效
值为
= √3
式中： 表示线电压， 表示相电压。
从下图可以看出，线电压总是超前于对应的相电压 30 度。
向学生简要说明通过
相量图推导的过程。
三相四线制线电压与相电压的相量图
【例 4】指导学生用万用表从电工实训台，或从配电箱、配电屏
测量三相电源线电压和相电压。
三个相电压只有在对称时其和为零，而线电压无论对称与否其
和均为零。即：
53
uv + vw + wu = 0
三、三相五线制供电
用途：用于民用建筑的保护接零。
接法：在三相四线制的基础上，设有专门的保护零线。 通过实际测量加深学
三相五线制是在三相四线制的基础上，另增加一根专用保护线，生的印象。
称为保护零线 （也称接地线）与接地网相连，从而更好地起到保
护作用，如下图所示。保护零线一般用黄绿相间色作为标志，用
PE 表示。相应地，原三相四线制中的零线一般称为工作零线。
三相五线制供电
工作生活中日常使用的单相交流电都是由三相五线制得来的。
其中，取三条相线中的一条为相线，同时保留工作零线和保护零
说明三相五线制供电
线。按照规范，单相三孔插座的接线必须遵循“左零（N）右相（L）
的用途，引导学生讨论
上接地（PE）”的原则，单相两孔插座不接保护零线，遵循“左零
具体的连接方法。
（N）右相（L）”的原则，如下图所示。
实物演示单相三孔插
座的接线方法，让学生
将理论知识应用于实
际。
单相插座
54
三相五线制供电系统示意图
四、三相三线制供电
三相三线制就是三相电源星形连接时，中性线不引出，由三根
相线对外供电。如下图所示。三相三线制供电只能向三相用电器 向学生说明三相三线
供电，提供线电压，不能向单相用电器供电，主要用于高压供电 制的连接方法以及应用
场合。
线路和低压动力线路。
三相三线制供电
【例 5】对一般三相交流发电机的三个线圈中的电动势，正确的
说法是（ ）。 提问，让学生自主讨
A、它们的最大值不同。 论并抢答。
Ｂ、它们同时达到最大值。
Ｃ、它们的周期不同。
Ｄ、它们达到最大值的时间依次落后１／３周期。
【例 6】有一台三相交流发电机，绕组接成星形，每相电压为
220 Ｖ，接好后用电压表测量发现，三个相电压都是 220 Ｖ，但
线电压 ＝ ＝220 Ｖ， ＝380 Ｖ,试分析可能何处接错。
55
1.三相发电机的构成：定子和转子。
2.三相发电机的工作原理：当转子在原动机下以角速度ω作逆
时针匀速转动时，三相定子绕组依次切割磁感线，产生三个对称
的正弦交1流2电0° 动势。三个交流电动势的最大值相等，频率相同，课堂 相位相差 。
归纳并总结本节课的
总结 3.三相四线制的连接3方0°法，线电压与相电压 的=关√系3 ：线电压总 知识点。 10 min 是超前于对应的相电压 。它们的有效值： 。
4.三相五线制供电设有专门的保护零线，接线方便，安全可靠，
目前已广泛应用。
布置
习题册相关习题。
作业
本次课的教学中对交流电的产生、三相交流电的表示方法、三相四线制、三相五线制的
教学 接法都采用了多媒体动画和图片展示给学生，形象直观，解决了本节课的重点和难点，课
反思 堂活泼，互动频繁。不足之处在于，学生的理论基础、学习能力参差不齐，学习效果不一，
以后要加强对学习能力较弱学生的辅导。
56

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