《电工与电子技术》教学参考
绪论, 第1章 直流电路
引导学生开始学习一门新课，让他们对这门课感到新鲜、产生兴趣，并对课程有初步的了解，满怀期待地进入正题，讲好绪论是非常重要的。认为绪论可有可无,不讲或草草了事都使教师失去了从一开始就调动学生积极性的机会。要尽量把绪论内容组织得丰满和生动。
直流电路一章是学生从物理课进入电工课的第一个阶梯，它的内容与物理课所学内容有一定重复，这在物理已学完一段时间以后再提示一下是必须的，但可以一带而过，同时要注意现在是从工程应用的角度来讨论问题，与物理课的着重点已经不同了。
电工测量的内容可视具体情况掌握，学时充裕可以安排系统地讲一次课，学时紧张可以在首次实验课择要介绍相关内容，有些可在以后的实验课中随用随讲。
课时分配建议
课次 节次和内容 学时数
1 2
绪论
1.1 电路基本概念
1.2 电源的工作状态及外特性 1.3 负载的连接
1.4 常用导线材料及规格
1.5 基尔霍夫定律与复杂电路的计算 1.6 叠加定理
1.7 有源电路的等效变换 1.9 电流和电压的测量 1.10 电阻的测量 1.11 万用表
学时小计
第1次课
课题：绪论，电路基本概念
目的：绪论：明确本门课程的学习目的、课程特点和学习过程中的具体要求。
电路基本概念：介绍电路基本概念，复习相关内容，完成与物理课的衔接。 教学内容及说明：(注：具体的教材内容不再详述，主要对基本思路、重点、教学方法等做进一步的说明。)
绪论
1.电能的特点 ：转换容易；输送经济；控制便利。
转换容易：可参看图0.1。在此应当较详细的介绍一下火力发电和水力发电的知识，尤其是火力发电的流程：煤→锅炉→高压蒸汽→汽轮机→发电机，而核能发电与此类似。与此同时，介绍一下:为把用过的蒸汽冷凝成水，要有循环的冷却水和晾水塔。学生乘火车时经常在铁路两边远处看到电厂的晾水塔，告诉他们塔的这种特殊形状是为了可以使水喷洒的距离最长，他们会很感兴趣。同时介绍我国电力生产发展的情况。
在这里还有一个问题可以讲一下。常有人问：在深夜，很多工厂都不用电了，人们都睡觉也不开电灯了，可发电机还照常运转，多余的电跑到那里去了？白白浪费掉了？（根据能量守恒原理，能量不可能自行消失）？还是储存起来了（也没有那么大的储能设备）？提出
2 2 3 2 ﹡4 2
6+﹡2 这一问题，大多数学生会不清楚，并且会很感兴趣。
因为发电机是应用导线在磁场中运动感应电动势的原理来发电的，绕成线圈的导线称为绕组。而发电机向外供电时绕组中有电流，通电导线在磁场中将受到与旋转方向相反的力（学生在高中物理电磁学里都学过，一提即可），用户用电越多，发电机绕组电流越大，反力也越大，汽轮机就要开大汽门才能拖动它，锅炉就要多供汽，相应的也就要多烧煤。反之，用户用电很少时，用煤也少。能量是守恒的。这一概念很重要，但往往被忽视，因为没有哪个章节会讲到它。
当然，即使能量并未失去，深夜发电设备没有得到充分利用，也是我们不希望的，所以供电部门经常用深夜降低电价的方法，鼓励一些原来在高峰时间用电的用户转向深夜用电，叫做“削峰填谷”。
输送经济：可以和热能相比，电能在输送时损耗要小得多，这大家都能想到。同时介绍我国高压输电技术的发展情况。
控制便利：微弱的电能可以作为“信号”，最早用于通信，称为“弱电”，现代已经把弱电和强电结合到一起，以弱控强，形成了自动控制系统，使生产过程实现自动化。
因为本教材没有为发、输、配电另设章节，所以在这里要顺便介绍上述这些相关的知识。 2．电能在生产中的应用
电力拖动：用电动机拖动生产机械。
直接完成生产过程：如：电解、电镀、电焊、电加热、电制冷等等。 生产辅助设施：如照明、空调。 生产过程控制：测量和控制系统。
这里要尽量结合本专业的特点介绍电能的具体应用，举一些实例。 3.学习目的
现代生产对电的广泛应用，要求每个非电专业人员必须掌握一定的相关电工电子技术知识，能和电的专业人员有共同语言，能协作解决生产中的问题，才能真正胜任工作。
这里可以举“概述”中讲的电磁铁烧坏线圈的例子；还可以提出：大家都知道按电度表缴电费但不了解什么是功率因数；都知道要安全用电但不清楚什么是接地接零等等，说明原有的知识是远远不够的，必须进一步掌握一定的电工、电子技术知识,才能适应今后的工作。 4.学习重点
（1）要着眼于工程实际应用：例如：一个电路习题：电压220V，电阻2Ω，求电流。在物理课，我们只需用欧姆定律，代入公式求出电流等于110A，题目就算解完了，得数正确就可以得分。而在实际应用中，这决不是一个可以随便接通的电路，因为110A是一个很大的电流，我们生活中常用的导线通过这么大的电流就会被烧坏，绝缘就会起火，这是决不允许的。我们还应讨论：电路的导线要多大规格、保护装置如何正确配置，才能使它安全地正常工作。这就是物理和电工两门课着重点的不同。
（2）要着重掌握外部功能。例如：一个电子线路以掌握它的外部功能为主，内部结构为辅；一台电机以掌握它的性能参数及使用方法为主，分析其内部电磁过程为辅。
（3）要掌握辨证的分析方法。学生在基础教育阶段，习惯了做题只有一种标准答案，与之相同就对，与之不同就错。即使有的问题是可以有两种答案的，老师也要统成一种，以便于阅卷评分。很少有通过比较、分析、选择得出答案的题目。长期如此，不自觉的形成了一种形而上学的思想方法，看问题容易绝对化。而工程技术问题常常没有绝对的答案：用直流电还是用交流电？用同步电机还是用异步电机？用双绕组变压器还是用自耦变压器？都是根据具体条件具体分析作出选择的，哪个方案优点多被选用了，并不等于它没有缺点了。随着技术的发展，情况不断会转化。例如：需要无级调速的场合，前些年还是选用直流电机，随着大功率电子器件的成本降低，可靠性提高，交流变频调速电动机应用越来越广泛。必须让学生掌握辨证唯物的思想方法才能让所学知识适应今后的发展。
（4）要学会利用手册和技术资料。要练习查阅的方法，例如异步电动机的习题，需要给出一系列已知数据，而我们只给型号，让学生自己从附表中去查，初步培养他们查资料的习惯。
5.在学习过程中的具体要求：如：有关听课、课外作业、实验报告的书写格式、完成期限的要求等。由教师拟定，首次课就告知学生。
1.1 电路基本概念
1.电路构成和电路的几个基本物理量
从最简单的电路引入新课。介绍电路的构成：电源、线路、负载。常用的物理量：电动势、电压、电流、电阻。
要在讲课的同时，提醒学生一开始就注意图形符号、代表元件的文字符号、代表各物理量的文字符号、代表单位的文字符号等。必须规范，不可随意自定。例如：单位V、A、W 都是大写字母；熔断器FU
1、FU2，开关S
1、S2，这些代表元件的字符中
1、2不是下标，不写成FU
1、FU2和S
1、、S2等 ，图形符号是一种语言，必须统一才能相通，不能各行其是。 2.电路的几个基本定律和公式
这些都是物理课学过的内容，等于扼要复习，按教材讲一遍即可。介绍三个平衡方程可以简明地把直流电路的诸多关系式归纳到一起。
有几点可能学生有些生疏：
（1）电流连续性原理不难理解，但不善于联系实际应用。习题1.1、1.
2、1.3就是常见的实例，可以提出来当例题讲。
（2）非线性电阻。半导体元件还没有讲到，所以举白炽灯为例最合适。白炽灯在未通电时的冷电阻和在工作状态的热电阻相差极为悬殊，是典型的非线性元件。因为它总是在额定电压下工作，所以在计算时才可以认为电阻是一定值。
在灯丝刚通电的一瞬间，因为电阻很小，电流约为正常值的8倍以上。有人联系实际说：灯泡经常在开灯的一瞬间烧坏就是这个原因，此说法不够准确。灯丝被“烧”坏，肯定温度远远超过正常工作温度，但灯丝只要升高到工作温度，电阻就已经升高到正常值，电流也就降到正常值，温度就不会继续上升了，所以灯丝不会因此被烧坏。只有个别灯泡因为灯丝老化，粗细不均匀，个别地方变细局部电阻增大，或因引入线的焊点不良电阻增大，这些局部会在总体温度尚未升高时先产生高温烧断。但绝大多数灯泡开灯时都不会烧坏。
（3）电路模型的概念。把电源等效为一个电动势和电阻串联是学生已经熟悉的做法，把它归纳成一个普遍应用的方法，建立“电路模型”的概念，以便用于后面的“电压源与电流源等效变换”、“电感性负载”等处。
例题1.1可以作为学生复习以往直流电路知识的自测题，试一试搁置了一段时间的内容是否都回忆起来了，为下面讲新课打好基础。同时可藉此题向学生明确一下课外作业的格式。教材中的格式是出版物要求的格式，不一定适合学生作业。笔者建议：不抄题，但要列出：已知哪些数据、求哪些量。运算过程不必注单位，最后结果要标明单位。
第2次课
课题： 电源的工作状态及外特性。负载的连接。常用导线材料及规格。 目的： 从电源、负载、线路三方面初步介绍一些工程实用知识。 教学内容及说明：
1.2 电源的工作状态及外特性
1.空载
可以联系到发电机,在空载时虽不向外供应能量,但维持发电机运转仍需一定的能量,如输汽管路的热损失、电机轴上的摩擦损失等,任何设备在空载时的效率都很低。所以尽量不要长期处于空载状态。对于信号源，我们常利用空载时U =E对其电动势进行测量。 2.有载
建立额定电流、满载、过载的概念，学生往往认为：一过载就烧坏，要指出：电源过载将使电源绕组过热绝缘寿命降低，并非一过载就立即烧坏。短时间少量过载并无明显后果。 3.短路
在此处先初步介绍熔断器的应用，因为随后的实验课可能用到，以后在低压电器一章还要详细讲。以往学生只懂得，保险丝要用“软铅丝”；不能用铜丝。这是生活常识，是不严格的。难道软铅丝就能随便用吗？用得太粗，照样出问题。铜丝就不能用吗？家用电器中常见的保险丝管，里面的熔丝有的就是铜合金。问题的关键是选择合适的规格，要根据它的额定电流选择。
选择熔丝要先了解正常工作电流是多少，必要时要估算一下，然后选择额定电流与之相近（略大于工作电流）的熔丝。至于材料只决定它的熔断特性，铅合金丝是滞熔材料，反应速度较慢；铜合金丝是速熔材料，适用于电子设备，如生活中的电视机。 ﹡4.电源的串联和并联
物理课已讲过，以前此知识主要用于电池，现在可以捎带提到：各发电厂的发电机都是并联运行供电的，称为电网，一台断开检修，各负载仍照常用电不受影响，提高了供电的可靠性。
1.3 负载的连接
这一节的串、并联电路无需再细讲，可以直接复习结论，仅新介绍了一个物理量“电导”和它的单位“西门子（S）”。这一节的重点是告诉学生：为了使各个负载在工作时互不影响，所以都采用并联。从而引出额定电压的概念，相连带的介绍负载的额定电流、额定功率。
随后的例题，例1.4是为了说明：电灯用串联电阻调光有较大的能量损耗；例1.5和例1.10是为了说明分压电路中，阻值小才能使输出电压在接有负载后保持基本不变，为后面讲静态工作点稳定单管放大器电路打基础。例1.8是根据额定状态参数计算在非额定状态使用时的后果。„„这些例题对于招初中毕业生五年制的高职学生，可适当讲一些。对于招高中毕业生的高职学生，可以少讲或不讲。
1.4 常用导线材料及规格
这一节重点是介绍有关线路的实用知识： 1.导线的材料：铜、铝、钢。
2.导线的规格：以截面作为规格名称。 3.导线的品种：裸线、绝缘导线、电缆。 4.导线的敷设方法：明敷、穿管、埋设。 5.导线的选择
只介绍基本原则，然后介绍按安全载流量查表选择的方法（只适用于距离很近的线路）。而考虑到线路电压降的选择方法不讲，只通过例题验证：如果距离较远，导线截面增加很多，电压降仍占很大比例，线路功率损耗仍很大。从而联系到远距离送电必须用高电压。还可以联系近年来国家投入大量资金进行农网改造，就是更换新线，加大导线截面。从而大大减少了线损，降低了农村电价（近期常有相关的新闻报道）。
第3次课
课题：基尔霍夫定律和复杂电路计算，叠加定理，有源电路的等效变换。
目的：学会根据基尔霍夫定律用支路电流法解复杂电路。了解叠加定理、和有源电路的等效变换。 必须明确，我们的教学目的不是像电专业那样要求学生掌握这些定理并能运用它求解各种电路，仅仅是要求学生建立像节点电流、回路电压、叠加定理、等效电源等一些基本概念，以后用于电路的定性分析。所以只要把握住以基尔霍夫定律作为重点，其余内容只要求一般了解，完全有可能一次课讲完上述所有内容。 教学内容及说明：
1.5 基尔霍夫定律及复杂电路计算
一开始就举出例题如右图 (教材16页，图1.13) ，说明它是无法用串、并联方法求解的电路，称为复杂电路。然后给出已知数据开始求解。在求解过程中讲基尔霍夫两个定律，边讲边用，写出方程，然后解方程求出答案。例题讲完了，定律也讲清楚了。不必先讲定律，抽象地建立概念然后再代入具体数据，费两道手。不如直接了当，边解例题边讲，目标明确易于理解。
1.6 叠加定理
提出叠加定理的概念，这是学生比较容易接受的。只是强调一下电源移开后，因其无内阻，所以要将这一段电路短接。另外注意它只适用于线性电路计算电流或电压，不适用计算功率。之后，仍用同一例题，用叠加定理求解。因为它应用的全是以往学过的串、并联电路知识，所以不必在课堂上由教师再按部就班演算一遍用去大量时间，对照教材带领学生浏览一遍即可。
1.7 有源电路的等效变换
1.电压源和电流源的等效变换：讲电压源学生比较容易接受；讲电流源学生就感到不好接受，教师不要因此耽搁时间，只要告诉学生这是一种方法，并在讲清二者互相等效变换的公式后，立即用于求解前面的同一例题（只求I3）。学生通过解题，熟悉了用法并看到解出了与前相同的结果之后，自然就认可并接受了。
2.等效电源定理：直接给出等效电源定理的结论。E和R0的求法可以介绍计算法（仍用同一例题并验证其结果）。也可以只讲实验法。因为此定理主要用于后面电子电路分析，够用即可。
本次课教学方法的关键，就是始终用同一例题。这使前后内容连接紧凑，节省时间。首先重点讲基尔霍夫两个定律和支路电流法，求解出答案后，再讲其他方法时，所得答案相同。这对新讲的方法实际起到了验证作用。加深了学生的印象。
本章习题答案
1.2 I=2A ，I0=0 。
1.3 IR1=0.02A，IR2=0.25A，IR3=0 。 1.4 I=E/R0
1.5 R01=0.24Ω，R02=0.44Ω 。 1.6 E=100V，R0=2Ω 。
1.7 I=10A时：PS=1kW，PL=800W，P0=200W；I=5A时：PS=500W，PL=450W，P0=50W 。 1.8 E=3.5V，R0=0.5Ω，IN=1A 。 1.11 R=0 。
1.12 I1=I2=1A ，I=2A 。 1.14 0～48.4Ω 。 1.15 不接负载RL时，UO=3.33～6.67V，接负载RL时，UO=2～4V
1.16 分压器各电阻为1kΩ时：S断开，UO=3.33V；S接通，UO=2V。 分压器各电阻为
10Ω时：S断开，UO=3.33V；S接通，UO=3.31V。 1.17 209.8V 1.18 选4mm2铝芯电缆，熔丝15A。 1.19 I1=5A，I2=3A，I=2A 。
1.20 VA=-2V，VB=222V，VC=220V。 1.21 当R=50Ω时，I=2A 。
1.22 Rx=200Ω。 将Rx分别增加20Ω、40Ω、60Ω，电压表的指示值分别是0.0157V、0.0308V、0.0453V 。
