1、 电子电器应用与维修专业 专递课堂5.1 正弦交流电的基本概念一、教学目标1、了解正弦交流电的产生。2、理解正弦量解析式、波形图、三要素、有效值、相位、相位差的概念。3、掌握正弦量的周期、频率、角频率的关系掌握同频率正弦量的相位比较。二、教学重点、难点分析重点：1、分析交流电产生的物理过程。使同学了解线圈在磁场中旋转一周的时间内，电流的大小及方向是怎样变化的。2、掌握正弦量的周期、频率、角频率的关系，掌握同频率正弦量的相位比较。3、交流电有效值的概念。难点：1、交流电的有效值。三、教具手摇发电机模型、电流表、小灯泡。电化教学设备。四、教学方法讲授法，多媒体课件。五、教学过程.知识回顾提问：什么
2、条件下会产生感应电流？根据电磁感应的知识，设计一个发电机模型。学生设计：让矩形线框在匀强磁场中匀速转动。II.新课一、交流电的产生1、演示实验电子电器应用与维修专业 专递课堂如图 5-3 所示作演示实验，演示交流电的产生。展示手摇发电机模型，介绍主要部件（对应学生设计的发电机原理图），进行演示。第一次发电机接小灯泡。当线框缓慢转动时，小灯泡不亮；当线框快转时，小灯泡亮了，却是一闪一闪的。第二次发电机接电流表。当线框缓慢转动时电流计指针摆动；仔细观察，可以发现：线框每转一周，电流计指针左右摆动一次。表明电流的大小和方向都做周期性的变化，这种电流叫交流电。2、分析交流电的变化规律投影显示（或挂图）
3、：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程。(1) 线圈平面垂直于磁感线（甲图） ，ab、cd 边此时速度方向与磁感线平行，线圈中没有感应电动势，没有感应电流。（教师强调指出：这时线圈平面所处的位置叫中性面。中性面的特点：线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，感应电动势最小为零，感应电流为零。 ）(2) 当线圈平面逆时针转过 90时（乙图） ，即线圈平面与磁感线平行时，ab、cd 边的线速度方向都跟磁感线垂直，即两边都垂直切割磁感线，这时感应电动势最大，线圈中的感应电流也最大。(3) 再转过 90时（丙图） ，线圈又处于中性面位置，线圈中没有感应电动势。(4) 当线圈再转过 90时，处于图（丁）位置
4、， ab、cd 边的瞬时速度方向，跟线圈经过图（乙）位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也图 1 交流电发电机原理示意图电子电器应用与维修专业 专递课堂跟在（图乙）位置相反。(5) 再转过 90线圈处于起始位置（戊图） ，与（甲）图位置相同，线圈中没有感应电动势。分析小结：线圈 abcd 在外力作用下，在匀强磁场中以角速度 匀速转动时，线圈的 ab 边和 cd 边作切割磁感线运动，线圈产生感应电动势。如果外电路是闭合的，闭合回路将产生感应电流。ab 和 cd 边的运动不切割磁感线时，不产生感应电流。设在起始时刻，线圈平面与中性面的夹角为 ，t 时刻线圈平面与中性面的0夹角为 。分析得出，
5、cd 边运动速度 v 与磁感线方向的夹角也是 ，0 0设 cd 边长度为 L，磁场的磁感应强度为 B，则由于 cd 边作切割磁感线运动所产生的感应电动势为 )sin(0tLvecd同理，ab 边产生的感应电动势为 )si(0tBab由于这两个感应电动势是串联的，所以整个线圈产生的感应电动势为（式 5-1）)sin()sin(200tEtLvemcdab式中， 是感应电动势的最大值，又叫振幅。BvEm2可见，发电机产生的电动势是按正弦规律变化，可以向外电路输送正弦交流电。二、正弦交流电的周期、频率和角频率如图 2 所示，为交流电发电机产生交流电的过程及其对应的波形图。1、周期交流电完成一次周期性
6、变化所用的时间，叫做周期。也就是线圈匀速转动一周所用的是时间。用 T 表示，单位是 s（秒） 。在图 2 中，横坐标轴上有 0 到T 的这段时间就是一个周期。2、频率交流电在单位时间（1s）完成得周期性变化的次数，叫做频率。用字母 f 表电子电器应用与维修专业 专递课堂示，单位是赫兹 ，符号为 Hz。常用单位还有千赫（kHz)和兆赫（MHz)，换算关系如下： Hzk310HzM610周期与频率的关系：互为倒数关系，即 （式 5-2）fT注意：我国发电厂发出的交流电都是 50Hz，习惯上称为“工频” 。世界各国所采用的交流电频率并不相同，有兴趣的同学可以查阅相关资料。 （例如：美国、日本采用的市
7、电频率均为 60Hz，110V。 ）周期与频率都是反映交流电变化快慢的物理量。周期越短、频率越高，那么交流电变化越快。3、角频率是单位时间内角度的变化量，叫做角频率。在交流电解析式 中， 是线圈转动的角速度。)sin(0tEem角频率、频率和周期的关系： （式 5-3）fT2【例题 1】 （略，见教材 5-1 例题 1）通过练习加深对正弦交流电周期、频率、角频率的认识，以及上述三个参图 2 正弦交流电的产生及其波形图电子电器应用与维修专业 专递课堂数与波形图之间的联系。二、相位和相位差1、相位t = T 时刻线圈平面与中性面的夹角为 ，叫做交流电的相位。相位是0t一个随时间变化的量。当 t=0
8、 时，相位 ， 叫做初相位（简称初相） ，它反映了正弦交流电起始时刻的状态。注意：初相的大小和时间起点的选择有关，习惯上初相用绝对值小于 的角表示。相位的意义：相位是表示正弦交流电在某一时刻所处状态的物理量，它不仅决定瞬时值的大小和方向，还能反映出正弦交流电的变化趋势。2、相位差两个同频正弦交流电，任一瞬间的相位之差就叫做相位差，用符号 表示。即： （式 5-4）0210201)()( tt如图 3 所示。可见，两个同频率的正弦交流电的相位差，就是初相之差。它与时间无关，在正弦量变化过程中的任一时刻都是一个常数。它表明了两个正弦量之间在时间上的超前或滞后关系。在实际应用中，规定用绝对值小于 的
9、角度（弧度值）表示相位差。以图 3 所示为例：021常用表述i1 滞后 i2 或者 i2 超前 i1i1 与 i2 同相0i1 超前 i2 或者 i2 滞后 i12i1 与 i2 正交图 3 同频电流 i1 和 i2 的相位差电子电器应用与维修专业 专递课堂i1 与 i2 反相注意：如果已知正弦交流电的振幅、频率（或者周期、角频率）和初相（三者缺一不可） ，就可以用解析式或波形图将该正弦交流电唯一确定下来。因此，振幅、频率（或周期、角频率） 、初相叫做正弦交流电的三要素。【例题 2】 （略，见教材 5-1 例题 2）注：通过例题讲解，课堂练习加强学生对“相位随时间变化，而相位差仅于初相有关，不
10、随时间变化的认识。 ”三、交流电的有效值一个直流电流与一个交流电流分别通过阻值相等的电阻，如果通电的时间相同，电阻 R 上产生的热量也相等，那么直流电的数值叫做交流电的有效值。注意：交流电有效值的概念是从能量角度进行定义的。电流、电压、电动势的有效值，分别用大写字母 I、U、E 来表示。如果正弦交流电的最大值越大，它的有效值也越大；最大值越小，它的有效值也越小。理论和实验都可以证明，正弦交流电的最大值是有效值的 倍，2即 mmII70.2（式 5-5）U.mmEE70.2有效值和最大值是从不同角度反映交流电流强弱的物理量。通常所说的交流电的电流、电压、电动势的值，不作特殊说明的都是有效值。例如
11、，市电电压是 220V，是指其有效值为 220V。提示：在前面的学习中，我们曾经提到：在选择电器的耐压时，必须考虑电路中电压的最大值；选择最大允许电流时，同样也是考虑电路中出现的最大电流。例如：耐压为 220V 的电容，不能接到电压有效值为 220V 的交流电路上，因为电压的有效值为 220V，对应最大值为 311V，会使电容器因击穿而损坏。III.例题讲解，巩固练习电子电器应用与维修专业 专递课堂略（见教材5-1 例题）IV.小结1、线圈在匀强磁场中旋转，线圈所围面积的磁通量发生变化，产生感应电动势，外电路闭合时，有交变电流。线圈每旋转一周，两次经过中性面，电流方向改变两次；线圈两次与中性面
12、垂直时达到峰值。如此产生的交流电安正弦规律变化。2、正弦交流电的解析式，以及振幅、频率（或周期、角频率）、初相等。3、交流电有效值的概念是从能量角度加以定义，即交流电与直流电在热效应相等的条件下，直流电的电压（电流强度）值为交流电压（电流强度）的有效值。V. 作业略。5.2 旋转矢量一、教学目标1、 了解正弦量的旋转矢量表示法。2、 掌握正弦量解析式、波形图、矢量图的相互转换。二、教学重点、难点分析重点：1、正弦量的旋转矢量表示。2、正弦量的解析式、波形图、旋转矢量表示及其之间的联系。难点：同重点。三、教具电化教学设备。四、教学方法讲授法，多媒体课件。五、教学过程电子电器应用与维修专业 专递课
13、堂.导入通过讲解5-1 节课后习题，复习正弦交流电的基本概念（振幅、周期（频率、角频率）、初相、相位差）。上一节的学习中提到，要完整表示正弦交流电的特性至少需要知道振幅、频率（或周期、角频率）、初相。知道了以上三要素，我们可以很容易的写出正弦交流电的解析式。本节的内容就是来讨论有哪几种方法可以用来表述正弦交流电。II.新课一、解析法用三角函数式表示正弦交流电随时间变化的关系，这种方法叫解析法。正弦交流电的电动势、电压和电流的解析式分别为 )sin(0tEemUu)si(0tIm只要给出时间 t 的数值，就可以求出该时刻 e，u，i 相应的值。二、波形图在平面直角坐标系中，将时间 t 或角度 t
14、作为横坐标，与之对应的 e，u，i的值作为纵坐标，作出 e，u，i 随时间 t 或角度 t变化的曲线，这种方法叫图像法，这种曲线叫交流电的波形图，它的优点是可以直观地看出交流电的变化规律。三、旋转矢量旋转矢量不同于力学中的矢量，它是随时间变化的矢量，它的加、减运算服从平行四边形法则。如何用旋转矢量表示正弦量？以坐标原 O 为端点做一条有向线段，线段的长度为正弦量的最大值 Im，旋转矢量的起始位置与 x 轴正方向的交角为正弦量的初相 ，它以正弦量的角频0率 为角速度，绕原点 O 逆时针匀速转动，即在任意时刻 t 旋转矢量与 x 周正半轴的交角为 。则在任一时刻，旋转矢量在纵轴上的投影就等于该时刻
15、0t电子电器应用与维修专业 专递课堂正弦量的的瞬时值。如图 1 所示，表示了某一时刻旋转矢量与对应的波形图之间的关系。用旋转矢量表示正弦量的优点：（1） 方便进行加、减运算，旋转矢量的加、减运算服从平行四边形法则。（2） 旋转矢量既可以反映正弦量的三要素（振幅、频率、初相） ，又可以通过它在纵轴上的投影求出正弦量的瞬时值。（3） 在同一坐标系中，运用旋转矢量法可以处理多个同频率旋转矢量之间的关系。（分析：同频旋转矢量在坐标系中以同样的角速度旋转，各旋转矢量之间的交角反映彼此之间的相位差。相位差不变，相对位置保持不变，各个旋转矢量是相对静止的。因此，将它们当作静止情况处理，并不影响分析和计算的结
16、果。 ）注意：只有正弦量才能用旋转矢量表示，只有同频率正弦量才能借助于平行四边形法则进行旋转矢量的加、减运算。III.例题讲解，巩固练习略。 （见教材5-2 例题 1，例题 2）IV.小结（1）正弦交流电常用解析法、波形图法、旋转矢量法表示。三种方法各有优缺点。（2）用旋转矢量表示正弦量的方法是：以坐标原点 O 为端点作一条有向线段，它的长度为正弦量的最大值，它的起始位置与 x 轴正方向的交角为初相角，图 1 正弦量的旋转矢量表示法电子电器应用与维修专业 专递课堂它以角速度 逆时针转动。（3）运用旋转矢量法表示正弦量的优点。V. 作业略。5.3 纯电阻电路一、教学目标1、 掌握纯电阻电路电压、
17、电流间的关系及有功功率。二、教学重点、难点分析重点：1、纯电阻正弦交流电路的特点及计算方法。难点：同重点。三、教具演示实验用具：低频信号发生器、电阻、电键、电流表、电压表及导线若干。电化教学设备。四、教学方法演示法、讲授法，多媒体课件。五、教学过程.复习提问1、 通过课后练习复习正弦量的旋转矢量表示。2、 通过提问复习电路基本定律、功率计算。电子电器应用与维修专业 专递课堂II.新课一、 电流、电压间的数量及相位关系演示实验一：如图 1 所示连接好电路，改变信号发生器的输出电压和频率，观察、记录电流表和电压表的读数情况，研究电流、电压间的数量关系。注意分析电流、电压关系是否受电源频率变化影响。
18、现象：从电流表，电压表的读数看出，电压有效值与电流有效值之间成正比（与电源频率变化无关） ，比值等于电阻的阻值。分析：实验表明电压有效值与电流有效值服从欧姆定律，即（式 5-6）RUI其电压、电流最大值也同样服从欧姆定律，即（式 5-7）IRm演示实验二：将超低频信号发生器的频率选择在 6Hz 左右，当开关 S 闭合以后，仔细观察直流电流表、直流电压表的指针变化情况，及其之间的时间关系。现象：电流表和电压表的指针同时到达左边最大值，同时归零，又同时到达右边最大值，即电流表与电压表同步摆动。分析：实验表明纯电阻电路中，电流与电压相位相同，相位差为零，即 0iu小结：纯电阻电路中，电压与电流同相，
19、电压瞬时值与电流瞬时值之间服从欧姆定律，即（式 5-8）Rui注意：在交流电路中，上式是纯电阻电路所特有的公式，只有在纯电阻电路中，任一时刻的电压、电流瞬时值服从欧姆定律。图 1 纯电阻电路电子电器应用与维修专业 专递课堂教师总结：根据我们刚才所作的演示实验结果表明，在纯电阻电路中电流、电压的瞬时值、最大值、有效值之间均服从欧姆定律，且同相。我们可以用如下图 2 波形图、图 3 旋转矢量图来形象地表述这种关系。二、纯电阻电路的功率1、瞬时功率某一时刻的功率叫做瞬时功率，它等于电压瞬时值与电流瞬时值的乘积。瞬时功率用小写字母 p表示 uip（式 5-9）以电流为参考正弦量图 2 纯电阻电路波形图
20、图 3 纯电阻电路旋转矢量图图 4 纯电阻电路功率曲线电子电器应用与维修专业 专递课堂，则电阻 R 两端的电压为 ，将 i，u R 带入（式 5-9）)sin(tIm tUumRsin中（式 5-10）tUIuipmm2cos)in()(分析：瞬时功率的大小随时间作周期性变化，变化的频率是电流或电压的2 倍，它表示出任一时刻电路中能量转换的快慢速度。由（式 5-10）可知，电流、电压同相，功率 p0，其中最大值为 2UI，最小值为零。其电气关系可用图4 表示。三、 平均功率瞬时功率在一个周期内的平均值称为平均功率，用大写字母 P 表示。（式 5-11）UIP更加欧姆定律，平均功率还可以表示为
21、RI2式中 UR 两端电压有效值，单位是伏特,符号为 V；I流过电阻的电流有效值，单位是安培，符号为 A；R用电器的电阻值，单位是欧姆，符号为 ；P电阻消耗的平均功率，单位是瓦特，符号为 W。III.例题讲解，巩固练习略。 （见教材5-3 例题）IV.小结（1）纯电阻交流电路中，电流和电压同相。（2）电压与电流的最大值、有效值和瞬时值之间，都服从欧姆定律。（3）有功功率（平均功率）等于电流有效值与电阻两端电压的有效值之积。V. 作业略。电子电器应用与维修专业 专递课堂5.4 纯电感电路一、教学目标1、 掌握纯电感电路电感元件电压与电流关系及旋转矢量图。2、 掌握感抗、有功功率与无功功率。二、教
22、学重点、难点分析重点：1、纯电感电路电感元件电压与电流关系及波形图、旋转矢量图表示。2、掌握感抗、有功功率与无功功率。难点：1、纯电感电路电感元件电压与电流关系及波形图、旋转矢量图表示。2、理解感抗、无功功率的物理含义。三、教具演示实验：低频信号发生器、电键、电流表、电压表、电感元件及导线若干。电化教学设备。四、教学方法演示法、讨论法，多媒体课件。五、教学过程.复习提问1、通过上节课后练习复习纯电阻电路的电压、电流关系。II.新课一、纯电感电路电压与电流数量、相位关系演示实验一：如图 1 所示连接好电路，在保证电源频率一致的情况下，改变信号发生器的输出电压，观察、记录电流表和电压表的读数情况，
23、研究电流、电压间的数量关系。改变电源频率，重复之前的步骤。注意分析电流、电压关系是否受电源频率变化影响。 图 1 纯电感电路演示实验图电子电器应用与维修专业 专递课堂现象：分析实验现象可知，电压与电流的有效值成正比，且其比值随电源频率变化，电源频率越高，电压/电流比值越大。规律及分析：电压与电流有效值之间关系如下式，（式 5-12）IXUL式中 UL电感线圈两端的电压有效值，单位是伏特，符号为 V；I通过线圈的电流有效值，单位是安培，符号为 A；XL电感的电抗，简称感抗，单位是欧姆， ，符号为 。上式叫做纯电感电路的欧姆定律。感抗是新引入的物理量，它表示线圈对通过的交流电所呈现出来的阻碍作用。
24、将（式 5-12）两端同时乘以 ，可得2（式 5-13）mLIXU这表明在纯电感电路中，电压、电流的最大值也服从欧姆定律。感抗：理论和实验证明，感抗的大小与电源频率成正比（演示实验一中可以观察到） ，与线圈的电感成正比。感抗的公式为（式 5-14）fLX2式中 f电压频率，单位是赫兹，符号为 Hz；L线圈的电感，单位是亨 利，符号为 H；XL线圈的感抗，单位是欧 姆，符号为 。提示：值得注意的是，线圈的感抗 XL 和电阻 R 的作用相似，但是它与电阻R 对电流的阻碍作用有本质区别。分析（式 5-14）可知，感抗在直流电路中值为零，对电流没有阻碍作用；只有在电流频率大于零，即为交流电时，感抗才对
25、电流由阻碍作用，且频率越高，阻碍作用越大。这也反映了电感元件“通直流，阻交流；通低频，阻高频”的特性，其本质为电感元件在电流变化时所产生的自感电动势对交变电流的反抗作用。演示实验二：将低频信号发生器的频率选择在 6Hz 以下，当开关 S 闭合以后，仔细观察直流电流表、直流电压表的指针变化情况，及其之间的时间关系。现象：可以看到电压表指针到达右边最大值时，电流表指针指向中间零值；电子电器应用与维修专业 专递课堂当电压表指针由右边最大值返回中间零值时，电流表指针由零值到达右边最大值；当电压表指针运动到左边最大值时，电流表指针运动到中间零值分析：实验结果表明，在纯电感电路中，电压超前电流 。2安排学
26、生阅读教材 P128 页 “电压、电流间相位关系分析”部分。师生讨论，针对课堂出现的问题、难理解的知识点当堂给出解释。重点讲解分析运用“无限分割”的思维方法处理问题。结论：在纯电感电路中，电感两端的电压 uL 超前电流 ，线圈两端的电2压为 )2sin(tUmL根据电流、电压的解析式，作出电流和电压的波形图以及它们的旋转矢量图，分别入图 3、图 2 所示。二、纯电感电路的功率1、瞬时功率纯电感电路中的瞬时功率等于电压瞬时值与电流瞬时值的乘积，即 tUItIttuipmm2sincosinsi)i(图 3 纯电感电路电流、电压波形图图 2 纯电感电路电压、电流旋转矢量图电子电器应用与维修专业 专
27、递课堂分析：纯电感电路的瞬时功率 p 是随时间按正弦规律变化的，其频率为电源频率的 2 倍。 ，振幅为 UI，其波形图如图 4 所示。2、平均功率平均功率值可通过曲线与 t 轴所包围的面积的和来求。分析图 4 可知，表示功率的绿色曲线与 t 轴所围组成的面积， t 轴以上部分与 t 轴以下的部分相等，即 p0 与 p0 的部分相等，这两部分和为零。这说明纯电感电路中平均功率为零，即纯电感电路的有功功率为零。其物理意义是，纯电感电路不消耗电能。3、无功功率虽然纯电感电路不消耗能量，但是电感线圈 L 和电源 E 之间在不停的进行着能量交换。分析讲解：如图 3 所示，在 0T/4 和 T/23T/4
28、 这两个 1/4 周期中，由于电流的绝对值不断增加，因此电源克服线圈自感电动势做功，电感线圈磁场能不断增大。表现在波形图中，这两个 1/4 周期内， uL 和 i 的方向相同，瞬时功率为正值，这表明电感线圈 L 从电源吸取了能量，并把它转变为磁场能储存在线圈中。在 T/4T/2 和 3T/4T 这两个 1/4 周期中，电流的绝对值不断减小，因此线圈自感电动势克服电源做功，电感线圈磁场能不断减少。表现在波形图中，这两个 1/4 周期内，u L 和 i 的方向相反，瞬时功率 p 为负值，这表明电感线圈L 将它的磁场能还给电源，即电感线圈 L 释放出能量。图 4 纯电感电路功率曲线电子电器应用与维修
29、专业 专递课堂无功功率：为反映纯电感电路中能量的相互转换，把单位时间内能量转换的最大值（即瞬时功率的最大值） ，叫做无功功率，用符号 QL 表示（式 5-15）IUQL式中 UL线圈两端的电压有效值，单位是伏特，符号为 V；I通过线圈的电流有效值，单位是安培，符号为 A；QL感性无功功率，单位是乏，符号为 var。强调部分：无功功率中“ 无功 ”的含义是“交换”而不是 “消耗”，它是相对于“ 有功”而言的。决不可把“ 无功”理解为“无用”。它实质上 是表明电路中能量交换的最大速率。III.例题讲解，巩固练习略。 （见教材5-4 例题 1）IV.小结1、在纯电感的交流电路中，电流和电压是同频率的
30、正弦量。（在直流电路中电感电压恒为零，相当于断路。）2、电压 uL 与电流的变化率 成正比，电压超前电流 。ti23、电流、电压最大值和有效值之间都服从欧姆定律，而瞬时值不服从欧姆定律，要特别注意 。iXL4、电感是储能元件，它不消耗电能，其有功功率为零，无功功率等于电压有效值与电流有效值之积。V. 作业略。5.5 纯电容电路一、教学目标1、 掌握纯电容电路电容元件电压与电流关系及旋转矢量图。2、 掌握容抗、有功功率与无功功率。二、教学重点、难点分析电子电器应用与维修专业 专递课堂重点：3、纯电容电路电容元件电压与电流关系及波形图、旋转矢量图表示。4、掌握容抗、有功功率与无功功率。难点：1、纯
31、电容电路电容元件电压与电流关系及波形图、旋转矢量图表示。2、理解容抗、无功功率的物理含义。三、教具演示实验：低频信号发生器、电键、电流表、电压表、电容元件及导线若干。电化教学设备。四、教学方法演示法、讨论法，多媒体课件。五、教学过程.复习提问1、通过上节课后练习复习纯电阻电路的电压、电流关系。II.新课二、 纯电容电路电压与电流数量、相位关系演示实验一：如图 1 所示连接好电路，在保证电源频率一致的情况下，改变信号发生器的输出电压，观察、记录电流表和电压表的读数情况，研究电流、电压间的数量关系。改变电源频率，重复之前的步骤。注意分析电流、电压关系是否受电源频率变化影响。现象：分析实验现象可知，
32、电压与电流的有效值成正比，且其比值随电源频率变化，电源频率越高，电压/电流比值越小。规律及分析：电压与电流有效值之间关系如下式，(式 5-16)IXUC图 1 纯电容电路电子电器应用与维修专业 专递课堂式中 UC电容器两端电压的有效值，单位是伏 特，符号为 V；I 电路中电流有效值，单位是安培，符号为 A；XC电容的电抗，简称容抗，单位是欧 姆，符号为 。上式叫做纯电容电路的欧姆定律。容抗是新引入的物理量，它表示电容元件对电路中的交流电所呈现出来的阻碍作用。将（式 5-16）两端同时乘以 ，可得2（式 5-17）mCIXU这表明在纯电容电路中，电压、电流的最大值也服从欧姆定律。容抗：理论和实验
33、证明，容抗的大小与电源频率成反比（演示实验一中可以观察到） ，与电容器的电容成反比。容抗的公式为（式 5-18）fCX21式中 f 电压频率，单位是赫兹，符号为 Hz；C电容器的电容，单位是法拉，符号为 F；XC电容器的容抗，单位是欧姆，符号为 。提示： 当频率一定时，在同样大小的电压作用下，电容越大的电容器所存储的电荷量就越多，电路中的电流也就越大，电容器对电流的阻碍作用也就越小；当外加电压和电容一定时，电源频率越高，电容器充、放电的速度越快，电荷移动速率也越高，则电路中电流也就越大，电容器对电流的阻碍作用也就越小。这也反映了电感元件“通直流，阻交流；通低频，阻高频”的特性，其本质为电感元件
34、在电流变化时所产生的自感电动势对交变电流的反抗作用。特别注意，对于直流电（f=0） ，容抗趋于无穷大，可将电容元件视为断路。用一句话总结电容元件的特性：“通交流，阻直流；通高频，阻低频” 。 （注意联系电感元件特性进行对比讲解）演示实验二：将低频信号发生器的频率选择在 6Hz 以下，当开关 S 闭合以后，仔细观察直流电流表、直流电压表的指针变化情况，及其之间的时间关系。现象：可以看到电流表指针到达右边最大值时，电压表指针指向中间零值；电子电器应用与维修专业 专递课堂当电流表指针由右边最大值返回中间零值时，电压表指针由零值到达右边最大值；当电流表指针运动到左边最大值时，电压表指针运动到中间零值。
35、分析：实验结果表明，在纯电容电路中，电压滞后于电流 。2安排学生阅读教材 P134 135 页“电压、电流间相位关系分析”部分。师生讨论，针对课堂出现的问题、难理解的知识点当堂给出解释。（复习上一节所用到的“无限分割”的方法。）结论：在纯电容电路中，电容器间两端的电压 uC 滞后电流 ，线圈两端的2电压为 tUumCsin则电路中的电流为 )2sin(tIm根据电流、电压的解析式，作出电流和电压的波形图以及它们的旋转矢量图，分别入图 3、图 2 所示。二、纯电容电路的功率1、瞬时功率纯电容电路中的瞬时功率等于电压瞬时值与电流瞬时值的乘积，即图 3 纯电容电路电流、电压波形图图 2 纯电容电路电
36、流、电压旋转矢量图电子电器应用与维修专业 专递课堂tUItIttuipm2sincos)2in(i分析：纯电容电路的瞬时功率 p 是随时间按正弦规律变化的，其频率为电源频率的 2 倍。 ，振幅为 UI，其波形图如图 4 所示。与纯电感电路相似，从图 4 中可以看出，纯电容电路的有功功率为零，这说明纯电容电路也不消耗电能。3、无功功率与纯电感电路相似，虽然纯电容电路不消耗能量，但是电容元件 C 和电源之间在不停的进行着能量交换。无功功率：把单位时间内能量转换的最大值（即瞬时功率的最大值） ，叫做无功功率，用符号 QC 表示（式 5-19）IUC式中 UC电容器两端的电压有效值，单位是伏 特，符号
37、为 V；I 通过电容器的电流有效值，单位是安培，符号为 A；QC感性无功功率，单位是乏，符号为 var。强调：此部分内容在前节“纯电感电路”中曾经讲过，再次强调，加深记忆。图 4 纯电容电路功率曲线电子电器应用与维修专业 专递课堂无功功率中“ 无功” 的含义是 “交换”而不是“消耗” ，它是相对于“ 有功”而言的。决不可把“无功 ”理解为“无用”。它实质上是表明电路中能量交换的最大速率。III.例题讲解，巩固练习略（见教材5-5 例题） 。IV.本节小结1、在纯电容电路中，电流和电压是同频率的正弦量。2、电流 i 与电压的变化率 成正比，电流超前电压 。tuC23、电流、电压最大值和有效值之间
38、都服从欧姆定律。电压与电流瞬时值因相位相差 ，不服从欧姆定律，要特别注意 。2 iuXC4、电容是储能元件，它不消耗电能，电路的有功功率为零。无功功率等于电压有效值与电流有效值之积。V阶段小结表 1 单一参数交流电路中的基本关系电路图 旋转矢量图 功率RiuUIRI RUIP22(w、 kw)、 0QLiuIXUL（ ）f20P LLL XUIUQ22(var、 kvar)、电子电器应用与维修专业 专递课堂CiuUIIXC（ ）f210P CCC XUIUQ22(var、 kvar)、VI作业略。5.6 RL 串联电路一、教学目标1、 理解 RL 串联电路的分析方法。2、 掌握 RL 串联电路
39、中的阻抗及电压三角形和阻抗三角形的概念。二、教学重点、难点分析重点：掌握 RL 串联电路中的阻抗及电压三角形和阻抗三角形的概念。难点：同重点。三、教具电化教学设备。四、教学方法讲授法，多媒体课件。五、教学过程.复习提问电子电器应用与维修专业 专递课堂提问：前面我们学习的纯电感电路中的电压、电流关系如何？答：1、在纯电感的交流电路中，电流和电压是同频率的正弦量。（在直流电路中电感电压恒为零，相当于断路。）2、电压 uL 与电流的变化率 成正比，电压超前电流 。ti23、电流、电压最大值和有效值之间都服从欧姆定律，而瞬时值不服从欧姆定律，要特别注意 。iXL4、电感是储能元件，它不消耗电能，其有功
40、功率为零，无功功率等于电压有效值与电流有效值之积。案例引入：荧光灯是最常见的 RL 串联电路，它是把镇流器（电感线圈）和灯管（电阻）串联起来，在接到交流电源上。（如图 5-36 所示，见教材。）用电压表测得电源电压为 200V，镇流器两端电压为 190V，灯管两端电压为110V。线圈直流串联电路中，总电压等于分电压之和的规律在交流电路中不适用了，即 UUL+ UC，其原应是 uL、u C 相位不同。II.新课分析 RL 串联电路应把握的基本原则：1、串联电路中电流处处相等，选择正弦电流为参考正弦量。2、电感元件两端电压 uL 相位超前其电流 iL 。一、RL 串联电路电压间的关系以电流为参考正
41、弦量，令 tIimsn则电阻两端电压为 UuRi电感线圈两端的电压为 )2s(tLm电路的总电压 u 为 R作出电压的旋转矢量图，如图 2 所示。U、U R 和 UL 构成直角三角形，可以u RuL+_ +_RLi图 1 RL 串联电路电子电器应用与维修专业 专递课堂得到电压间的数量关系为（式 5-20）2RLU以上分析表明：总电压的相位超前电流（式 5-21）RLUarctn从电压三角形中，还可以得到总电压和各部分电压之间的关系（式 5-22）sincoLR二、RL 串联电路的阻抗对（式 5-20）进行处理，得（式 5-23）ZUXRIL2式中 U电路总电压的有效值，单位是伏特，符号为 V；
42、I 电路中电流的有效值，单位是安培，符号为 A；|Z|电路的阻抗，单位是欧姆，符号为 。其中 （式 5-24）2LXRZ|Z|叫做阻抗，它表示电阻和电感串联电路对交流电呈现阻碍作用。阻抗的大小决定于电路参数（R、L）和电源频率。UILURUU ULUR图 2 RL 串联电路旋转矢量图和电压三角形电子电器应用与维修专业 专递课堂阻抗三角形与电压三角形是相似三角形，阻抗三角形中的|Z |与 R 的夹角，等于电压三角形中电压与电流的夹角 ， 叫做阻抗角，也就是电压与电流的相位差。（式 5-25）RXLarctn的大小只与电路参数 R、L 和电源频率有关，与电压大小无关。三、RL 串联电路的功率将电压
43、三角形三边（分别代表 UR、U L、U）同时乘以 I，就可以得到由有功功率、无功功率、和视在功率（总电压有效值与电流的乘积）组成的三角形。1、有功功率RL 串联电路中只有电阻 R 消耗功率，即有功功率，其公式为：（式 5-27）cosUIP|Z| XLRUULUR图 3 阻抗三角形UULUR S QP图 4 功率三角形电子电器应用与维修专业 专递课堂上式说明 RL 串联电路中，有功功率的大小不仅取决于电压 U、电流 I 的乘积，还取决于阻抗角的余弦 得大小。当电源供给同样大小的电压和电流时，cos大，有功功率达； 小，有功功率小。cos2、无功功率电路中的电感不消耗能量，它与电源之间不停地进行
44、能量变换，感性无功功率为（式 5-28）sinUIQL3、视在功率视在功率表示电源提供总功率（包括 P 和 QL）的能力，即交流电源的容量。实在功率用 S 表示，它等于总电压和电流 I 的乘积，即（式 5-29）US视在功率 S，单位为伏安，符号是 VA.从功率三角形还可得到有功功率 P、无功功率 QL 和视在功率 S 间的关系，即（式 5-30）2LS阻抗角 的大小为（式 5-31）PQLarctn4、功率因数为了反映电源功率利用率，引入功率因数的概念，即把有功功率和视在功率的比值叫做功率因数，用 表示（式 5-32）SPcos上式表明，当视在功率一定时，在功率因数越大的电路中，用电设备的有
45、功功率越大，电源输出功率的利用率就越高。III.例题讲解，巩固练习略。 （见教材5-6 例题）电子电器应用与维修专业 专递课堂IV.小结为阻抗角，其大小为： 。 PQRXULRLarctnarctV. 作业略。5.7 RC 串联电路一、教学目标1、 理解 RC 串联电路的分析方法。2、 掌握 RC 串联电路中的阻抗及电压三角形和阻抗三角形的概念。二、教学重点、难点分析重点：掌握 RC 串联电路中的阻抗及电压三角形和阻抗三角形的概念。难点：同重点三、教具电化教学设备。四、教学方法讲授法，多媒体课件。五、教学过程.复习提问UULUR电 压 三 角 形 22LR电 压 三 角 形 |Z| XLR阻
46、抗 三 角 形 22Z阻 抗 三 角 形 SQP功 率 三 角 形 22QS功 率 三 角 形电子电器应用与维修专业 专递课堂提问：前面我们学习的纯电容电路中的电压、电流关系如何？答：1、在纯电容电路中，电流和电压是同频率的正弦量。2、电流 i 与电压的变化率 成正比，电流超前电压 。tuC23、电流、电压最大值和有效值之间都服从欧姆定律。电压与电流瞬时值因相位相差 ，不服从欧姆定律，要特别注意 。2 iuXC4、电容是储能元件，它不消耗电能，电路的有功功率为零。无功功率等于电压有效值与电流有效值之积。案例引入：在电子技术中，经常遇到的阻容耦合放大器、RC 振荡器，RC 移相电路等等，这些电路都是电阻、电容串联电路。II.新课分析 RC 串联电路应把握的基本原则：1、串联电路中电流处处相等，选择正弦电流为参考正弦量。2、电容元件两端电压 uC 相位滞后其电流 iC 。一、RC 串联电路电压间的关系以电流为参考正弦量，令 tIimsn则电阻两端电压为 tUuRmsin电容器两端的电压为 )2(C电路的总电压 u 为 R作出电压的旋转矢量图，如图 2 所示。U、U R 和 UC 构成直角三角形，可以得到电压间的数量关系为u RuC+_ +_+_RCi图 1 RC 串联电路
