图1.4所示为家用电风扇电路，它包含电阻、电容、电感、电源四种二端元件，其中电阻元件、电容元件、电感元件不产生能量，称为无源元件；电源元件是电路中提供能量的元件，称为有源元件。二端元件两端间的电压与通过它的电流之间都有确定的约束关系，这种关系叫作元件的伏安特性。该特性由元件性质决定，元件不同，其伏安特性不同。
图1.4 家用电风扇电路
1.电阻元件及欧姆定律
(1)电阻元件相关概念 电阻器是具有一定电阻值的元器件，在电路中用于控制电流、电压和控制放大了的信号等。电阻器通常就叫电阻，在电路图中用字母“R”或“r”表示。电阻器单位是欧姆，简称欧，通常用符号“Ω”表示。电阻元件是从实际电阻器抽象出来的理想化模型，是代表电路中消耗电能这一物理现象的理想二端元件。如电灯泡、电炉、电烙铁等这类实际电阻器，当忽略其电感等作用时，可将它们抽象为仅消耗电能的电阻元件。
(2)电阻元件的伏安特性和欧姆定律 电阻元件的伏安特性，可以用电流为横坐标、电压为纵坐标的笛卡儿坐标平面上的曲线来表示，称为电阻元件的伏安特性曲线。如果伏安特性曲线是一条过原点的直线，如图1.5所示，这样的电阻元件称为线性电阻元件，本书中所有的电阻元件，除非特别指明，都是线性电阻元件。
图1.5 电阻元件的伏安特性
欧姆定律是电路分析中的重要定律之一，它说明流过线性电阻的电流与该电阻两端电压之间的关系，反映了电阻元件的特性。
欧姆定律指出:在电阻电路中，当电压与电流为关联参考方向，电流的大小与电阻两端的电压成正比，与电阻值成反比。即欧姆定律可用下式表示:
I＝U/R
图1.6 电感元件的电磁关系
欧姆定律表达了电路中电压、电流和电阻的关系，它说明:
如果电阻保持不变，当电压增加时，电流与电压成正比例地增加；当电压减小时，电流与电压成正比例地减小。
如果电压保持不变，当电阻增加时，电流与电阻成反比例地减小；当电阻减小时，电流与电阻成反比例地增加。
2.电感元件
(1)电感元件相关概念 实际电感线圈就是用漆包线或纱包线或裸导线一圈靠一圈地绕在绝缘管上或铁芯上而又彼此绝缘的一种元件。其在电路中多用来对交流信号进行隔离、滤波或组成谐振电路等。电感线圈简称线圈，在电路图中用字母“L”表示。
电感线圈是利用电磁感应作用的器件。在一个线圈中，通过一定数量的变化电流，线圈产生感应电动势大小的能力就称为线圈的电感量，简称电感。电感常用字母“L”表示。电感的单位是亨利，简称亨，通常用符号“H”表示，常用单位还有“μH”“mH”。
(2)电感元件的特性 任何导体当有电流通过时，在导体周围就会产生磁场，如果电流发生变化，磁场也随着变化，而磁场的变化又引起感应电动势的产生。这种感应电动势是由于导体本身的电流变化引起的，称为自感。电感元件作为储能元件能够储存磁场能量，常见电磁关系如图1.6所示。线圈的匝数与穿过线圈的磁通之积为NФ，称为磁链。当电感元件为线性电感元件时，电感元件的特性方程为
式中，L为元件的电感系数(简称电感)，是一个与电感器本身有关，与电感器的磁通、电流无关的常数，其单位为亨[利](H)，有时也用毫亨(mH)、微亨(μH)表示。磁通Ф的单位是韦[伯](Wb)。
自感电动势的方向，可由右手定则确定。即当线圈中的电流增大时，自感电动势的方向和线圈中的电流方向相反，以阻止电流的增大；当线圈中的电流减小时，自感电动势的方向和线圈中的电流方向相同，以阻止电流的减小。总之当线圈中的电流发生变化时，自感电动势总是阻止电流的变化。
自感电动势的大小，一方面取决于导体中电流变化的快慢，另一方面还与线圈的形状、尺寸、线圈匝数以及线圈中介质情况有关。
3.电容元件
(1)电容元件相关概念 实际电容器是由两片金属极板中间充满电介质(如空气、云母、绝缘纸、塑料薄膜、陶瓷等)构成的，在电路中多用来滤波、隔直、交流耦合、交流旁路及与电感元件组成振荡回路等。电容器又名储电器，在电路图中用字母“C”表示，电容器的单位是法拉，简称法，通常用符号“F”表示。常用的单位还有“μF”“pF”。
(2)电容元件的特性 当电容元件两端的电压发生变化时，极板上聚集的电荷也相应地发生变化，这时电容元件所在的电路中就存在电荷的定向移动，形成了电流。当电容元件两端的电压不变时，极板上的电荷也不变化，电路中便没有电流。当电容为线性电容时，电容元件的特性方程为
q＝Cu
只有当电容元件两端的电压发生变化时，才有电流通过。电压变化越快，电流越大。当电压不变(直流电压)时，电流为零。所以电容元件有隔直通交的作用。电容元件在某时刻储存的电场能量只与该时刻电容元件的端电压有关。当电压增加时，电容元件从电源吸收能量，储存在电场中的能量增加，这个过程称为电容的充电过程。当电压减小时，电容元件向外释放电场能量，这个过程称为电容的放电过程。电容在充放电过程中并不消耗能量，因此，电容元件是一种储能元件。
拓展知识
正弦交流电与三相交流电源
1.正弦交流电
大小和方向随时间按正弦规律变化的电源称为正弦交流电，与直流电相比，具有发电成本低、转换容易等特点，在生产和生活中得到广泛运用。
交流电的大小和方向都是随时间不断变化的，通过某元件的正弦电流i通常如图1.7所示。其数学表达式为:i(t)＝Imsin(ωt＋ψ)。它表示电流i是时间t的正弦函数，不同的时间有不同的量值，称为瞬时值，用小写字母表示。
Im为正弦电流的最大值(幅值)，即正弦量的振幅，用大写字母加下标m表示正弦量的最大值，例如Im、Um、Em等，它反映了正弦量变化的幅度。ω为角频率，表示正弦量在单位时间内变化的角度，反映正弦量变化的快慢。(ωt＋ψ)随时间变化，称为正弦量的相位，它描述了正弦量变化的进程或状态。ψ为t＝0时刻的相位，称为初相位(初相角)，简称初相，它描述正弦量起始的早晚。
图1.7 正弦交流电波形图
最大值、角频率和初相位称为正弦量的三要素。
交流电是在不断变化的，瞬时值和最大值均不能反映交流电实际做功的效果，因此在电工技术中，把热效应相等的直流电流(或电压、电动势)定义为交流电流(或电压、电动势)的有效值，常用有效值来衡量做功能力的大小。交流电流、电压和电动势有效值的符号分别是I、U和E，理论分析表明，交流电的有效值和幅值存在如下关系:
一般情况下，若无特殊说明，交流电的大小总是指有效值；各种交流电气设备上所标注的额定电压和额定电流的数值都是有效值；另外，利用交流电流表和交流电压表测量的交流电流和交流电压也都是有效值。我们通常说照明电路电压220 V，便是指它的电压有效值为220 V。(www.xing528.com)
2.三相交流电源
三相交流电较单相交流电有很多优点，它在发电、输配电以及电能转换成机械能等方面都有明显的优越性。日常生活中所用的单相交流电，实际上是由三相交流电的一相提供的。三相交流电源是指由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120°电角度的交流电势组成的电源。在电力工业中，三相电路中的电源通常是三相相同发电机产生的，其原理如图1.8所示。
三相发电机中转子上的励磁线圈MN内通有直流电流，使转子成为一个电磁铁。在定子内侧面、空间相隔120°的槽内装有三个完全相同的线圈A－X，B－Y，C－Z。转子与定子间磁场被设计成正弦分布。当转子以角速度ω转动时，三个线圈中便感应出频率相同、幅值相等、相位互差120°的三个电动势。由这样的三个电动势的发电机便构成一对称三相电源，其产生的交流电波形如图1.9所示。
图1.8 三相交流发电机原理
图1.9 三相交流电波形图
三相电源的三个绕组线圈是电源的输出端，通常的连接方式是星形(也称Y形)连接和三角形(也称△形)连接。对三相发电机来说，通常采用星形连接，如图1.10所示，将对称三相绕组的尾端X、Y、Z连在一起，首端A、B、C引出作输出线。三个电源首端A、B、C引出的线称为端线(俗称火线)，连接在一起的X、Y、Z点称为三相电源的中点，用N表示，从中点引出的线称为中线(俗称零线)。电源每相绕组两端的电压称为电源的相电压，而端线之间的电压称为线电压。
图1.10 三相绕组的星形连接
三相电源星形连接的供电方式有两种:一种是三相四线制(三条端线和一条中线)，另一种是三相三线制，即无中线。目前电力网的低压供电系统(又称民用电)为三相四线制，此系统供电的线电压为380 V，相电压为220 V，通常写作电源电压380/220 V。
1.准备手电筒、电风扇、基本拆装工具等实训器材。
2.学生按5～8人分成工作小组，布置工作任务。
(1)阅读两种电器的说明书，了解电器的基本参数。
(2)按规范测试两种电器的通断，并组内讨论其电源、功能。
(3)教师拆解电风扇，指导学生仔细观察内部零件。
3.配合实训步骤，进行相关知识学习。
(1)观察电气设备，学习电路的组成。
(2)阅读说明书并讨论，学习电路基本物理量。
(3)测试电器通断，学习电路的工作状态。
(4)拆解电风扇，观察主要零件，学习电路中的主要元件。
4.学习总结与讨论。
5.知识拓展与开放性作业。
一、选择题
1.在电路的组成中，下列不是控制和保护装置的是( )。
A.电动机功率越大，做功越快 B.灯泡功率越大，越明亮
C.电动车功率越大，速度越高 D.电视机屏幕功率越大，耗电越快
3.电气设备工作时，容易导致故障的是( )。
A.空载 B.轻载 C.满载 D.过载
4.下列电器的元件可以认为是纯电阻的是( )。
二、判断题
1.手电筒电源为电池组，因此其工作电路是直流电路。( )
2.电路的参考点不同，元件两端的电压也不同。( )
3.短路状态是非常危险的，可能引发火灾。( )
4.交流电信号无法通过电容元件。( )
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