6.6 RL串、并联电路（教案）-《电工技术基础与技能》同步精品课堂（机工版·第3版）

《单相正弦交流电路—RL串、并联电路》教案 课 题 6.6 RL串、并联电路 课 型 理论 课 时 授课班级 授课时间 授课教师 教材分析 在《电工技术基础与技能》中，RL串联与并联电路这部分内容占据关键地位。它承接电阻电路知识，进一步拓展至包含电感元件的交流电路领域。通过对电压、电流及阻抗关系的探讨，为学生深入理解交流电路特性筑牢根基。电焊机引弧电抗器案例，将抽象知识具象化，展现了理论在实际电气设备中的应用，有助于学生掌握电路知识在工业生产中的运用技巧。这部分内容不仅是培养学生电路分析能力的重要环节，更为后续学习复杂电力系统、电气控制等知识奠定了必要的基础。 学情分析 中职学生在学习RL电路相关知识时，具有自身独特的特点 。从知识基础来看，他们已掌握部分基础电学概念，但对于交流电路中电压、电流的相位关系等抽象知识理解吃力。在学习能力上，部分学生自主学习和逻辑思维能力较弱，难以独立推导和理解复杂的公式及相量关系。不过，中职学生对实际案例兴趣浓厚，像电焊机引弧电抗器案例，能极大激发他们的学习热情。若在教学中多结合生动实例、实验演示，将抽象知识形象化，引导他们逐步分析，学生对这部分知识的接受度和掌握程度会显著提升。 学习目标 1. 理解RL串并联电路电压、电流的相位及数值关系。 2. 掌握电阻、感抗与阻抗在串并联中的计算方法。 3. 能运用所学分析电焊机引弧电抗器工作原理 。 学习重难点 学习重点 1. 明晰RL串并联电路电压、电流相量及数值关系 2. 掌握串并联电路中电阻、感抗、阻抗计算方法 学习难点 1. 理解并推导RL电路中电压、电流复杂相位关系 2. 运用知识全面分析电焊机电抗器工作全过程 教学方法 讲授法、讨论法、小组合作、任务驱动 课前准备 1. 准备RL串联与并联电路实验演示器材及教具 2. 制作包含知识点讲解与案例分析的PPT课件 3. 收集整理与RL电路相关的拓展阅读资料 教学媒体 PPT、画图 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 活动一： 创设情境 生成问题 一、导入（3分钟） 展示一个简单的RL串联电路实物模型，提问学生：“这个电路中电压和电流有什么关系呢？”引发学生思考，导入新课。 二、知识讲解（10分钟） 1. 结合图片中的公式和电路图，详细讲解RL串联电路中电压、电流之间的关系，以及电阻、感抗与阻抗之间的关系，通过板书和多媒体演示相量图的绘制和分析过程。 2. 以例6 - 9为例，逐步讲解计算过程，让学生理解如何运用所学知识解决实际问题。 三、小组讨论（10分钟） 将学生分成小组，给出一个RL并联电路的情境问题，如：“已知一个RL并联电路，电阻R = 10Ω，电感L = 30mH，接入频率为60Hz、电压为240V的电路中，求各参数。”让学生运用所学知识进行讨论和计算，教师巡视指导。 四、成果展示与点评（7分钟） 各小组选派代表展示讨论结果，教师进行点评和总结，强调重点和易错点。 五、拓展延伸（5分钟） 展示电焊机引弧电抗器的图片和案例，提问：“电抗器在电焊机中起到了什么作用？是如何实现的？”引导学生将所学知识与实际应用联系起来，激发学生的学习兴趣和探索欲望。 导入环节，学生认真观察RL串联电路实物模型，积极思考电压和电流关系。在知识讲解时，学生仔细聆听，紧跟教师思路，记录重要内容，理解电压、电流、电阻、感抗和阻抗关系，认真学习相量图绘制与分析，跟随例题计算过程思考。小组讨论阶段，学生分工合作，针对RL并联电路问题，积极运用所学知识计算讨论，主动交流想法。成果展示环节，各小组代表自信展示，其他学生认真倾听对比。拓展延伸部分，学生观察电焊机图片，思考电抗器作用，踊跃回答问题。 通过展示实物模型导入，激发学生好奇心，引出课程内容。知识讲解结合多种方式，让学生系统学习知识，掌握计算方法。小组讨论培养合作能力和知识运用能力。成果展示环节增强学生表达能力和自信心，教师点评巩固知识。拓展延伸部分联系实际，展示知识实用性，激发学习兴趣，使学生明白知识在生活中的应用，拓宽知识面，加深对知识的理解，提高学生解决实际问题的能力。 活动二： 调动思维 探究新知 6.6.1 RL串联电路 1.电压、电流之间的关系 【RL串联电路分析】 RL串联电路如图6-33a所示。设电路中的电流按正弦规律变化，即i=Imsinωt ，u=Umsin(ωt+)。下面用相量法定量分析各电量之间的关系。 由于两个同频率的正弦量相加后，其和仍为同频率的正弦量，所以总电压有效值的相量表达式为 已知电阻两端电压与电流同相位，电感两端电压超前电流，如果以电流为参考相量，可作出如图 6-33b所示相量图。从相量图中可见，U、UL、UR组成一个相量电压三角形，根据此三角形可求得各电压有效值之间的关系为 【分析结论】 由以上分析可知，电路总电压u超前总电流i相角φ(0<φ<90°)，通常将电压超前电流的电路称为感性电路，具有感性特征的负载称为感性负载。总电压的有效值与分电压的有效值遵从相量和的相加关系(三角形关系)，而不是代数和的相加关系，这与电阻串联电路有着本质的区别。 2.电阻、感抗与阻抗之间的关系 【RL串联电路的阻抗三角形】 由于 RL串联电路中通过的是同一电流I，如将各电压分别除以电流I，即=|Z|、=R、=XL，可得阻抗三角形如图 6-34 所示。由阻抗三角形可知 阻抗不是相量，但电阻、感抗和阻抗三者遵从相量和的关系，而不是代数和的关系由于XL是频率f的函数，所以|Z|也是频率的函数:f增大，|Z|增大;f减小，|Z|减小。 当 U、I用有效值表示时，|Z|、U、I三者遵从欧姆定律，即|Z|=U/I。 6.6.2 RL并联电路 1.电压、电流之间的关系 【RL并联电路分析】 RL并联电路如图 6-36a所示。设电路两端电压按正弦规律变化:u=Umsinωt，则iR=IRmsinωt，iL=ILmsin(ωt+)。因为电感和电阻两端加的是同一个电压，以电压为参考相量定量分析各量之间的关系。 根据并联电路原理，电流相量关系表达式为 可作出如图6-36b所示相量图。从相量图中可见，I、IR、IL组成一个相量电流三角形根据此三角形可求得各电流有效值之间的关系为 【分析结论】 由以上分析可知，电路总电压u超前总电流i相角φ(0<<90°)，为感性电路。总电压的有效值与分电压的有效值遵从矢量和的相加关系(三角形关系)。 2.电阻、感抗与阻抗之间的关系 【RL并联电路的阻抗三伯形】 由于RL并联电路加的是同一电压U，如将电压分别除以各个电流，即=|Z|、=R、=XL，可得阻抗三角形，如图6-37 所示。由阻抗三角形可知 阻抗表达式和 RL串联电路相同，即无论RL是串联还是并联，最后的等效电路都是感性电路，电流落后电压，所以表达式相同。 阻抗不是相量，但电阻、感抗和阻抗三者遵从相量和的关系，而不是代数和的关系。由于XL是频率f的函数所以|Z|也是频率的函数，f增大，|Z|增大;f减小，|Z|减小。 当 U、I用有效值表示时，|Z|、U、I三者遵从欧姆定律，即|Z|=U/I。 1.RL串联与并联电路对比实验：学生分组进行实验，每组配备电源、电阻、电感、电流表、电压表、示波器等器材。首先搭建RL串联电路，测量并记录不同频率下电路中的电压、电流值，观察示波器上电压电流波形及相位关系，计算电阻、感抗和阻抗。然后，将电路改为RL并联，重复上述测量和观察步骤。最后，对比两种电路在电压电流关系、相量图、阻抗变化等方面的异同，并进行小组讨论和总结。 2.绘制RL串联与并联电路思维导图：学生在学习完RL串联和并联电路的相关知识后，独自绘制思维导图。思维导图内容包括两种电路的电压电流关系、相量图、阻抗三角形、计算公式、电路特点、实际应用等方面，要求用不同颜色的笔区分串联和并联电路的相关内容，并标注出两者的异同点和重要知识点之间的联系。 1.加深对电路特性的理解与实践能力：通过实际动手实验，让学生亲身体验RL串联和并联电路的工作情况，直观感受电压电流的变化以及相量关系，强化对理论知识的理解和记忆。对比实验可以帮助学生清晰地认识到两种电路在各方面的区别与联系，培养学生的观察能力、分析能力和归纳总结能力，同时提高学生的实验操作技能和团队协作能力，使学生更好地将理论知识与实际应用相结合。 2.系统梳理知识结构与提升思维能力：绘制思维导图的活动可以促使学生对所学的RL串联和并联电路知识进行系统梳理和整合，构建完整的知识框架，加深对知识点之间逻辑关系的理解。通过颜色区分和标注异同点，能够进一步强化学生对两种电路的对比认知，培养学生的逻辑思维能力和知识归纳能力，帮助学生更好地掌握和记忆相关内容，为后续的学习和应用打下坚实的基础。同时，思维导图也便于学生在复习时快速回顾和查漏补缺。 活动三： 调动思维 探究新知 案例 1--电焊机引弧电抗器 【案例叙述】 图 6-38a所示是电焊机外形图，电焊机由降压变压器和电抗器组成。电焊机工作时是通过焊条和焊件之间产生电弧，将焊条和焊件一同熔化，进行焊接的电器设备，应用广泛。图6-38b是电路原理图，380V交流电通过变压器减压为70V左右，通过感抗为XL=0.210Ω的电抗器限流，加到焊条和焊件之间，正常工作电流为 300A。 电路工作原理为:当正常工作时，电抗器具有稳流作用，使电弧发热均匀，保证焊接质量。当焊条起弧前如果焊死而造成短路时，电抗器限制短路电流，保护变压器。图 6-38c是等效电路，图6-38d是相量图，在正常工作时，电抗器上的电压为 电弧上的电压为 当焊条焊死，UR为0，U2电压加在电抗器L上，电抗器中的电流为 由计算可知，电焊机的短路电流只比工作电流多出33.3A(多出11%)，因此电焊条短路时电焊机也不会烧毁。 【案例分析】 电抗器在电路中起到了稳流作用，使电路工作时电流稳定，短路时保护了变压器。电抗器除稳流作用外，还有起弧的功能。焊条接触焊件的瞬间电弧放电，称为起弧。起弧时需要高电压和大电流，条件不具备则不能起弧。电感具有储能功能，焊条接触焊件的瞬间产生333A 电流，电抗器开始储能:焊条和焊件断开的瞬间，电抗器放电，放电产生的电弧将空气击穿，形成稳定的电弧，电弧电压维持在 30V左右。如果没有电抗器，电焊机无法工作很多电器为了工作中稳定负载电流，就在电路中串联电抗器。如荧光灯、节能灯，都串联电抗器镇流，目的是稳流和启辉。 1.模拟电焊机电路搭建与测试：学生分组，每组提供变压器、电抗器、电阻（模拟焊条和焊件）、电源、电流表、电压表等器材。要求学生根据案例中的电路原理图，搭建一个简易的模拟电焊机电路。搭建完成后，进行电路测试，分别测量正常工作时和模拟短路（将电阻短路）时电路中的电压、电流等参数，并与案例中的数据进行对比分析，观察电抗器在不同情况下的作用，如稳流和限制短路电流等。最后，让学生尝试改变电抗器的感抗值（如更换不同规格的电抗器），再次测试电路，观察并记录对电路工作状态的影响。 2.探究生活中其他含电抗器电器的工作原理：布置课后作业，让学生寻找生活中除电焊机外其他含有电抗器的电器，如案例中提到的荧光灯、节能灯等，或者自己发现的其他电器。要求学生查阅相关资料，了解该电器的基本结构和工作原理，重点分析电抗器在其中所起的作用，如稳流、启辉、滤波等，并与电焊机中电抗器的作用进行对比，总结电抗器在不同电器中的共性和特性。最后，让学生以图文并茂的形式制作一份小型报告，在班级内进行分享交流。 1.增强实践操作与理论应用能力：让学生搭建和测试模拟电焊机电路，应用RL串联电路及电抗器知识，加深理解。用仪器测量和分析数据，培养操作与数据处理能力。改变电抗器感抗值，探究参数影响，激发探索和创新思维，提升解决实际问题的能力，理解电路元件关系和电器电路设计原理。 2.拓展知识视野与培养自主学习能力：此活动旨在引导学生将课堂所学知识延伸到实际生活中，让学生意识到电路知识在日常生活中的广泛应用，激发学生对物理知识的学习兴趣和探索欲望。通过自主查阅资料和制作报告，培养学生的自主学习能力和信息收集整理能力，提高学生的科学素养。在分享交流环节，学生可以互相学习，拓宽知识面，从不同电器中电抗器的应用进一步加深对电抗器功能和电路原理的理解，培养学生的沟通表达能力和团队协作精神，同时也有助于学生建立知识之间的联系，形成系统的知识体系。 活动四： 巩固练习 素质提升 总结和复习阶段： 本次课堂主要学习了RL串联与并联电路，分析了其电压、电流以及电阻、感抗、阻抗间的关系。还通过电焊机引弧电抗器案例，深入理解了电抗器在电路中的稳流与起弧作用 。你看看这样是否符合你的预期，若有需要调整的地方欢迎提出。 学生跟随教师的总结回顾，对照自己的笔记，对重点知识进行再次梳理和记忆，加深对知识的理解。对于自己仍然存在疑问的地方，及时向教师提问，确保对本节课知识的全面掌握。 帮助学生梳理本节课的知识框架，强化重点知识的记忆，解决学生在学习过程中存在的疑惑，使学生对所学知识有更清晰、更深入的理解，为后续的学习和实践打下坚实的基础。 课堂小结 作业布置 1.推导RL串联电路中电压与电流的相位差公式 2.阐述RL并联电路阻抗随频率变化的规律 3. 分析电焊机电抗器在起弧阶段的工作原理 板书设计 一、主板书 （一）RL串联电路 1. 电压、电流关系 - 电流：i = Imsinωt - 电压：u = Umsin(ωt + φ) - 相量表达式：U= UR+ UL - 电压有效值关系： - UR= Ucosφ - UL= Usinφ - U = √UR2+ UL2 - φ = arctan - 结论：感性电路，电压超前电流，电压相量和关系 2. 电阻、感抗与阻抗关系 - 阻抗三角形：=|Z|、=R、=XL构成 - 关系特性： - 相量和关系 - XL与f相关，f升|Z|升，f降|Z|降 - 欧姆定律：|Z|=（U、I有效值） （二）RL并联电路 1. 电压、电流关系 - 电压：u = Umsinωt - 电流：iR= IRmsinωt，iL= ILmsin(ωt + φ) - 相量表达式：I= IR+ IL - 电流有效值关系： - IR= Icosφ - IL= Isinφ - I = √IR2+IL2 - φ = arctan - 结论：感性电路，电压超前电流，电流矢量和关系 2. 电阻、感抗与阻抗关系 - 阻抗三角形：=|Z|、=R、=XL构成 - 关系特性： - 与串联电路阻抗表达式相同，等效感性电路 - 相量和关系 - XL与f相关，f升|Z|升，f降|Z|降 - 欧姆定律：|Z|=（U、I有效值） 案例：电焊机引弧电抗器 1. 组成：降压变压器、电抗器 2. 工作原理 - 正常工作：电抗器稳流，保证焊接质量 - 短路时：限制短路电流，保护变压器 3. 电抗器作用 - 稳流：稳定工作电流 - 起弧：起弧需高电压大电流，电感储能放电助起弧 - 应用拓展：荧光灯等串联电抗器稳流、启辉 二、副板书 1. 相关公式推导过程：在讲解过程中，随时在副板书推导重要公式，如电压、电流相量关系公式推导，帮助学生理解公式来源。 2. 相量图绘制：分别绘制RL串联和并联电路的相量图，直观展示各电量之间的相位关系和大小关系，辅助学生理解主板书的理论知识。 教学反思 在教授RL串联与并联电路及电焊机引弧电抗器案例的过程中，我认识到理论与实践结合的重要性。讲解电路原理时，学生对抽象概念理解较慢，今后应多引入生活实例，如用常见电器工作原理类比，帮助学生理解。在分析案例时，学生兴趣浓厚，但对电抗器复杂工作过程的理解参差不齐。后续教学可增加实验演示，让学生直观看到电流、电压变化，增强对知识的感性认识，提升教学效果。同时，多设置互动环节，鼓励学生提问，及时解决他们的疑惑。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$