3.4 安装与测试复杂直流电路（教案）-《电工基本电路安装与测试》同步精品课堂(高教版·第2版)

《安装与测试直流电路—安装与测试复杂直流电路》教案 课 题 3.4安装与测试复杂直流电路 课 型 理论 课 时 授课班级 授课时间 授课教师 教材分析 在《电工基本电路安装与测试》中，本部分知识点具有重要地位。它先引入复杂直流电路的基本概念，如支路、节点、回路和网孔，为学生构建复杂电路的认知框架。基尔霍夫定律是分析的核心依据，其节点电流定律和回路电压定律为后续电路求解奠定基础。支路电流法提供了具体的求解步骤，培养学生的逻辑思维和方程构建能力。任务拓展中的电压源与电流源等效变换、戴维宁定理和叠加定理丰富了分析手段，适应不同复杂电路情况。此部分内容衔接了前后知识，既基于简单直流电路，又为后续课程做铺垫，通过实际操作和理论分析相结合，提升学生的实践能力和问题解决能力，为学生在电工领域的深入学习和实际应用打下坚实基础。 学情分析 中职学生对复杂直流电路知识有一定挑战。他们动手能力较强，利于安装电路，但理论基础相对薄弱，对基尔霍夫定律等理解可能有困难。需多结合实例、加强实践操作，激发学习兴趣，逐步引导学生掌握复杂直流电路分析方法，为后续专业课程学习和职业发展奠定基础。 学习目标 1.知道支路、节点、回路和网孔。 2.会安装复杂直流电路。 3.会测量复杂直流电路的电压与电流。 4.会应用基尔霍夫定律求解复杂直流电路。 5.知道电压源与电流源等效变换、戴维宁定理和叠加定理。 学习重难点 重点： 1.基尔霍夫定律的理解和应用，尤其是在实际电路中正确确定电流和电压的正、负号。 2.支路电流法的步骤和应用，能够根据电路结构列出节点电流方程和回路电压方程。 3.戴维宁定理和叠加定理的理解和应用，能够运用这些定理分析复杂电路。 难点： 1.对基尔霍夫定律的深入理解和灵活应用，特别是在复杂电路中确定方程的个数和独立性。 2.运用戴维宁定理和叠加定理时，对等效电路的构建和多余电源的处理。 3.理解电压源与电流源等效变换的条件和方法，以及在实际电路中的应用。 教学方法 讲授法、讨论法、小组合作、任务驱动 课前准备 准备直流电源、电阻器、直流电流表、导线等器材。提前了解支路、节点、回路和网孔等概念，复习基尔霍夫定律、欧姆定律等知识。准备好复杂直流电路的连接图，为课堂上连接和测试复杂直流电路做准备，以便更好地分析直流电路特点，掌握直流电路分析方法。 教学媒体 PPT、微视频 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 想象一下，我们身处一个现代化的电子工厂，各种精密的电子设备都依赖复杂直流电路来正常运行。比如，生产线上的自动化控制系统，其内部的电路结构复杂，包含多个电源、电阻器等元件。现在，我们来到了实验室，面前摆放着直流电源、电阻器、直流电流表、导线等器材，准备亲自搭建和分析复杂直流电路，就像工程师们在解决实际的电路问题一样。 1.自主学习支路、节点、回路和网孔的概念，通过查阅资料、小组讨论等方式加深理解。 2.复习基尔霍夫定律和欧姆定律，回顾相关公式和原理，可以通过做一些简单的练习题进行巩固。 3.观察复杂直流电路的连接图，尝试分析电路结构和可能的电流、电压情况。 1.让学生提前了解相关概念和知识，为后续的学习和实践活动做好铺垫，提高学习效率。 2.培养学生的自主学习能力和合作学习能力，通过小组讨论等方式激发学生的学习兴趣。 活动二： 调动思维 探究新知 （一）任务准备 1.支路：由一个或几个元件首尾相接构成的无分支电路。同一支路电流处处相等。 2. 节点：三条或三条以上支路的交点。 3. 回路：电路中任何一条闭合的路径。 4.网孔:内部不包含支路的回路。 （二）任务实施 1. 安装复杂直流电路 - 将复杂直流电路按图所示依次连接。 2. 测量复杂直流电路 - 测量复杂直流电路各支路电流：将电源E₁调到12V, 电 源E₂调到6V, 接通电路，将电流表的读数记录下来。 再将电源E，调到12V，电源E₂调到18V，重复上述操作。 - 测量复杂直流电路各段电压：先将电源E 调到12V, 电 源E₂调到6V, 接通电路，将电压表的读数记录下来。 再将电源E₁ 调到12V, 电 源E₂调到18V, 重复上述操作。 3.分析复杂直流电路 -分析复杂直流电路各支路电流关系——基尔霍夫第一定律：对电路中的任一节点，在任一时刻，流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和。 公式表示为：I₁=∑I ，基尔霍夫第一定律也称节点电流定律。基尔霍夫第一定律的内容也可表述为：在任一时刻，通过电路中任一节点的电 流代数和恒等于零。公式表示为：∑I=0 -分析复杂直流电路各段电压关系——基尔霍夫第二定律：基尔霍夫第二定律：对电路中的任一闭合回路，沿回路绕行方向上各段电压的代数和等于零。 用公式表示为∑U=0 ，基尔霍夫第二定律也称回路电压定律。基尔霍夫第二定律也可表述为：对电路中的任一闭合回路，各电阻上电压降的 代数和等于各电源电动势的代数和。用公式表示为： 。 -在实际应用中，列回路电压方程时，电压与电动势都是指代数和，必须注意正、负号的确定，其步骤为：①假设各支路电流的参考方向和回路的绕行方向。②将回路中的全部电阻上的电压RI 写在等式左边，若通过电阻的电流方向与回路的绕行方向一致，则该电阻上的电压取正，反之取负。③将回路中的全部电动势E 写在等式右边，若电动势的方向(由电源负极指向电源正极)与回路的绕行方向一致，则该电动势取正，反之取负。 -求解复杂直流电路：复杂直流电路求解的依据是欧姆定律和基尔霍夫定律。将电路参数代入方程，就可求出各支路电流。这种以支路电流为未知量，应用基尔霍夫定律列出方程式，求出各支路电流的方法，称为支路电流法。电路有n 个节点，只 能 列 出(n-1)个独立的节点电流方程。回路的独立电压方程数等于网孔数。 -用支路电流法求解复杂电路的步骤为：(1)任意假设各支路电流的参考方向和回路的绕行方向。(2)用节点电流定律列出节点电流方程。如果有m 条支路n 个节点，只能列出(n-1)个 独立的节点电流方程，不足的(m-n+1)个方程由基尔霍夫电压定律补足。(3)用回路电压定律列出回路电压方程。为保证方程的独立性，一般选择网孔来列方程。(4)代入已知数，解联立方程式，求出各支路电流。 （三）任务拓展 1. 电压源与电流源等效变换 - 电压源：为电路提供一定电压的电源称为电压源。如干电池、蓄电池、发电机等大多数电源是电压源。Us 、r 为常数。随着输出电流I 的增加，内阻r 上的电压降增大，输出电压就降低。 因此，要求电压源内阻越小越好。如果内阻r=0, 并且电源始终输出恒定的电压Us, 而与输出电流I 无关，即输出电 压 U=Us, 这样的电压源称为理想电压源，也称恒压源。事实上理想电压源是不存在的，因为电源内部总是存在内阻。 - 电流源：为电路提供一定电流的电源称为电流源。实际中的稳流电源、光电池等都是电流源。I₀ 为通过电源内阻的电流。电流源内阻r 越大，负载变化引起的电流变化就越小， 即输出电流越稳定。因此，要求电流源内阻越大越好。如果内阻r=0, 输出电流I=Is, 电源始终输出恒定的电流Is,这样的电流源称为理想电流源，也称恒流源。事实上理想电流源是不存在的，因为电源内阻不可能为无穷大。 -电压源与电流源等效变换：电压源以输出电压形式向负载供电，电流源以输出电流形式向负载供电。在满足一定条件下，电压源与电流源可以等效变换。等效变换是指对外电路等效，即把它们与相同的负载连接，负载两端的电压、流过负载的电流、负载消耗的功率都相同。，将电压源等效变换成电流源，内阻r 阻值不变，将其改为并联；将电流源等效变换成电压源，内阻r阻值不变，将其改为串联。 2. 戴维宁定理 - 二端网络：任何具有两个出线端的部分电路都称为二端网络。若网络中含有电源，则称为有源二 端网络，否则称为无源二端网络。 - 戴维宁定理：戴维宁定理的内容是：任何线性有源二端网络，对外电路来说，可以用一个等效电压源代替，等效电压源的电动势E。等于该有源二端网络的开路电压 ，等效电压源的内阻R。等于该有源二端网络中所有电源取零值，仅保留其内阻时所得的无源二端网络的等效电阻。 3. 叠加定理 -叠加定理（线性电路分析的基本方法）：由线性电阻和多个电源组成的线 性电路中，任何一条支路中的电流(或电压)等于各个电源单独作用时，在此支路中所产 生的电流(或电压)的代数和。 -多余电源处理：应用叠加定理求复杂电路，可将电路等效变换成几个简单电路，然后将计算结果叠加，求得原来电路的电流、电压。在等效变换过程中，要保持电路中所有电阻不变(包括电源内阻),假定电路中只有一个电源起作用，而将其他电源作多余电源处理，多余电压源作短路处理，多余电流源作开路处理。 1.安装复杂直流电路：根据电路图，小心地连接直流电源、电阻器、直流电流表、导线等器材，培养动手能力和电路连接的准确性。 2.测量复杂直流电路：按照要求调整电源电压，使用电流表测量各支路电流，并准确记录数据。 用电压表测量各段电压，同样认真记录读数。 3.分析复杂直流电路：依据测量数据，结合基尔霍夫第一定律分析各节点的电流关系，通过计算和讨论，理解节点电流定律。 4.运用基尔霍夫第二定律分析各回路的电压关系，确定正、负号，列出回路电压方程。 5.采用支路电流法求解复杂直流电路，按照步骤假设电流方向和回路绕行方向，列出节点电流方程和回路电压方程，代入已知数据求解各支路电流。 1.通过安装电路和测量数据，让学生亲身体验复杂直流电路的实际操作，提高动手能力和实验技能。 2.分析电路的过程中，培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力，使学生能够运用所学知识解决实际问题。 3.支路电流法的应用，让学生掌握一种系统的电路分析方法，提高学生的电路分析能力。 活动三： 调动思维 探究新知 根据给定的直流电源、电阻器、直流电流表、导线等器材和材料，按图连接复杂直流 电路，测试复杂直流电路的电压与电流，分析复杂直流电路的特点。 直流电路是生产生活中常见的电路，直流电路的分析方法是研究电路的基本方法，也 是学习其他专业课程的基本方法。 1.电压源与电流源等效变换：分析电压源和电流源的特点，讨论内阻对输出的影响，理解理想电压源和电流源的概念。 2.探究电压源与电流源等效变换的条件和方法，通过实例计算进行验证。 1.电压源与电流源等效变换、戴维宁定理和叠加定理的学习，拓宽学生的知识面，让学生了解更多的电路分析方法和技巧。 2.培养学生的创新思维能力，通过实际案例的分析和计算，提高学生对复杂电路的理解。 活动四： 巩固练习 素质提升 总结和复习阶段： 通过本次学习与实践，强调直流电路分析方法在生产生活和其他专业课程中的重要性，激发学生的学习动力和对专业知识的探索欲望。 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。 课堂小结 作业布置 1. 总结基尔霍夫定律内容及应用。 2.分析电压源与电流源等效变换条件。 3.简述戴维宁定理并举例说明。 板书设计 一、任务准备 1.支路：无分支电路，同一支路电流处处相等。 2.节点：三条或以上支路交点。 3.回路：闭合路径。 4.网孔：内部无支路的回路。 二、任务实施 1.安装复杂直流电路按图连接器材。 2.测量复杂直流电路 各支路电流测量（E₁=12V,E₂=6V；E₁=12V,E₂=18V）。 各段电压测量（E₁=12V,E₂=6V；E₁=12V,E₂=18V）。 3.分析复杂直流电路 基尔霍夫第一定律（节点电流定律） I₁=∑I；∑I=0。 基尔霍夫第二定律（回路电压定律） ∑U=0；各电阻电压降代数和 = 各电源电动势代数和。 4.支路电流法求解步骤 假设电流方向、回路绕行方向。列节点电流方程。 列回路电压方程（选网孔）。代入求解。 三、任务拓展 1.电压源与电流源等效变换 -电压源:特点;理想电压源。 -电流源:特点-理想电流源。 -等效变换条件及方法。 2.戴维宁定理 -二端网络（有源、无源）。 -定理内容。 3.叠加定理 -定理内容。 -多余电源处理方法。 教学反思 本次教学通过实际操作让学生深入理解复杂直流电路。学生在安装与测试电路中表现出较高积极性，但部分学生对基尔霍夫定律等概念理解仍有困难。在今后教学中，可增加更多实例和互动环节，强化难点知识讲解，提高学生对复杂直流电路分析方法的掌握程度。 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 $$