復(fù)雜直流電路詳解

1、敘永職高王祥遠 復(fù)雜直流電路 【項目描述】 在實際電路中， 常常遇到由兩個或兩個以上電源組成的多回路電路， 這類電 路不能簡化成一個簡單的回路， 必須用待定的分析方法進行計算。 本章學(xué)習(xí)基爾 霍夫定律、 之路電流法和戴維寧定理等分析復(fù)雜直流電路的基本方法。 其中，基 爾霍夫定律是本章的重點，并通過實踐訓(xùn)練來驗證和強化該定律。 【項目目標(biāo)】 應(yīng)知 1. 理解支路、節(jié)點、回路和網(wǎng)孔的概念及掌握其應(yīng)用 2. 理解基爾霍夫定律及掌握其應(yīng)用 3. 理解支路電流法及掌握其應(yīng)用 4. 了解戴維寧定理及掌握其應(yīng)用 5. 了解兩種實際電源模型之間的等效變換方法 應(yīng)會 1. 能運用基爾霍夫定律及支路電流法分析和計

2、算由兩個電源組成的 3 條支 路復(fù)雜直流電路。 2. 能運用戴維寧定理分析和計算由兩個電源組成的 3 條支路復(fù)雜直流電路。 【項目分配】 任務(wù)一 基爾霍夫定律 任務(wù)二 支路電流法 任務(wù)三 戴維寧定律 任務(wù)四 兩種電源模型的等效變換 任務(wù)五 疊加定理（補充） 敘永職高王祥遠 任務(wù)一 基爾霍夫定律 【教學(xué)目標(biāo)】 知識目標(biāo) 掌握節(jié)點、支路、回路、網(wǎng)孔的概念 技能目標(biāo) 熟練掌握基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律。 情感目標(biāo) 養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、求實、務(wù)實的的職業(yè)精神；具有良好的職業(yè)道德，團 隊合作精神和人際交流能力。 【教學(xué)重點】 基爾霍夫電流和電壓定律的應(yīng)用 【教學(xué)難點】 基爾霍夫電流和電壓定律的推廣應(yīng)用 【

3、教學(xué)過程 】 （一）明確項目任務(wù) 基爾霍夫電流和電壓定律的應(yīng)用 （二）制定項目實施計劃 一、基本概念 1復(fù)雜直流電路：指由兩個或兩個以上有電源（直流電源）支路組成的多 回路電路。 2支路：由一個或幾個元件首尾相接構(gòu)成的無分支電路。 3. 節(jié)點：三條或三條以上的支路匯聚的點。 4. 回路：電路中任一閉合路徑。 5. 網(wǎng)孔：沒有支路的回路稱為網(wǎng)孔。 6舉例說明上述概念。 7提問：圖 3-1 中有幾個節(jié)點、幾條支路、幾條回路、幾個網(wǎng)孔？ 8舉例 二、基爾霍夫電流定律（又稱節(jié)點電流定律，簡稱 KCL） 1形式一：電路中任意一個節(jié)點上，流入節(jié)點的電流之和等于流出節(jié)點的 電流之和。 I 入 I 出 形式二

4、：在任一電路的任一節(jié)點上，電流的代數(shù)和永遠等于零。 I0 敘永職高王祥遠 規(guī)定：若流入節(jié)點的電流為正，則流出節(jié)點的電流為負。 2推廣：應(yīng)用于任意假定的封閉面。流入封閉面的電流之和等于流出封閉 面的電流之和；網(wǎng)絡(luò)之間總是通過兩根導(dǎo)線連接的， 仍然可由節(jié)點電路定律判斷。 3利用基爾霍夫電流定律分析電路時，通常需要預(yù)先設(shè)定某支路電流的參 考方向，常用“”號標(biāo)示。電流的實際方向可根據(jù)計算出的結(jié)果來判斷， 當(dāng) I0 時，表明電流的實際方向與參考方向一致；當(dāng) I0 時，則表明電流的實際方向與 參考方向相反。 4對于含有 n 個節(jié)點的電路，能列出的獨立的電流有（ n-1） 個。 例：本節(jié)例題（ p61例 3

5、-1-1） 三、基爾霍夫電壓定律（又稱回路電壓定律，簡稱 KVL） 1形式一：在任何時刻，從一點出發(fā)繞回路一周回到該點時，各端電壓的 代數(shù)和等于零。 U0 形式二：在任何時刻，一個閉合回路中，各段電阻上的電壓降代數(shù)和等于 各電源電動勢的代數(shù)和。 RI E 2注意： （1）確定并在電路中標(biāo)出各支路電流的參考方向并選擇回路繞行方向（可 以是順時針方向繞行， 也可以是逆時針方向繞行， 但一經(jīng)選定后不能中途改變） 。 （2）用 U 0例回路電壓方程。 確定公式中各段電阻電壓降正負的方法是： 當(dāng)支路電流的參考方向和回路的繞行方向一致的時候， 取正值，否則取負值； 確 定公式中電源電動勢正負的方法是：當(dāng)電

6、動勢的方向 （從負端到正端）和回路的 繞行方向相同時，取負值，否則取正值。 （3）用 RI E 例回路電壓方程。確定公式中各段電阻電壓降正負的方 法是：當(dāng)支路電流的參考方向和回路的繞行方向一致的時候， 取正值， 否則取負 值；確定公式中電源電動勢正負的方法是：當(dāng)電動勢的方向（從負端到正端）和 回路的繞行方向一致的時候，取正值，否則取負值。 （三）項目實施 學(xué)生分組計算 （四）作業(yè)布置 1. 思考與練習(xí) 31（ p62） 2. 習(xí)題與考工訓(xùn)練 3（ p74） 五）版書設(shè)計 基爾霍夫定律 敘永職高王祥遠 一 課前導(dǎo)入 二 導(dǎo)入新知 （1）基本概念 （2）基爾霍夫電流定律 （3）基爾霍夫電壓定律 三

7、 學(xué)生討論 四 小結(jié) 【課后反思】 任務(wù)二 支路電流法 【教學(xué)目標(biāo)】 知識目標(biāo) 掌握支路電流法的概念 技能目標(biāo) 掌握支路電流法并能運用它解題。 情感目標(biāo) 養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、求實、務(wù)實的的職業(yè)精神；具有良好的職業(yè)道德，團 隊合作精神和人際交流能力。 【教學(xué)重點】 支路電流法的應(yīng)用 【教學(xué)難點】 支路電流法的應(yīng)用 【教學(xué)過程 】 （一）明確項目任務(wù) 支路電流法的應(yīng)用 （二）制定項目實施計劃 課前復(fù)習(xí) 1電路的節(jié)點、支路、回路、網(wǎng)孔的概念。 2基爾霍夫電流定律、電壓定律的內(nèi)容和表達式。 一、支路電流法 1以支路電流為未知量，應(yīng)用基爾霍夫兩定律列出聯(lián)立方程，求出各支路 電流的方法。 2對于 n條支路， m 個

8、節(jié)點的電路，應(yīng)用支路電流法解題的步驟： （1）選定各支路電流為未知量，并標(biāo)出各電流的參考方向，并標(biāo)出各電阻 敘永職高王祥遠 上的正、負。 （2）按基爾霍夫電流定律，列出（ m 1）個獨立的節(jié)點電流方程式。 （3）指定回路的繞行方向，按基爾霍夫電壓定律，列出 n （ m 1） 個回路 電壓方程。 （4）代入已知數(shù)，解聯(lián)立方程式，求各支路的電流。 （5）確定各支路電流的實際方向。 3舉例 例 1：本節(jié)例題（例題 3-2-1p66） 例 2： 如圖，已知 E1 E2 17V，R1 1 ，R2 5 ，R3 2 ，用支路電 流法求各支路的電流。 （三）項目實施 學(xué)生分組計算 （四）作業(yè)布置 1. 思考與

9、練習(xí) 32（ p68） 2. 習(xí)題與考工訓(xùn)練 3計算題 1,2 （ p74） 五）版書設(shè)計 支路電流法 一 課前導(dǎo)入 二 導(dǎo)入新知 （1）支路電流法的概念 （2）支路電流法的解題步驟 （3）支路電流法應(yīng)用舉例 三 學(xué)生討論 四 小結(jié) 【課后反思】 敘永職高王祥遠 任務(wù)三 戴維寧定律 【教學(xué)目標(biāo)】 知識目標(biāo) 知道戴維寧定理的內(nèi)容 技能目標(biāo) 能正確運用戴維寧定理進行解題 情感目標(biāo) 養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、求實、務(wù)實的的職業(yè)精神；具有良好的職業(yè)道德，團 隊合作精神和人際交流能力。 【教學(xué)重點】 運用戴維寧定理進行解題 【教學(xué)難點】 運用戴維寧定理進行解題 【教學(xué)過程 】 （一）明確項目任務(wù) 運用戴維寧定理進行解題

10、 （二）制定項目實施計劃 當(dāng)有一個復(fù)雜電路，并不需要把所有支路電流都求出來，只要求出某一支路 的電流， 在這種情況下， 用前面的方法來計算就很復(fù)雜， 應(yīng)用戴維寧定理求解就 較方便。 一、二端網(wǎng)絡(luò) 1網(wǎng)絡(luò)：電路也稱為電網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)。 2二端網(wǎng)絡(luò)：任何具有兩個引出端與外電路相連的電路。 （1）無源二端網(wǎng)絡(luò)：內(nèi)部不含有電源的二端網(wǎng)絡(luò) （2）有源二端網(wǎng)絡(luò)：內(nèi)部含有電源的二端網(wǎng)絡(luò) 3輸入電阻：由若干個電阻組成的無源二端網(wǎng)絡(luò)，可以等效成的電阻。 4開路電壓：有源二端網(wǎng)絡(luò)兩端點之間開路時的電壓。 二、戴維寧定理 1內(nèi)容：對外電路來說，一個含源二端線性網(wǎng)絡(luò)可以用一個電源來代替。 該電源的電動勢 E0等于二端網(wǎng)絡(luò)

11、的開路電壓，其內(nèi)阻 R0 等于含源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所 有電動勢為零，僅保留其內(nèi)阻時，網(wǎng)絡(luò)兩端的等效電阻（輸入電阻） 。 2步驟： （1）把電路分為待求支路和含源二端網(wǎng)絡(luò)兩部分。 （2）把待求支路移開，求出含源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓 Uab。 （3）將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各電源除去， 僅保留電源內(nèi)阻， 求出網(wǎng)絡(luò)二端的等效電阻 Rab （4）畫出含源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路，并接上代求支路電流。 3注意：代替含源二端網(wǎng)絡(luò)的電源極性應(yīng)與開路電壓 Uab的極性一致。 三、舉例 例 3-3-1、 例 3-3-2（ p68） （三）項目實施 敘永職高王祥遠 學(xué)生分組計算 （四）作業(yè)布置 1. 思考與練習(xí) 33（p70） 2. 習(xí)題與考

12、工訓(xùn)練 3計算題 3,4 （ p74） 五）版書設(shè)計 1戴維寧定理的內(nèi)容。 2應(yīng)用戴維寧定理解題的步驟。 3注意事項 。 【課后反思】 任務(wù)四 兩種電源模型的等效變換 【教學(xué)目標(biāo)】 知識目標(biāo) 建立電壓源和電流源的概念 技能目標(biāo) 掌握電壓源與電流源的等效變換 情感目標(biāo) 養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、求實、務(wù)實的的職業(yè)精神；具有良好的職業(yè)道德，團 隊合作精神和人際交流能力。 【教學(xué)重點】 電壓源與電流源的等效變換條件和應(yīng)用場合 【教學(xué)難點】 應(yīng)用電壓源與電流源的等效變換解題 【教學(xué)過程 】 （一）明確項目任務(wù) 電壓源與電流源的等效變換 （二）制定項目實施計劃 課前復(fù)習(xí) 戴維寧定理的內(nèi)容。 兩種電源模型的等效變換 一、

13、電壓源 1電壓源：為電路提供一定電壓的電源。 2恒壓源：電源內(nèi)阻為零，電源提供恒定不變的電壓。 3恒壓源的特點 敘永職高王祥遠 1）它的電壓恒定不變。 2）通過它的電流可以是任意的，且決定于與它連接的外電路負載的大小。 5.理想的電壓源是不存在的，實際電壓源都可以看成是理想電壓源E 與內(nèi)阻 R0 的串聯(lián)組合。 二、電流源 1電流源：為電路提供一定電流的電源。 2恒流源：電源內(nèi)阻為無窮大，電源將提供恒定不變的電流。 3恒流源的特點 （1）它提供的電流恒定不變，不隨外電路而改變。 （2）電源端電壓是任意的，且決定于外電路。 4符號 5.理想電流源也是不存在的。實際電流源都可以看成是理想電流源Is

14、與內(nèi)阻 Rs的并聯(lián)組合。 、電壓源與電流源的等效變換 1電壓源 理想電壓源串聯(lián)內(nèi)阻 R0 電流源 理想電流源并聯(lián)內(nèi)阻 R0 2電壓源 U US I R0 I U S U R0 電流源 U I IS RS 對外等效 U S UU IS R0RS 所以 U SUS IS S S ， R0 RS R0RS 3結(jié)論 （1）一個電壓源與電阻的串聯(lián)組合，可用一個電流源與電阻的并聯(lián)組合來 等效代替。 敘永職高王祥遠 條件： IS US R0，RS R0，如下圖 （2）一個電流源與電阻的并聯(lián)組合，可用一個電壓源與電阻的串聯(lián)組合來 等效代替。 條件：US IS RS，R0 RS如下圖。 四、舉例 例 1：例 3

15、-4-1（ p71） 例 2：例 3-4-2（ p71） 1）IS與 US的方向一致 2）等效變換對外電路等效，對電源內(nèi)部不等效。 3）恒壓源和恒流源之間不能等效。 五、電源等效變換及化簡原則 1注意點（ 3） 2兩個并聯(lián)的電壓源不能直接合并成一個電壓源，但兩個并聯(lián)的電流源可 以直接合并成一個電流源。 3兩個串聯(lián)的電流源不能直接合并成一個電流源，但兩個串聯(lián)的電壓源可 以直接合并成一個電壓源。 4與恒壓源并聯(lián)的電流源或電阻均可去除；與恒流源串聯(lián)的電壓源或電阻 均可去除。 （三）項目實施 學(xué)生分組計算 （四）作業(yè)布置 思考與練習(xí) 34（p72） 五）版書設(shè)計 1電壓源和電流源的概念。 2恒壓源和恒

16、流源的特點。 3電壓源與電流源等效變換的條件。 4電源等效變換及化簡原則。 【課后反思】 敘永職高王祥遠 任務(wù)五 疊加定理（補充） 【教學(xué)目標(biāo)】 知識目標(biāo) 知道疊加定理的內(nèi)容 技能目標(biāo) 正確應(yīng)用疊加定理計算兩個網(wǎng)孔的電路 情感目標(biāo) 養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、求實、務(wù)實的的職業(yè)精神；具有良好的職業(yè)道德，團 隊合作精神和人際交流能力。 【教學(xué)重點】 應(yīng)用疊加定理解題及幾個注意點 【教學(xué)難點】 不能應(yīng)用疊加定理計算功率 【教學(xué)過程 】 （一）明確項目任務(wù) 正確應(yīng)用疊加定理計算 （二）制定項目實施計劃 一、疊加原理 1運用疊加定理可以將一個復(fù)雜的電路分為幾個比較簡單的電路，然后對 這些比較簡單的電路進行分析計算， 再把結(jié)果合成， 就可以求出原有電路中的電 壓、電流，避免了對聯(lián)立方程的求解。 2內(nèi)容：在線性電路中，任何一個支路中的電流（或電壓）等于各電源單 獨作用時，在此支路中產(chǎn)生的電流（或電壓）的代數(shù)和。 3步驟： （1）分別作出由一個電源單獨作用的分圖，其余電源只保留其內(nèi)阻。 （對恒 壓源，該處用短路替代，對恒流源，該處用開路替代） 。 （2）按電阻串、并聯(lián)的計算方法，分別計算出分圖中每一支路電