《戴維南定理》教學(xué)設(shè)計(jì)方案

1、 戴維南定理教學(xué)設(shè)計(jì)方案【授課教材】 選自電工學(xué)第六版 上冊(cè) 電工技術(shù) 秦曾煌 主編【教學(xué)目標(biāo)】1、知識(shí)目標(biāo)：（1） 理解二端網(wǎng)絡(luò)及有源二端網(wǎng)絡(luò)的概念.（2） 理解戴維南定理的內(nèi)涵及其實(shí)質(zhì)（3） 掌握無源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻和有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓的計(jì)算方法（4） 能應(yīng)用戴維南定理分析、計(jì)算只含有兩個(gè)網(wǎng)孔的復(fù)雜電路2、能力目標(biāo)（1） 通過探究實(shí)驗(yàn)從而引出戴維南定理的過程培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力,運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、綜合、歸納的能力（2） 通過運(yùn)用戴維南定理求解某一支路電流、電壓，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用戴維南定理分析、計(jì)算電路的能力3、情感目標(biāo)（1） 通過閱讀關(guān)于戴維南的材料及探究實(shí)驗(yàn)引出戴維南定理的

2、過程，培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)出發(fā)勇于探索的科學(xué)精神（2） 通過戴維南定理的學(xué)習(xí)，使學(xué)生學(xué)習(xí)處理復(fù)雜問題時(shí)所采用的一種化繁為簡(jiǎn)的思想【教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】1、 重點(diǎn)（1） 戴維南定理的內(nèi)容及應(yīng)用（2） 應(yīng)用戴維南定理如何將復(fù)雜的含源二端網(wǎng)絡(luò)等效化簡(jiǎn)為一個(gè)電壓源2、 難點(diǎn)（1） 戴維南定理引出時(shí)的探究過程（2） 應(yīng)用戴維南定理解題時(shí)如何具體計(jì)算含源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓【教學(xué)方法】（1） 實(shí)驗(yàn)法（通過探究，引導(dǎo)學(xué)生不斷分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不斷提出新的問題，進(jìn)而遷移猜想、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納、總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力及運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析與綜合的能力。）（2） 啟發(fā)式教學(xué)法（在應(yīng)用戴維南定理解題的過程中通

3、過教師的啟發(fā)、點(diǎn)撥、引導(dǎo)學(xué)生在理解戴維南定理實(shí)質(zhì)的基礎(chǔ)上按照一定的邏輯順序，逐步求解，從而達(dá)到會(huì)應(yīng)用戴維南定理的目的。）【教學(xué)過程設(shè)計(jì)】一、 復(fù)習(xí)提問，引入新課師：復(fù)雜直流電路的分析方法有哪些？各自的適用范圍？生：支路電流法適用于線性和非線性電路中求解各支路電流；電壓源與電流源的等效變換適用于求解某一條支路的電流；疊加定理適用于線性電路中計(jì)算各支路電流和電壓，不能用于計(jì)算功率。（通過多媒體課件引導(dǎo)學(xué)生快速回憶這三種方法及解題步驟） 師：這三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，我們應(yīng)熟練掌握、靈活運(yùn)用。若求解電路中各支路電流，可優(yōu)先采用支路電流法，因疊加原理雖然采用化繁為簡(jiǎn)的思想、化多電源為單一電源，但計(jì)算工作量

4、較大，不常采用；若求解電路中某一支路電流，可應(yīng)用電壓源與電流源的等效變換；今天我們?cè)賹W(xué)習(xí)一種求解復(fù)雜電路中某一支路電流的方法戴維南定理。設(shè)計(jì)意圖：通過多媒體課件展示引導(dǎo)學(xué)生快速回憶這三種方法，使學(xué)生對(duì)這三種分析方法有一個(gè)總體的把握和認(rèn)識(shí)，以便處理具體的復(fù)雜電路問題時(shí)能選用最佳的分析方法，使求解過程最簡(jiǎn)單。二、 新課教學(xué)（一）幾個(gè)概念 二端網(wǎng)絡(luò)：任何具有兩個(gè)出線端的部分電路。含源二端網(wǎng)絡(luò)或有源二端網(wǎng)絡(luò)：含有電源的二端網(wǎng)絡(luò)。（如圖a所示）無源二端網(wǎng)絡(luò)：不含有電源的二端網(wǎng)絡(luò)。（如圖b所示）無源二端網(wǎng)絡(luò) （a）含源二端網(wǎng)絡(luò)(b)（二）認(rèn)識(shí)戴維南戴維南(1857年1926年) 是法國(guó)的電信工程師。他利用

5、歐姆定律來分析復(fù)雜電路。戴維南出生于法國(guó)莫城，1876年畢業(yè)于巴黎綜合理工學(xué)院。1878年他加入了電信工程軍團(tuán) ，最初的任務(wù)為架設(shè)地底遠(yuǎn)距離的電報(bào)線。1882年成為綜合高等學(xué)院的講師，讓他對(duì)電路測(cè)量問題有了濃厚的興趣。在研究了基爾霍夫電路定律以及歐姆定律后，他發(fā)現(xiàn)了著名的戴維南定理，用于計(jì)算更為復(fù)雜電路上的電流。設(shè)計(jì)意圖：通過對(duì)戴維南生平的介紹，使學(xué)生從戴維南身上看到實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐的重要性，使學(xué)生養(yǎng)成勤于動(dòng)手、善于思考的習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐出發(fā)探索科學(xué)的熱情。 （三） 探求戴維南定理1探究題 原電路圖Us17V6.2VR20.2ohm3.2ohmR10.2ohmUs2R3電路轉(zhuǎn)換 步驟1VE

6、17VE26.2VR20.2ohmR33.2ohmR10.2ohm 0.000A+- 0.000+-Us17VUs26.2VR20.2ohmR33.2ohmR10.2ohm 2.000A+-V+- 6.400Uso6.6VRo0.1ohmR33.2ohm 00.000+- 00.000A+-電路轉(zhuǎn)換 步驟3 電路轉(zhuǎn)換 步驟4實(shí)驗(yàn)結(jié)論：對(duì)負(fù)載而言,有源二端網(wǎng)絡(luò)可以用一個(gè)等效電壓源來代替。設(shè)計(jì)意圖：利用上述探究實(shí)驗(yàn)，通過教師的啟發(fā)、點(diǎn)撥、引導(dǎo)學(xué)生分析仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)意圖分析兩仿真實(shí)驗(yàn)的仿真結(jié)果歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，最后得出正確的認(rèn)識(shí)。）提出新問題：得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論后，引導(dǎo)學(xué)生思考：若能求出等效電源的參數(shù)電動(dòng)

7、勢(shì)E和內(nèi)阻r，那么原來的復(fù)雜電路就可化為單一回路的簡(jiǎn)單電路，我們便能方便求解所求未知量，所以問題的關(guān)鍵變成：如何根據(jù)含源二端網(wǎng)絡(luò)計(jì)算等效電壓源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r？提出新問題，利用原有知識(shí)遷移猜想提出新問題：得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論后，引導(dǎo)學(xué)生思考：若能求出等效電源的參數(shù)電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，那么原來的復(fù)雜電路就可化為單一回路的簡(jiǎn)單電路，我們便能方便求解所求未知量，所以問題的關(guān)鍵變成：如何根據(jù)含源二端網(wǎng)絡(luò)計(jì)算等效電壓源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r？遷移猜想：引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想以前的簡(jiǎn)單電路中：當(dāng)S斷開時(shí)，路端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)UAB=E；電源不作用時(shí)，RAB；進(jìn)而猜想：一個(gè)復(fù)雜的含源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓就是等效電源的電動(dòng)勢(shì)，其中

8、電源不作用時(shí)網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻就是等效電源的內(nèi)阻。RErr聯(lián)想以前的簡(jiǎn)單電路VSEr + A- BUAB=E開路電壓=電源電動(dòng)勢(shì)r電源不作用時(shí) ARAB=r這邊可以用萬用表直接測(cè)量得出數(shù)據(jù)，檢測(cè)猜想是否正確設(shè)計(jì)意圖：通過猜想實(shí)驗(yàn)，用萬用表測(cè)出其真實(shí)的等效電壓以及等效電阻值，前面的猜想得到驗(yàn)證；通過綜合分析探究實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，可引出戴維南定理。（4） 戴維南定理設(shè)計(jì)思路：根據(jù)實(shí)驗(yàn)的分析先得出下面（a）、（b）、（c）三個(gè)圖示，引導(dǎo)學(xué)生得出戴維南定理的內(nèi)容；再引導(dǎo)學(xué)生理解戴維南定理的內(nèi)容和實(shí)質(zhì)。 戴維南定理內(nèi)容: 任何一個(gè)線性含源二端網(wǎng)絡(luò),對(duì)外電路而言,都可以用一個(gè)等效電源代替; 這個(gè)等效電源的電動(dòng)勢(shì)等于

9、該網(wǎng)絡(luò)兩端點(diǎn)間的開路電壓UAB; 等效電源的內(nèi)阻等于該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有電源不作用,僅保留內(nèi)阻時(shí),所得無源二端網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻RAB. AErRABBR線性有源二端網(wǎng)絡(luò)(a)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)+ A- B(b)求電動(dòng)勢(shì)A對(duì)應(yīng)無源二端網(wǎng)絡(luò)(c)求內(nèi)阻（五）戴維南定理的應(yīng)用I-+R1E1R2E2ABUAB(b)在圖示電路中,已知E1=5V,R1=8,E2=25V,R2=12,R3=2.2.試用戴維南定理求通過R3的電流及R3兩端的電壓.(a)原題圖R1E1R2E2R3I3-ErR3AB+(d)設(shè)計(jì)思路：師生互動(dòng)，通過教師的啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生邊想步驟邊畫圖，邊求解。從而達(dá)到會(huì)應(yīng)用戴維南定理分析、計(jì)算復(fù)雜直流電路的目

10、的。R2R1AB(c)解：(1)將電路分為待求支路和含源二端網(wǎng)絡(luò)兩部分，如圖(a)所示(2)斷開待求支路,如圖(b)所示計(jì)算開路電壓 UAB ，即為等效電源的電動(dòng)勢(shì)E(電流、電壓參考方向如圖)E=UAB=E2-R2I=(25-12×1.5)V=7V (3)將有源二端網(wǎng)絡(luò)中各電源置零,成為無源二端網(wǎng)絡(luò),如圖(c)所示.計(jì)算輸入電阻RAB,即為等效電源的內(nèi)阻r.(4)畫出含源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路,和待求支路連接,形成等效簡(jiǎn)化電路,如圖(d)所示.計(jì)算支路電流 I3和電壓 U3.（引導(dǎo)學(xué)生歸納、總結(jié)應(yīng)用戴維南定理解題的步驟）應(yīng)用戴維南定理求某一支路電流或電壓的方法和步驟:將電路分為待求支路和

11、含源二端網(wǎng)絡(luò)兩部分. 斷開待求支路,求出含源二端網(wǎng)絡(luò)開路電壓, 即為等效電源的電動(dòng)勢(shì)E.將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各電源置零,僅保留電源內(nèi)阻,求出無源二端網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻,即為等效電源的內(nèi)阻r.畫出含源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路,和待求支路連接,形成等效簡(jiǎn)化電路,根據(jù)已知條件求解.（啟發(fā)學(xué)生把握應(yīng)用戴維南定理解題的注意事項(xiàng)）應(yīng)用戴維南定理解題時(shí),應(yīng)當(dāng)注意什么?等效電源電動(dòng)勢(shì)E的方向與含源二端網(wǎng)絡(luò)開路時(shí)的端電壓極性一致等效電源只對(duì)外電路等效,對(duì)內(nèi)電路不等效三【課堂小結(jié)】今天我們學(xué)習(xí)的核心就是戴維南定理,理解定理的內(nèi)容并會(huì)應(yīng)用它分析、求解復(fù)雜直流電路；學(xué)習(xí)戴維南定理的等效簡(jiǎn)化思想和分析復(fù)雜問題的方法。四【課后練習(xí)】如圖所示線性有源二端網(wǎng)絡(luò),當(dāng)開關(guān)S打開時(shí),用電壓表直接測(cè)量得a、b兩端的開路電壓為UOC=12V，當(dāng)R=1kW時(shí)，將開關(guān)S閉合，電流表的讀數(shù)為3mA，問:（1）有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻？ （2）當(dāng)電阻R調(diào)至5k時(shí)，電流表的讀數(shù)應(yīng)為多少？（3）當(dāng)電阻R調(diào)至多大時(shí)，電阻R獲得最大功率，求最大功率？ a S RVA有源網(wǎng)絡(luò)+-+-原題圖b a S Er、設(shè)計(jì)意圖：本次作業(yè)除了考察戴維南定理的基本運(yùn)用，還引導(dǎo)學(xué)生理解戴維南定理的實(shí)用價(jià)值，即求負(fù)載可獲得的最大功率+-+-AVb等效簡(jiǎn)化電路【板書設(shè)