《戴维南定理》教案

电工基础教学设计—戴维南定理保定市第二职业中学段保林共8页第1页中职学校骨干教师教案课程名称《戴维南定理》教案姓名段保林专业电气技术学校保定第二职业中学2008年1月电工基础教学设计—戴维南定理保定市第二职业中学段保林共8页第2页《戴维南定理》教案【授课教师】保定市第二职业中学段保林【课题名称】《戴维南定理》【授课教材】李书堂编《电工基础》（第三版）§2-10戴维南定理【授课类型】新授课【教学目标】1、知识目标：（1）理解二端网络及有源二端网络的概念.（2）理解戴维南定理的内涵及其实质．（3）掌握无源二端网络的等效电阻和有源二端网络的开路电压的计算方法．（4）能应用戴维南定理分析、计算只含有两个网孔的复杂电路．2、能力目标（1）通过仿真实验、模拟探究从而引出戴维南定理的过程培养学生的观察能力,运用所学知识对实验结果进行分析、综合、归纳的能力．（2）通过运用戴维南定理求解某一支路电流、电压，培养学生应用戴维南定理分析、计算电路的能力．3、情感目标（1）通过阅读关于戴维南的材料及仿真实验引出戴维南定理的过程，培养学生从实践、实验出发勇于探索的科学精神．（2）通过戴维南定理的学习，使学生学习处理复杂问题时所采用的一种化繁为简的思想．【教学重点、难点】1、重点（1）戴维南定理的内容及应用．（2）应用戴维南定理如何将复杂的含源二端网络等效化简为一个电压源．2、难点（1）戴维南定理引出时的探究过程．（2）应用戴维南定理解题时如何具体计算含源二端网络的开路电压．电工基础教学设计—戴维南定理保定市第二职业中学段保林共8页第3页【教学资源】多媒体课件；多媒体教室；Multisim2001电子仿真软件；投影仪等．【教学方法】（1）实验法（通过仿真实验、模拟探究，引导学生不断分析实验现象不断提出新的问题，进而迁移猜想、实验验证，最终对实验结果进行归纳、总结，培养学生的实验探究能力及运用所学知识分析与综合的能力。）（2）启发式教学法（在应用戴维南定理解题的过程中通过教师的启发、点拨、引导学生在理解戴维南定理实质的基础上按照一定的逻辑顺序，逐步求解，从而达到会应用戴维南定理的目的。）；【教学过程设计】一、复习提问，引入新课师：复杂直流电路的分析方法有哪些？各自的适用范围？生：支路电流法——适用于线性和非线性电路中求解各支路电流；电压源与电流源的等效变换—适用于求解某一条支路的电流；叠加定理—适用于线性电路中计算各支路电流和电压，不能用于计算功率。（通过多媒体课件引导学生快速回忆这三种方法及解题步骤）师：这三种方法各有优缺点，我们应熟练掌握、灵活运用。若求解电路中各支路电流，可优先采用支路电流法，因叠加原理虽然采用化繁为简的思想、化多电源为单一电源，但计算工作量较大，不常采用；若求解电路中某一支路电流，可应用电压源与电流源的等效变换；今天我们再学习一种求解复杂电路中某一支路电流的方法——戴维南定理。二、新课教学（一）几个概念二端网络：任何具有两个出线端的部分电路。含源二端网络或有源二端网络：含有电源的二端网络。（如图a所示）无源二端网络：不含有电源的二端网络。（如图b所示）设计意图：通过多媒体课件展示引导学生快速回忆这三种方法，使学生对这三种分析方法有一个总体的把握和认识，以便处理具体的复杂电路问题时能选用最佳的分析方法，使求解过程最简单。无源二端网络（a）电工基础教学设计—戴维南定理保定市第二职业中学段保林共8页第4页（二）认识戴维南戴维南(1857年~1926年)是法国的电信工程师。他利用欧姆定律来分析复杂电路。戴维南出生于法国城莫，6781年毕业于巴黎综合理工学院。6787年他加入了电信工程军团，最初的任务为架设地底远距离的电报线。6771年成为综合等等学院的讲师，让他对电路测量问题有了浓厚的兴趣。在研究了基尔霍夫电路定律以及欧姆定律后，他发现了著名的戴维南定理，用于计算更为复杂电路上的电流。（三）仿真实验探求戴维南定理1．仿真实验、模拟探究Us17V6.2VR20.2ohm3.2ohmR10.2ohmUs2R3E17VE26.2VR20.2ohmR33.2ohmR10.2ohm0.000A+-0.000+-设计意图：通过对戴维南生平的介绍，使学生从戴维南身上看到实验、实践的重要性，使学生养成勤于动手、善于思考的习惯，激发学生从实验、实践出发探索科学的热情。含源二端网络(b)原电路图V实验Ⅰ仿真前电工基础教学设计—戴维南定理保定市第二职业中学段保林共8页第5页Uso6.6VRo0.1ohmR33.2ohm2.000A+-6.400V+-Uso6.6VRo0.1ohmR33.2ohm2.000A+-6.400V+-实验Ⅱ仿真前实验Ⅱ仿真后实验结论：对负载而言,有源二端网络可以用一个等效电压源来代替。２．提出新问题，利用原有知识迁移猜想提出新问题：得出实验结论后，引导学生思考：若能求出等效电源的参数电动势E和内阻r，那么原来的复杂电路就可化为单一回路的简单电路，我们便能方便求解所求未知量，所以问题的关键变成：如何根据含源二端网络计算等效电压源的电动势E和内阻r？迁移猜想：引导学生联想以前的简单电路中：当S断开时，路端电压等于电源电动势UAB=E；电源不作用时，RAB＝ｒ；进而猜想：一个复杂的含源二端网络的开路电压就是等效电源的电动势，其Us17VUs26.2VR20.2ohmR33.2ohmR10.2ohm2.000A+-V+-6.400Uso6.6VRo0.1ohmR33.2ohm00.000+-00.000A+-实验Ⅰ仿真后设计意图：利用上述仿真实验，通过教师的启发、点拨、引导学生分析仿真实验的设计意图——分析两仿真实验的仿真结果——归纳总结实验结论，最后得出正确的认识。）V电工基础教学设计—戴维南定理保定市第二职业中学段保林共8页第6页中电源不作用时网络的输入电阻就是等效电源的内阻。３.仿真实验验证猜想RErr联想以前的简单电路VSEr+A-BUAB=E开路电压=电源电动势r电源不作用时ＢARAB=rUs17VUs26.2VR10.2ohmR30.2ohm00.000V+-仿真前电工基础教学设计—戴维南定理保定市第二职业中学段保林共8页第7页Us17VUs26.2VR10.2ohmR30.2ohm6.600V+-R10.2ohmR30.2ohmXMM1（四）戴维南定理戴维南定理内容:任何一个线性含源二端网络,对外电路而言,都可以用一个等效电源代替;这个等效电源的电动势等于该网络两端点间的开路电压UAB;等效电源的内阻等于该网络内所有电源不作用,仅保留内阻时,所得无源二端网络的输入电阻RAB.实验Ⅲ仿真后实验Ⅲ仿真后设计意图：通过仿真实验的结果，前面的猜想得到验证；通过综合分析仿真实验的结论，可引出戴维南定理。设计思路：根据实验的分析先得出下面（a）、（b）、（c）三个图示，引导学生得出戴维南定理的内容；再引导学生理解戴维南定理的内容和实质。电工基础教学设计—戴维南定理保定市第二职业中学段保林共8页第8页（五）戴维南定理的应用在图示电路中,已知E1=5V,R1=8Ω,E2=25V,R2=12Ω,R3=2.2Ω.试用戴维南定理求通过R3的电流及R3两端的电压.(a)原题图R1E1R2E2R3I-+R1E1R2E2ABUAB(b)RABEr线性有源二端网络RAB线性有源二端网络+A-B对应无源二端网络AB求内阻求电动势(a)(b)(c)电工基础教学设计—戴维南定理保定市第二职业中学段保林共8页第9页解：(1)将电路分为待求支路和含源二端网络两部分，如图(a)所示．(2)断开待求支路,如图(b)所示．计算开路电压UAB，即为等效电源的电动势E．(电流、电压参考方向如图)(3)将有源二端网络中各电源置零,成为无源二端网络,如图(c)所示.计算输入电阻RAB,即为等效电源的内阻r.(4)画出含源二端网络的等效电路,和待求支路连接,形成等效简化电路,如图(d)所示.计算支路电流I3和电压U3.I3-ErR3AB+(d)R2R1AB(c)设计思路：师生互动，通过教师的启发，引导学生边想步骤边画图，边求解。从而达到会应用戴维南定理分析、计算复杂直流电路的目的。AARREEI5.11282552121E=UAB=E2-R2I=(25-12×1.5)V=7V8.41281282121RRRRRrAB0.12.28.4733RrEI电工基础教学设计—戴维南定理保定市第二职业中学段保林共8页第10页（引导学生归纳、总结应用戴维南定理解题的步骤）应用戴维南定理求某一支路电流或电压的方法和步骤:１．将电路分为待求支路和含源二端网络两部分.２．断开待求支路,求出含源二端网络开路电压,即为等效电源的电动势E.３．将网络内各电源置零,仅保留电源内阻,求出无源二端网络的输入电阻,即为等效电源的内阻r.４．画出含源二端网络的等效电路,和待求支路连接,形成等效简化电路,根据已知条件求解.（启发学生把握应用戴维南定理解题的注意事项）应用戴维南定理解题时,应当注意什么?１．等效电源电动势E的方向与含源二端网络开路时的端电压极性一致．２．等效电源只对外电路等效,对内电路不等效．三【课堂小结】今天我们学习的核心就是戴维南定理,理解定理的内容并会应用它分析、求解复杂直流电路；学习戴维南定理的等效简化思想和分析复杂问题的方法。四【课下作业】如图所示线性有源二端网络,当开关S打开时,用电压表直接测量得a、b两端的开路电压为UOC=12V，当R=1k时，将开关S闭合，电流表的读数为3mA，问:（1）有源二端网络的等效电源电动势和内阻？（2）当电阻R调至5kΩ时，电流表的读数应为多少？（3）当电阻R调至多大时，电阻R获得最大功率，求最大功率？ＲaSRVA有源网络+-+-原题图bVVIRU2.20.12.2333电工基础教学设计—戴维南定理保定市第二职业中学段保林共8页第11页【板书设计】戴维南定理一．仿真实验二．内容．三．应用四．课下作业【教学后记】戴维南定理及其应用是《电工基础》第二章的核心和教学重点，它是简化复杂电路的重要方法，特别适用于求复杂电路某一支路中电流的情况，它也是电路分析中的一个普遍适用的重要定理和方法．在后续的其它专业基础课及专业课中经常用到．为了加深学生对它的理解，因此这节课采用了仿真实验引出戴维南定理的思路，从而培养学生实验探究能力和探究精神．设计意图：本次作业除了考察戴维南定理的基本运用，还引导学生理解戴维南定理的实用价值，即求负载可获得的最大功率．b等效简化电路+-+-VAaSErＲ