基尔霍夫定律_教案

学科《电工学》课题§1－5《基尔霍夫定律》班级机电57班人数47课时2学时课型教授课周次第九周授课时间2008年4月23日星期三第5、6节教学目的及其目标知识目标：1、理解支路、节点、回路、网孔等基本概念2、掌握基尔霍夫两定律所阐述的内容3、应用基尔霍夫两定律进行计算情感目标：培养学生通过实验现象归纳事物本质、将感性认识提升为理论知识的能力技能目标：1、培养实际操作能力及独立思考、钻研、探究新知识的能力2、培养创新意识，提高分析问题与解决问题的能力，举一反三，触类旁通教学重点基尔霍夫定律的内容及表达式运用基尔霍夫定律的解题步骤及例题讲解教学难点电流参考正方向的理解及电阻电压、电源电动势正负的确定教学方法观察演示法、讲授法、启发讨论法、媒体应用法教具及参考书1、完整的基尔霍夫定律实验板一块2、万用表三支3、多媒体课件4、电化教学设备5、连接导线若干6、电阻若干参考书：《电工与电子基础》（机工4版）教学过程1、组织教学2、复习提问3、新课引入4、新课讲授5、提问6、归纳总结7、布置作业教材分析本节课采用实验演示教学法，导出基尔霍夫定律的具体内容及数学表达式，并详细讲解在列节点电流方程和回路电压方程的方程式中，电流、电压、电动势字母前正负号的确定，通过例题讲解，使学生能较好的掌握课程的重点，引导学生释疑解难、突破难点，学好课程内容。1教学过程教学内容教学方法与教学手段ⅠⅡⅢⅣ【组织教学】(1分钟)1、师生相互问候；2、清点人数，填写教学日志。【复习提问】(2分钟)1、电阻串联、并联电路的特点？2、电压降与电动势正方向的规定？3、欧姆定律的内容及表达式？对课前预习内容的提问，帮助学生复习电阻串、并联电路的特点及电压降与电动势正方向的规定。为本课题教学做好铺垫。【新课导入】(5分钟)前面我们学习了运用欧姆定律及电阻串、并联能进行化简、计算的直流电路。这种电路称为简单电路；但有些电路是不能单纯用欧姆定律和电阻的串、并联关系求解的，这些电路称为复杂电路。下面以给出两个电路图为例，请学生分析两电路的不同之处，从而导入新课：图（1）图（2）结论：图（1）有且仅有一条有源支路，可以用电阻的串并联关系进行化简，是简单电路．．．．；解答简单电路的方法是欧姆定律．．．．。图（2）有两条有源支路，不能用电阻的串并联关系进行化简，是复杂电路．．．．；解答复杂电路的方法是基尔霍夫定律．．．．．．。【新课讲授】(75分钟)1、进入多媒体课件，以下图为例讲解几个基本概念，并通过动画效果加以理解：通过相关知识的复习，将问题引入到本教学课题中。注：在复习已有知识的基础上，引出简单电路和复杂电路的概念，提出解决复杂电路的依据，从而激发学生学习基尔霍夫定律的欲望。板书课题：基尔霍夫定律2教学过程教学内容教学方法与教学手段得出：⑴支路：由一个或几个元件首尾相接组成的无分支电路。(问：请同学们仔细观察，流过同一支路的电流有何特点？)（生答略）师：图中共有5条支路，支路电流分别标于图中。⑵节点：三条或三条以上支路的连接点。（生答略）师：图中共有a、b、c三个节点。⑶回路：电路中任何一个闭合路径。（生答略）师：图中共有6个回路。⑷网孔：中间无任何支路穿过的回路。网孔是最简单的回路，或是不可再分的回路。（请问上图电路中共有几个网孔呢？）（生答略）师：对，图中最简单的回路aR1R2a,aR2R4ba,bR4R5b三个是网孔。〖动动脑筋〗请问下列电路有几条支路、几个节点、几个回路、几个网孔？（生答略）师答：6条支路4个节点7个回路3个网孔出示EWB仿真模型演示，了解电路组成，以此集中学生注意力。得出结论：同一支路中电流处处相等。注：名词解释采用问答形式，以增强学生学习的主动性，促使教学效果在教师与学生互动中得到较好的体现。3教学程序教学内容教学方法与教学手段2、请学生观察实验现象，从实验中得出基尔霍夫第一定律的系列知识：老师按照左图接通电源，请同学们仔细观察各电流表的读数，Ｉ1＝1A，Ｉ2＝2A，Ｉ3＝３A测量结果表明：Ｉ1＋Ｉ2＝Ｉ3，对节点a而言，Ｉ1和Ｉ2为流入节点的电流，Ｉ3为流出节点的电流，由此可得：⑴内容：在任一瞬间，对电路中的任一节点，流进某一节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和。⑵公式：出进II⑶定律讨论的对象：节点电流（故基尔霍夫第一定律又称为节点电流定律．．．．．．）〖例1〗请指出左图电路中有几条支路，并用基尔霍夫第一定律列出下节点电流方程。（老师在肯定学生回答后，将式子移项，并板书为：I1+I3I2I4I5=0上式表明：若规定流入节点的电流以为“＋Ｉ”，流出节点的电流为“－Ｉ”，则节点电流定律又可叙述为：在任一瞬间通过电路中任一节点，流入（或流出）该节点电流的代数和恒等于零。即可得节点电流定律的第二种表述：即：0I3、基尔霍夫第一定律的应用：【例2】如图所示电路，已知I1=1A，I2=2A，I3=5A，I4=3A试求I5。解：根据图中各电流方向，列出节点电流方程为：Ｉ1+Ｉ3＝Ｉ2+Ｉ4+Ｉ5则：Ｉ5＝Ｉ1+Ｉ3Ｉ4Ｉ2＝1+5+32=7A实验中强调电流表连接的正确性和对各支路电流的观察实验分析（讨论）．．．．．．．．注：由实验导出基尔霍夫第一定律的内容，说服力强板书内容及公式学生答：电路中有五条支路，节点电流方程为：54231IIIII板书公式4教学程序教学内容教学方法与教学手段结果得出I5的值是正的，表示I5的实际方向与标定的参考方向相同，是由节点A流出的。参考方向：任意假定的方向。若计算结果为正值，表明该矢量的实际方向与参考方向相同；计算结果为负值，表明该矢量的实际方向与参考方向相反。4、基尔霍夫第一定律的推广：节点电流不仅适用于节点，还可推广于任意假设的封闭面来说,它仍然成立。下图电路中闭合面所包围的是一个三角形电路，有三个节点。电流定律的推广应用应用基尔霍夫第一定律可以列出：IA=IABICAIB=IBCIABIC=ICAIBC上面三式相加可得：IA+IB+IC=0或0I即：流入此闭合曲面的电流恒等于流出该曲面的电流。5、基尔霍夫第二定律（回路电压定律）进入实验环节，探讨基尔霍夫第二定律的有关知识：⑴内容：在任一瞬间，对任一闭合回路，沿回路绕行方向上各段电压代数和恒等于零。⑵公式：0U⑶定律讨论的对象：回路上的电压（故基尔霍夫第二定律又称为回路电压定律．．．．．．）通过实验揭示了任意回路中各路电压的相互关系板书公式5教学程序教学内容教学方法与教学手段⑷通过对下列问题的讲解，归纳出利用U=0列回路电压方程的方法【讨论】请用基尔霍夫第二定律列出下图回路电压方程。列回路电压方程的方法：（a）任意选定未知电流的参考方向（如上图所示）；（b）任意选定回路的绕行方向；（c）确定电阻电压正负（若绕行方向与电流参考方向相同，电阻电压取正值；反之取负值）；（d）确定电源电动势正负（若绕行方向与电动势方向相反，电动势取正值；反之取负值）。综上所述，按标注方向循环一周，根据电压与电流的参考方向可得：Uca+Uad+Udb+Ubc=0即：GB1I1R1+I2R2GB2=0或:GB1GB2=I1R1I2R2由此，得出基尔霍夫第二定律的另一种表达形式：IRGB亦即：IRE上式表明：在任一回路循环方向中，回路中各电动势．．．．．．．．．．．．．．．．．．的代数和恒等于各电阻上电压降的代数和。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6、基尔霍夫第二定律的推广应用：基尔霍夫第二定律也可以推广应用于不完全由实际元件构成的假想回路。如下图所示：通过对问题的讨论，活跃课堂气氛，调动主观能动性，扩展思维，得出答案假定沿cadbc绕行注：各电阻上电压和各电动势前正负号确定是教学的重点和难点，这里专门进行强调。以帮助学生理解。6教学程序教学内容教学方法与教学手段由上图可得：U=UAUBUAB=0或：UAB=UAUB7、利用回路电压定律解题的步骤：①、先标定各支路电流的参考方向和回路的绕行方向，原则上可任意标定：一般取电动势或较大的电动势的方向作为支路电流的参考方向和回路的绕行方向。②、根据回路电压定律列出回路电压方程式。③、求解方程，并根据计算结果确定电压和电流的实际方向【例3】如图所示是两个电源并联对负载供电的电路。I1=4A，I3=-1A，R1=12，R2=3，R3=6。求各支路电流I2和电源电动势E1、E2。解：据节点电流定律可得I3=I1+I2可求出I2=I3–I1=-5A在回路E2-R3-R2-E2中，据回路电压定律可得E2=I2R2+I3R3着重要求学生掌握解题步骤，为解答习题作好准备注：通过例题讲解强调解题步骤，使学生掌握用基尔霍夫第二定律解题的步骤和方法。7教学程序教学内容教学方法与教学手段ⅤⅥ可求出E2=I2R2+I3R3=5×3+(-1)×6=9V在回路E1-R1-R3-E1中，据回路电压定律可得E1=I1R1+I2R2可求出E1=I1R1+I2R2=4×3+（-5）×3=-3V【提问】（2分钟）１、叙述基尔霍夫第一定律的内容，并写出表达式？２、叙述基尔霍夫第二定律的内容，并写出表达式？【归纳总结】（4分钟）（一）本课题学习，重点掌握以下内容：1、理解支路、节点、回路和网孔的定义2、掌握基尔霍夫定律的内容及数学表达式3、理解基尔霍夫定律的推广应用4、掌握利用基尔霍夫定律列方程时，电流参考正方向的理解及电阻电压、电源电动势正负的确定（二）用基尔霍夫定律的解题步骤：①、先标定各支路电流的参考方向和回路的绕行方向，原则上可任意标定：一般取电动势或较大的电动势的方向作为支路电流的参考方向和回路的绕行方向。②、根据回路电压定律列出回路电压方程式。③、求解方程，并根据计算结果确定电压和电流的实际方向先让学生参与总结，然后采用启发式帮助学生参与总结课堂小结的内容是本节课的重点内容，应进一步巩固强化，使学生牢固掌握。8教学程序教学内容教学方法与教学手段Ⅶ（三）通过本节课的学习，我们必须掌握基尔霍夫电流定律的内容及应用，同时要特别注意在列电流、电压方程时，必须先确定参考方向，否则讨论电流正负是毫无意义的。在下一节课我们将学习基尔霍夫定律的应用——支路电流法。【布置作业】（1分钟）教材P2424、26教后记1、由于本教案在教学过程中，利用实验的方式导入新课，使本来抽象的知识变得直观、简单和形象，对这部分知识难点的突破起到了很好的帮助作用。2、授课过程中既可以进行课堂演示实验，也可结合多媒体课件实现仿真虚拟实验，虚拟实验与真实实验相结合、相比较，产生一些认知冲突，避免了学生对虚拟实验中纯理想化状态的片面理解。3、把实验引入理论课中，虽然丰富了理论课的内容，使理论知识更直观形象，但一定程度上使得教学进度减慢，一节课的内容可能需要花一节半课，甚至更多的时间去学习和探讨。4、教学过程中的例题、讲解、提问、课堂小结，又进一步巩固和强化了教学的重点、难点，有利于学生全面理解和掌握基尔霍夫定律的内容，学生普遍反映，对本次课程的知识要点能深刻理解、领会，概念印象深，记得住，记得牢，学习效果好。