资源简介

《电工基本电路安装与测试》教学设计
任务11 安装与测试复杂直流电路
一、教材分析与处理
本课题选自高等教育出版社出版、崔陵主编的浙江省电气技术应用专业课程改革成果教材《电工基本电路安装与测试》项目三安装与测试直流电路，任务4安装与测试复杂直流电路。
“安装与测试复杂直流电路”是“安装与测试直流电路”的基本知识与技能之一，主要包括“安装复杂直流电路、测量复杂直流电路、分析复杂直流电路”等内容。复杂直流电路是学生在学习简单直流电路后学习的内容，教材中根据给定的直流电源、电阻器、直流电压表、直流电流表、开关、导线等器材和材料，按图连接复杂直流电路电路，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。因此，根据“做中学、做中教”的教学理念，围绕“安装与测试复杂直流电路”这一具体的工作任务，将教材中的教学内容划分为“安装复杂直流电路、测量复杂直流电路、分析复杂直流电路”等具体的任务。
二、学情分析
授课对象是电气技术应用、电气运行与控制等专业一年级学生，《电工基本电路安装与测试》是学生专业学习的第一门专业核心课程。高一学生学习基础一般，学生学习能力较弱。通过专业项目三安装与测试直流路中简单直流电路的学习，已经具备一定的直流电路安装、测试与分析技能。学生缺乏学习复杂直流电路的基本方法，但学生对学习本课程的知识、技能有较强烈的兴趣与愿望。
三、设计理念
电工基本电路的识图、安装、测试与应用是本课程的核心技能。基于现代教育思想和教学理论，充分利用信息化技术、数字化资源和理实一体教学环境，通过转换教师角色、优化教学内容、创新教学方法、加强师生互动、注重过程评价等手段，通过“安装复杂直流电路、测量复杂直流电路、分析复杂直流电路”等具体的任务学习，引导学生主动探索、勤于动手、相互竞争学习，激发学生学习兴趣和参与意识，体验“学中做”、“做中学”的乐趣，引导学生通过学习安装、测试与分析复杂直流电路的过程，提高学习兴趣，激发学习动力，掌握电路的安装、测试与应用核心技能。
四、教学目标
1.知识目标
（1）会表述支路、节点、回路和网孔。
（2）会表述复杂直流电路。
2.技能目标
（1）会安装复杂直流电路。
（2）会测量复杂直流电路的电压与电流。
（3）会应用基尔霍夫定律求解复杂直流电路。
3.情感目标
（1）感受学习电气技术的乐趣，激发学习兴趣。
（2）养成仔细观察、认真记录、规范操作和安全文明生产的职业素养。
五、教学重点与难点
1.教学重点：复杂直流电路分析
2.教学难点：复杂直流电路分析
六、教法与学法
1.学法
建议根据学情设计任务书，学生根据任务书，通过小组合作学习，按步骤连接、测量与分析复杂直流电路，养成仔细观察、认真记录、规范操作和安全文明生产的职业素养。
2.教法
主要采用任务驱动法，以“安装、测试与分析复杂直流电路”为任务主线，利用信息技术，变抽象为直观，突出重点，突破难点；应用实践操作法，让学生做中学，达成教学目标。
七、教学准备
1.教师准备
学习任务书1份/人，电阻器、直流电源、直流电流表、直流电压表，1套/组。
2.学生准备
按同组异质对学生进行分组，每组2人，1人为检测员，1人为记录员，操作过程中，2人互换角色。
八、课时安排
6课时
九、教学资源
教学课件（高等教育出版社中职网站http://sve..cn下载）、任务书（教师根据学情设计）。
十、教学实施建议
1．建议本课在具有理实一体教学功能的“电工基本电路安装与测试实训室”进行，要求实训室设置理论学习区和实践操作训练区，配备多媒体教学设备、计算机及互联网、参考资料柜、器材柜、工具柜等设施，使实训室具备知识讲授、实践操作、小组讨论、成果展示、资料检索等功能，保障学习性工作任务的实施，为完成课程设计目标提供有力支撑。
2．为了保证教学效果，建议课前培养“小导师”，作为课堂教学的助手。
3．建议为每组学生配备电阻复杂直流电路一套，以保证每位学生都能进行实践操作。
4．课堂教学组织建议采用“任务导入—任务实施—任务小结—任务拓展—评价反馈”的流程形式。
十一、教学过程
（一）任务导入
教师结合课件或实物讲解复杂直流电路的应用实例，激发学生学习兴趣，明确本次课的学习任务。
（二）任务实施
教师讲解复杂直流电路及相关名词。
在实际电路中，经常遇到由两个或两个以上的电源组成的多回路电路。如在汽车电路中，由蓄电池（电动势E1、内阻R1）、发电机（电动势E2、内阻R2）和负载（灯R3）组成的电路，其等效电路如图所示。
不能用电路串、并联分析方法简化成一个单回路的电路，称为复杂电路。 汽车电路的等效电路
（1）支路
支路是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
节点是三条或三条以上支路的交点。
（3）回路
回路是电路中任何一条闭合的路径。
（4）网孔
网孔是内部不包含支路的回路。
教师讲解复杂直流电路连接与测量操作要点。
学生小组合作，根据任务书，对照复杂直流电路的连接与测量的操作步骤，连接与测量复杂直流电路，并将相关数据填入任务书中。
教师巡视、指导、答疑，并根据学生操作情况解疑，点评学生学习情况。
任务1 安装复杂直流电路
将复杂直流电路按图（a）所示依次连接，图（b）是它的实物图。直流电源E1和E2为可调电源，
（a）电路图 （b）实物图
复杂直流电路
任务2 测量复杂直流电路
（1）测试复杂直流电路各支路电流
先将电源E1调到12V，电源E2调到6V，接通电路，将电流表的读数将记入表中。再将电源E1调到12V，电源E2调到18V，重复上述操作。
表　复杂直流电路测量记录
电源电压 I1（mA） I2（mA） I3（mA）
E1＝12V，E2＝6V
E1＝12V，E2＝18V
（2）测试复杂直流电路各段电压
先将电源E1调到12V，电源E2调到6V，接通电路，将电压表的读数将记入表中。再将电源E1调到12V，电源E2调到18V，重复上述实验。
表　电压表测各段电压记录
电源电压 UAB（V） UBC（V） UCD（V） UEB（V） UFA（V）
E1＝12V，E2＝6V
E1＝12V，E2＝18V
任务3 分析复杂直流电路
师生共同分析：
（1）分析复杂直流电路各支路电流关系——基尔霍夫第一定律
由表中数据可以看出，B节点和E节点的电流关系满足：I1＋I2＝I3，E节点的电流关系满足I3＝I1＋I2。即对各节点，流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和。
这就是基尔霍夫第一定律有内容，即：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。
用公式表示为
ΣIi=ΣIo
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。
用公式表示为
ΣI=0
基尔霍夫第一定律可推广用于任何一个假想的闭合曲面S，S称为广义节点，如图所示。通过广义节点的各支路电流的代数和恒等于零。
广义节点
在图（a）中，电阻R1、R2、R3构成广义节点，广义节点的电流方程为
I1 I2+I3=0
在图（b）中，三极管的三个电极构成广义节点，其节点电流方程为
Ib+Ic Ie=0
PPT出示例题，学生尝试练习，教师精讲点评，强调解题规范。
【例1】如图所示电桥电路中，已知：I=10mA，I1=18mA，I2=5mA，求其余各支路电流。
【分析】先任意标定未知电流方向，如图所示，再根据节点电流定律求出未知电流。
解：对节点A，可列节点电流方程
I I1+I4=0
因此，I4=I1 I=18 10=8mA
对节点B，可列节点电流方程
I1+I2 I5=0
因此，I5=I1+I2=18+5=23mA
对节点C，可列节点电流方程
I3 I2 I=0
因此，I3=I2+I=5+10=15mA
师生共同分析：
（2）分析复杂直流电路各段电压关系——基尔霍夫第二定律
由表中数据可以看出：ABCDEFA回路的各段电压关系满足：UAB＋UBC＋UCD＋UFA＝0；ABEFA回路的各段电压关系满足：UAB＋UBE＋UFA＝0；BCDEB回路的各段电压关系满足：UBC＋UCD＋UEB＝0。即对于各回路，沿回路绕行方向上各段电压的代数和等于零。
这就是基尔霍夫第二定律的内容，即：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
ΣU=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
ΣRI=ΣE
在实际应用中，基尔霍夫第二定律的表达式通常采用上式来表示。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。
PPT出示例题，学生尝试练习，教师精讲点评，强调解题规范。
【例2】如图所示是复杂电路的一部分，已知E1=12V，E2=6V，R1=2，R2=5，R3=3，I1=2A，I3=1A，求R1支路电流I1。
【分析】根据回路电压定律列出回路电压方程，即可求出I1。
解：由回路电压定律可得
R1I1+R2I2+R3I3= E1+E2
因此
I2=
==1A
师生共同分析：
（3）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。
如图所示电路是三支路两网孔的复杂电路。根据节点电流定律可列出节点电流方程。B节点的电流方程为
I1+I2 I3=0 ①
E节点的电流方程为
I1 I2+I3=0
两个方程中只有一个独立方程。n个节点，只能列出（n 1）个独立的节点电流方程。
根据回路电压定律可列出回路电压方程。ABEFA的回路电压方程为
R1I1 R2I2=E1 E2 ②
BCDEB的回路电压方程为
R2I2+R3I3=E2 ③
ABCDEFA的回路电压方程为
R1I1+R3I3=E1 三支路两网孔的复杂电路
三个方程中只有两个独立方程。回路的独立电压方程等于网孔数。为保证方程的独立性，一般选择网孔来列方程。
由式①、②、③组成方程组，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。
PPT出示例题，学生尝试练习，教师精讲点评，强调解题规范。
【例3】如图所示，已知E1=18V，E2=28V，R1=1，R2=2，R3=10，求各支路电流。
【分析】这个电路有三条支路，需要列出三个方程式。电路有两个节点，可列出一个节点电流方程，再用回路电压定律列出两个回路电压方程，即可求出各支路电流。
解：设各支路电流方向和回路的绕行方向如图3.27所示，根据题意列出节点电流方程和回路电压方程
I1+I2 I3=0
R1I1 R2I2=E1 E2
R2I2+R3I3=E2
代入已知数得
I1+I2 I3=0
I1 2I2=18 28
2I2+10I3=28
解得
I1=－2A I2=4A I3=2A
I2、I3为正值，说明电流的实际方向与假设方向相同；I1为负值，说明电流的实际方向与假设方向相反。
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）用基尔霍夫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）用基尔霍夫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）任务小结
学生小结本次课知识与技能要点，以小组为单位完成任务评价表。
任务评价表
序号 考核项目 配分 评分细则 得分
1 复杂直流电路连接 30 1.能正确连接复杂直流电路，连接错误每处扣5分 2.能正确记录测量数据，记录错误每处扣5分
2 复杂直流电路分析 50 1.能正确分析复杂直流电路的电流、电压特点，分析错误每处扣5分 2.能正确分析复杂直流电路，分析错误每处扣5分
3 安全文明生产 20 1.劳动保护品穿戴符合要求，不符合要求每次扣5分 2．严格遵守操作规程，违规操作每次扣10分 3．安全文明操作，工完场清，不整理工位扣10分
4 合计 100
教师小结；点评、分析学生学习情况；布置作业。
（四）任务拓展
本内容视教学情况，可安排为学生课后延伸拓展作业。
学习电压源与电流源等效变换、戴维宁定理、叠加原理等相关知识。
十二、作业布置
1.教材P88第5、6题。
2.学习辅导与练习P50－54任务4安装与测试复杂直流电路。
3.完成任务评价表相关内容。
十三、教学反思
1.学生学习情况反馈
2.教学的亮点、不足及改进策略
教学附件：
课后拓展材料
1.电压源与电流源等效变换
（1）电压源
为电路提供一定电压的电源称为电压源。大多数电源如干电池、蓄电池、发电机等都是电压源。
电压源可以用一个恒定电动势E与内阻r串联表示，如图（a）所示，它的输出电压（即电源的端电压）的大小为
U=E Ir
式中，E、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。
（a）电压源 （b）理想电压源
电压源与理想电压源
如果内阻r=0，输出电压U=E，与输出电流I无关，电源始终输出恒定的电压E。r=0的电压源称为理想电压源，也称恒压源，如图（b）所示，如稳压电源、新电池或内阻r远小于负载电阻R的电源，都可以看作是理想电压源。
（2）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。
电流源可以用一个恒定电流IS与内阻r并联表示，如图（a）所示，它的输出电流I总是小于电流源的恒定电流IS。电流源的输出电流的大小为
I=IS I0
式中，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。
（a）电流源 （b）理想电流源
电流源与理想电流源
如果内阻r=∞，输出电流I=IS，电源始终输出恒定的电流IS。r=∞的电流源称为理想电流源，也称恒流源，如图（b）所示。
（3）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，如图所示。
电压源与电流源等效变换
电压源与电流源等效变换关系式为
IS=
E=rIS
应用式IS=可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；应用式E=rIS可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
（1）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。若网络中含有电源称为有源二端网络，否则称为无源二端网络，如图所示。
（a）有源二端网络 （b）无源二端网络
有源二端网络和无源二端网络
（2）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，可以用一个等效电源代替，等效电源的电动势E0等于有源二端网络的开路电压，等效电源的内阻R0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，如图所示。
戴维宁定理
3.叠加原理
（1）叠加原理
叠加原理是线性电路分析的基本方法，它的内容是：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。
（2）多余电源处理
应用叠加原理求复杂电路，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。
2

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