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第八章 瞬态过程
8.1瞬态过程的基本概念
一、教学目标
1、了解瞬态过程的基本概念及换路定律。
2、了解电感中电流不能发生突变和电容两端电压不能发生突变的原因。
二、教学重点、难点分析
重点：
1、电路中“瞬态过程”概念的建立。
2、应用换路定律，确定电路的初始值。
难点：
同重点。
三、教具
电化教学设备。
四、教学方法
讲授法(以启示讲解为主)，多媒体课件。
五、教学过程
Ⅰ.导入
由生活中类似的例子引入瞬态过程的概念。
【案例8.1】汽车由静止到启动，直至匀速运动。汽车是从稳定状态一（静止，v =0）进入到稳定状态二（运动，v ＝c），从稳定状态一稳定状态二所经历的加速过程，叫做瞬态过程。
那么电路中的稳定状态、瞬态过程是什么含义呢？
II.新课
一、什么是瞬态过程
1、稳定状态
稳定状态是指电路中电压、电流已经达到某一稳定值，即电压和电流为恒定不变的直流或者是最大值与频率固定的正弦交流。
2、瞬态过程
电路从一种稳定状态向另一种稳定状态的转变，这个过程称为瞬态过程，也成为过渡过程。电路在瞬态过程中的状态称为瞬态。
安排学生阅读教材8-1节“动动手”的内容，应用之前学习的电路知识进行讨论、分析。
（时间允许的条件下，可安排演示实验（如教材图8－1所示），分析电路的瞬态过程。）
二、发生瞬态过程的原因
教师总结：分析如图8-1的电路，产生瞬态过程的外因是接通了开关，但接通开关并非都会引起瞬态过程，如电阻之路。产生瞬态过程的两条支路都存在由储能元件（电感或电容），这是产生瞬态过程的内因。
电路产生瞬态过程的原因是：
(1) 电路中必须含有储能元件(电感或电容)。
(2) 电路状态的改变或电路参数的变化。
电路的这些变化称为换路。
由以上分析可知，电路中具有电感或电容等储能元件时，在换路后通常有一个瞬态过程。
三、换路定律
换路使电路的能量发生变化，但不能跳变。电容所储存的电场能量为，电场能量不能跳变，反映在电容器上的电压uC不能跳变；电感元件所储存的磁场能量为，磁场能量不能跳变，反映在通过电感线圈中的电流iL不能跳变。
设t = 0为换路瞬间，则以t = 0– 表示换路前一瞬间，t = 0+ 表示换路后一瞬间，换路的时间间隔为零。从t = 0– 到t = 0+ 瞬间，电容元件上的电压和电感元件中的电流不能跃变，这称为换路定律。用公式表示为
(式8-1)
换路定律的应用：
电路瞬态过程初始值的计算按下面步骤进行：
根据换路前的电路求出换路前瞬间，即t = 0– 时的uC(0–)和iL(0–)值；
根据换路定律求出换路后瞬间，即t = 0+ 时的uC(0+)和iL(0+)值；
根据基尔霍夫定律求电路其他电压和电流在t = 0+ 时的值(把uC(0+)等效为电压源，iL(0+)等效为电流源)。
III.例题讲解，巩固练习
【例题1】略(见教材§8-1例题1)。
【例题2】如图1所示电路中，已知电源电动势E = 100 V，R1 = 10 ，R2 = 15 ，开关S闭合前电路处于稳态，求开关闭合后各电流及电感上电压的初始值。
解：选定有关电流和电压的参考方向，如图13-3所示。
闭合前，电路处于稳态，电感相当于短路，则
S闭合后，R2被短接，根据换路定律，有
i2(0+) = 0
iL(0+) = iL(0–) = 4A
在0+ 时刻，应用基尔霍夫定律有
iL(0+) = i2(0+) + i3(0+)
R1iL(0+) + uL(0+) = E
所以 i3(0+) = iL(0+) = 4A
uL(0+) = E – R1iL(0+) = (100 – 10 4) V = 60 V
IV.小结
1、换路定律及其产生原因。
注意：换路定律的实质是储能元件中得能量不能发生突变。
2、应用换路定律求解电路的基本步骤。
V. 作业
略。

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