《电工技术》理实一体化教案.docx
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《电工技术》理实一体化教案
教案
章节
课题
基尔霍夫定律
课型
理实一体化
课时
4
教具学具
电教设施
pc机；multisim软件；凌波多媒体；任务书（供学生用）；课件
教学目标
知识
教学点
①理解支路、节点、回路、网孔的基本概念
②掌握基尔霍夫定律的内容
③了解基尔霍夫定律的适用场合
能力
培养点
①能够通过简单电路和复杂电路的对比，提高观察和分析能力
②能够通过仿真数据分析，认识到基尔霍夫定律，培养逻辑思维能力
③能够运用基尔霍夫定律对电路进行计算，提高分析和解决问题的能力
德育
渗透点
①能够透过实验现象归纳事物本质
②培养学生对本专业的职业认同感
③培养学生科学探索的兴趣、严谨扎实的工作作风和团结协作精神
教学重
难点
重点
①基尔霍夫定律的内容
②基尔霍夫定律表达式
难点
①通过实验现象总结出定律内容
②熟练列出基尔霍夫回路电压方程
学法引导
实验探究
教学内容
更新、补
充、删节
增加了简单电路和复杂电路的概念
增加了一些具有针对性的小练习
参考资料
《实例讲解Multisim10电路仿真》，程勇，人民邮电出版社
《电工技术基础与技能》，俞艳，人民邮电出版社
课后体会
学生在任务的驱动下，利用仿真电路自主探究电路规律，结合教师对相关知识点的讲授，达到对所学知识的掌握。
这个思路带来了很好的教学效果，但增加的实验部分会使得教学时数稍显紧张，这一点还需日后改进。
教与学互动设计
教师活动内容
学生活动内容
时间
【一】组织教学
【二】复习导入
复习
1、电阻串联、并联电路的特点？
2、电压与电动势正方向的规定？
3、欧姆定律的内容和表达式？
导入
多媒体显示下面两个电路：
（a）（b）
简单电路和复杂电路
提问：
利用什么方法可以求出（a）图中流过电阻R3的电流？
请大家讨论
学生根据已有的知识基础可能给出的方法：
利用欧姆定律和电阻串并联特点可以求解。
教师给以肯定和鼓励
教师提问：
利用欧姆定律和电阻串并联特点可以求出（b）图中流过电阻R3的电流吗？
学生无法求解，教师引出简单电路和复杂电路的概念：
前面我们学习了运用欧姆定律及电阻串并联能进行化简和计算的直流电路，这种电路成为简单电路；但有些电路是不能单纯运用欧姆定律及电阻串并联进行求解的，这种电路就称为复杂电路。
【三】新课讲授
基尔霍夫定律
任务描述：
本次课需要学生完成两个任务
任务一：
探究基尔霍夫电流定律并应用定律分析电路
任务二：
探究基尔霍夫电压定律并应用定律分析电路
介绍基尔霍夫定律的发现背景和重大意义：
19世纪40年代，电气技术发展十分迅速，电路变得愈来愈复杂。
这种复杂电路不是串、并联电路的公式所能解决的，刚从德国哥尼斯堡
回忆旧的知识
回答问题
思考讨论
回答问题
思考
回答问题
2
5
5
5
教与学互动设计
教师活动内容
学生活动内容
时间
大学毕业，年仅21岁的基尔霍夫在他的第1篇论文中提出了适用于这种复杂电路计算的两个定律，即著名的基尔霍夫定律。
该定律能够迅速地求解任何复杂电路，从而成功地解决了这个阻碍电气技术发展的难题。
一、任务1：
探究基尔霍夫电流定律并应用定律分析电路
1任务描述
探究基尔霍夫电流定律，并利用定律求解支路电流
2任务分析
（1）利用“multisim”软件构建仿真电路，测量支路电流数据，并对数据进行分析，导出结论，探究基尔霍夫电流定律；
（2）利用基尔霍夫电流定律列表达式，求解支路电流。
3相关知识
3.1支路、节点、回路和网孔
1、
（1）基本概念
①支路：
就是电路中流过同一电流的分支路。
动画演示图中的支路
②节点：
三条或三条以上支路的连接点。
动画演示图中的节点
③回路：
就是电路中任一闭合的路径。
动画演示图中的回路
④网孔：
中间无任何分支穿过的回路
动画演示图中的网孔
支路、节点、回路、网孔的演示
要求学生在任务书上写下上图中的支路、节点、回路和网孔。
（2）学生练习
教师多媒体显示下图，并设疑：
支路、节点、回路、网孔有哪些？
观察教师演示
独立思考完成任务书上相应问题的回答
1
10
4
教与学互动设计
教师活动内容
学生活动内容
时间
图3电桥电路
教师提请四位学生分别指出电路中的支路、节点、回路、网孔
（3）思考讨论
教师提问：
回路和网孔是一回事吗？
它俩有着怎样的关系？
答：
每两个相邻的网孔就可以构成一个回路；回路的个数一定是多于网孔的。
3.2判断节点电流流入和流出的方法
教师提问：
电阻R1、R2、R3、R4的串并联关系？
学生回答：
R1、R2相并联，R3、R4相并联，两部分再串联
教师提问：
现在大家根据已掌握的电阻串并联电路的特点讨论分析电流I1、I2、I3、I4有什么关系？
学生回答：
I1+I2=I3+I4
教师提问：
I1、I2对于A点来讲有什么相似之处吗？
学生回答：
都是流进A点的电流
教师提问：
I3、I4对于A点来讲有什么相似之处吗？
学生回答：
都是流出A点的电流
学生总结结论：
对于A点来讲，流入电流之和等于流出电流之和
教师提问：
怎样判断某个电流对于某节点是流入还是流出呢？
学生回答：
箭头指进为流入，箭头背离为流出
练习：
分别指出下面两个电路中三个节点电流是流入还是流出
流入电流有：
I1、I3流出电流有：
I2、I4、I5
所以
Ia+Ib+Ic+Id=0
讨论
回答问题
完成任务书上相应问题的回答
讨论
回答问题
观察电路
独立思考
回答问题
讨论
回答问题
独立思考
回答问题
独立思考
回答问题
讨论
回答问题
独立思考
完成任务书上相应内容的填写
6
5
8
2
教与学互动设计
教师活动内容
学生活动内容
时间
。
对于节点a来讲流入电流有：
I1流出电流有：
I2、I3
对于节点b来讲流入电流有：
I2流出电流有：
I5、I6
对于节点c来讲流入电流有：
I3、I6流出电流有：
I4
对于节点d来讲流入电流有：
I4、I5流出电流有：
I1
4、任务实施
步骤1：
构建电路和测量电流
要求学生根据任务书的引导构建仿真电路，测量电流，并将数据填入数据表
基尔霍夫电流定律探究电路
步骤2：
数据分析和结论导出
要求学生根据任务书的引导，分析流入电流数据和流出电流数据间的关系，很容易得到以下结论：
流入电流数据之和等于流出电流数据之和。
步骤3：
讲授基尔霍夫电流定律的内容及推广应用
（1）基尔霍夫电流定律的内容
在任一瞬间流入任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。
（2）基尔霍夫电流定律的推广应用：
闭合面
如图对虚线所包围的闭合面可视为一个结点，而面外五条支路的电流关系可应用KCL得：
i2=10+7+（-12）-4=1A
（3）练习：
如图所示电路，已知Ia=1mA，Ib=10mA，IC=2mA，求电流Id？
独立思考
完成任务书上相应内容的填写
完成任务书任务一步骤1
完成任务书任务一步骤2
听讲
5
10
5
5
教与学互动设计
教师活动内容
学生活动内容
时间
【解】根据基尔霍夫电流定律的推广应用，流入图示的闭合回路的电流代数和为零，即
Id=－（Ia+Ib+Ic）=－（1+10+2）=－13mA
步骤4：
应用基尔霍夫电流定律分析电路
要求学生应用定律求解支路电流大小
（1）计算电路中I的大小
解：
假设取流过5Ω电阻电流I，的参考方向与电压相同，则对节点a来讲
流入的电流为2A、-3A、I，，流出的电流为-4A、I，所以
2A+-3A+I，=-4A+I
而I，=10/5=2A，所以I，=5A
（2）如图所示电桥电路，已知I1=25mA，I3=16mA，I4=12A，针对I2、I5、I6，进行理论分析计算。
解：
在节点a上：
I1=I2+I3，则I2=I1I3=2516=9mA
在节点d上：
I1=I4+I5，则I5=I1I4=2512=13mA
在节点b上：
I2=I6+I5，则I6=I2I5=913=4mA
提问：
电流I2与I5均为正数，说明什么？
学生回答：
表明它们的实际方向与图中所标定的参考方向相同
提问：
I6为负数，说明什么？
学生回答：
表明它的实际方向与图中所标定的参考方向相反
独立思考
应用基尔霍夫电流定律的推广应用分析电路
独立思考
应用基尔霍夫电流定律的推广应用分析电路求解支路电流
独立思考
应用基尔霍夫电流定律的推广应用分析电路求解支路电流
5
4
8
教与学互动设计
教师活动内容
学生活动内容
时间
二、任务2：
探究基尔霍夫电压定律并应用定律分析电路
1任务描述
探究基尔霍夫电压定律，并利用定律求解支路电压或电流
2任务分析
（1）利用“multisim”软件构建仿真电路，测量支路电压数据，并对数据进行分析，导出结论，探究基尔霍夫电压定律；
（2）利用基尔霍夫电压定律列表达式，求解支路电压或电流，并利用仿真软件验证理论分析结果。
3任务实施
步骤1：
构建电路和测量电压
要求学生根据任务书引导构建电路，测量各元件端电压，并将数据填入数据表
基尔霍夫电压定律探究电路
步骤2：
数据分析
要求学生根据任务书引导分析数据，得到各回路的电压方程
步骤3：
结论导出
学生总结各回路电压方程，用自己的语言可以得到类似的结论：
回路中各段支路电压相加减总为零
步骤4：
思考与讨论
教师提问：
为什么各段支路电压有加有减？
让学生猜测并讨论。
学生根据已经掌握的知识，容易猜到应该与“参考方向”有关系。
教师引导：
如果给回路设定顺时针的绕行方向作为参考方向，要求学生分析回路电压方程中，各元件端电压正负与绕行方向的关系。
学生根据分析可以发现：
当支路电压与回路的绕行方向相同时就取正，相反时就取负。
步骤5：
讲授基尔霍夫电压定律的内容
在任一瞬间沿任一回路绕行一周，回路中所有支路电压的代数和恒等于零
完成任务二步骤1
完成任务二步骤2
完成任务二步骤3
完成任务二步骤4
完成任务二步骤5
10
10
5
8
2
教与学互动设计
教师活动内容
学生活动内容
时间
步骤6：
练习列回路电压方程
U1+U2-U3-U4=0+I1R1-E1+I2R2+E2-I3R3=0
步骤7：
应用基尔霍夫电压定律求解支路电流并利用软件验证计算结果
如图所示电路，已知
，针对支路电流
和
分别进行理论计算和仿真验证
（1）理论计算
解：
由KVL列方程
回路
可得
回路
可得
（2）仿真验证
仿真验证电路
步骤8：
总结基尔霍夫电压定律解题步骤
选择一个回路的绕行方向（顺时针方向或逆时针方向均可）作参考
电阻元件的端电压为±RI，当电流I的参考方向与回路绕行方向一致时，选取“+”号；反之，选取“
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