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摘要:利用不同的方法求解电工题可以深化学生对概念的理解,充分发挥学生多角度的思维运用能力,培养学生善于思考的学习习惯,找到问题的最优解法,提高学生多角度思考问题的能力。电工课堂上,适时地通过一题多解去激发学生的智慧,正是电工一题多解的魅力所在。
关键词:一题多解;基尔霍夫定律;叠加定理;弥尔曼定理
作者简介:王世果(1975-),女,河南南阳人,南阳电力技工学校变电教研处,讲师;王健(1980-),男,河南南阳人,国网新源控股有限公司回龙分公司,助理工程师。(河南 南阳 473000)
中图分类号:G642.41 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2011)30-0173-01
记得上中学的时候,数学老师经常说起一题多解。就是同一道题,如果从多个不同的角度去分析,就会得到不同的解题方法。这样做可以使学生的思维更开阔,并能从中找到最佳的解题方法。其实同数学题一样,不少电工题也可以实现一题多解。只要我们从不同的角度、思维方式去观察、联想、分析,就能找出不同的解决方案。比如下面一道电工计算题就可以用多种方法求解,从而培养学生多角度思考问题的能力。
例:电路如图1所示,已知Us1=10V,Us2=8V,R1=R2=R3=2Ω,计算各支路电流I1,I2,I3的大小。
这道电路题中含有两个节点(a和b),三个支路(cf、ab和de),三个回路(cdefc、adeba和cabfc),可以利用电路中所学过的定理、算法从不同的角度考虑求解,培养学生多方位解决问题的能力。
一、利用基尔霍夫定律求解
基尔霍夫第一定律(又称为KCL定律)的内容。
指对于电路中的任一节点,在任意时刻,通过该节点的电流之和为零。
对图1中的a节点根据KCL定律列方程:
基尔霍夫第二定律(又称为KVL定律)的内容是指对于电路中的任一回路,在任意时刻,沿着该回路某一环绕方向各元件电压降的代数和为零。
对回路cdefc和回路adeba,根据KVL定律列方程
将Us1=10V,Us2=8V,R1=R2=R3=2Ω代入上面三式得:
以上三式联立方程组解之得各支路电流分别为:
,,
基尔霍夫定律主要使用在电路中所含有源支路较少(3~4个)的电工题,如果电路中所含有源支路較多,要求的支路电流就多,方程组会比较复杂,求解过程会比较麻烦。
二、利用叠加定律求解
叠加定理的内容是指在线性电路中,任一支路的电流(或电压)可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时,在该支路产生的电流(或电压)的代数和。
电路如图2所示,根据叠加定理,可以把图1所示电路分解为10V和8V电压源单独作用的两个电路,分别由图(a)和(b)所示(已经把Us1=10V,Us2=8V,R1=R2=R3=2Ω代入图中)。
图(a)为10V电压源单独作用的电路,由欧姆定律可知
由分流公式得
方向如图示。
图(b)为8V电压源单独作用的电路,可得
方向如图示。
将各支路电流叠加
叠加定理不仅可以用来计算电路,更重要的是可以用它推证一些重要定理和方法,是分析线性电路的基础。如非正弦周期电流电路、电路的过渡过程等内容中都要用到它。应用叠加定理分析计算电路时,应注意以下几点:
(1)叠加定理只适用于线性电路的电流和电压计算,不能用来计算功率。因为但是,即。所以在计算功率时不能使用叠加定理。
(2)在假设某一电源单独作用时,其他不作用的电源应置零值(即电压源短路;电流源开路),并保留其内阻在原支路,即电路结构保持不变。
(3)电路中某一支路的电流(或电压)叠加时,要注意各分量的参考方向,分量和原量方向一致者取正,相反者取负。
三、利用弥尔曼定理求解
弥尔曼定理的公式为:
这就是计算两个节点(图3中ab节点)电路节点电压的公式,分母为各支路电阻倒数之和,恒为正;分子为各含源支路的电动势与该支路电阻的比值之代数和,当电动势的方向与节点电压的参考方向一致的,取“-”号;相反的,取“+”号。这就是弥尔曼定理。
根据弥尔曼定律求图1中ab节点间的电压
由此计算各支路电流
弥尔曼定律适用于只有两个节点的电路,各条支路都连接在这两个节点之间。如果电路中有多个节点,利用弥尔曼定律就不方便了。
利用不同的方法求解电工题可以深化学生对概念的理解,充分发挥学生多角度的思维运用能力,让学生培养善于思考的学习习惯,找到问题的最优解法,提高学生多角度思考问题的能力。电工课堂上,适时地通过一题多解去激发学生的智慧,正是电工一题多解的魅力所在。课堂上,教师应尽量努力去营造一个让学生接纳、支持、宽容的课堂氛围,创设能引导学生主动参与的教育环境,摆脱枯燥的说教,讲题之际善于倾听学生的理解,给学生思维的空间,相信这样的教与学互动课是学生最容易接受的。
(责任责任:麻剑飞)
关键词:一题多解;基尔霍夫定律;叠加定理;弥尔曼定理
作者简介:王世果(1975-),女,河南南阳人,南阳电力技工学校变电教研处,讲师;王健(1980-),男,河南南阳人,国网新源控股有限公司回龙分公司,助理工程师。(河南 南阳 473000)
中图分类号:G642.41 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2011)30-0173-01
记得上中学的时候,数学老师经常说起一题多解。就是同一道题,如果从多个不同的角度去分析,就会得到不同的解题方法。这样做可以使学生的思维更开阔,并能从中找到最佳的解题方法。其实同数学题一样,不少电工题也可以实现一题多解。只要我们从不同的角度、思维方式去观察、联想、分析,就能找出不同的解决方案。比如下面一道电工计算题就可以用多种方法求解,从而培养学生多角度思考问题的能力。
例:电路如图1所示,已知Us1=10V,Us2=8V,R1=R2=R3=2Ω,计算各支路电流I1,I2,I3的大小。
这道电路题中含有两个节点(a和b),三个支路(cf、ab和de),三个回路(cdefc、adeba和cabfc),可以利用电路中所学过的定理、算法从不同的角度考虑求解,培养学生多方位解决问题的能力。
一、利用基尔霍夫定律求解
基尔霍夫第一定律(又称为KCL定律)的内容。
指对于电路中的任一节点,在任意时刻,通过该节点的电流之和为零。
对图1中的a节点根据KCL定律列方程:
基尔霍夫第二定律(又称为KVL定律)的内容是指对于电路中的任一回路,在任意时刻,沿着该回路某一环绕方向各元件电压降的代数和为零。
对回路cdefc和回路adeba,根据KVL定律列方程
将Us1=10V,Us2=8V,R1=R2=R3=2Ω代入上面三式得:
以上三式联立方程组解之得各支路电流分别为:
,,
基尔霍夫定律主要使用在电路中所含有源支路较少(3~4个)的电工题,如果电路中所含有源支路較多,要求的支路电流就多,方程组会比较复杂,求解过程会比较麻烦。
二、利用叠加定律求解
叠加定理的内容是指在线性电路中,任一支路的电流(或电压)可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时,在该支路产生的电流(或电压)的代数和。
电路如图2所示,根据叠加定理,可以把图1所示电路分解为10V和8V电压源单独作用的两个电路,分别由图(a)和(b)所示(已经把Us1=10V,Us2=8V,R1=R2=R3=2Ω代入图中)。
图(a)为10V电压源单独作用的电路,由欧姆定律可知
由分流公式得
方向如图示。
图(b)为8V电压源单独作用的电路,可得
方向如图示。
将各支路电流叠加
叠加定理不仅可以用来计算电路,更重要的是可以用它推证一些重要定理和方法,是分析线性电路的基础。如非正弦周期电流电路、电路的过渡过程等内容中都要用到它。应用叠加定理分析计算电路时,应注意以下几点:
(1)叠加定理只适用于线性电路的电流和电压计算,不能用来计算功率。因为但是,即。所以在计算功率时不能使用叠加定理。
(2)在假设某一电源单独作用时,其他不作用的电源应置零值(即电压源短路;电流源开路),并保留其内阻在原支路,即电路结构保持不变。
(3)电路中某一支路的电流(或电压)叠加时,要注意各分量的参考方向,分量和原量方向一致者取正,相反者取负。
三、利用弥尔曼定理求解
弥尔曼定理的公式为:
这就是计算两个节点(图3中ab节点)电路节点电压的公式,分母为各支路电阻倒数之和,恒为正;分子为各含源支路的电动势与该支路电阻的比值之代数和,当电动势的方向与节点电压的参考方向一致的,取“-”号;相反的,取“+”号。这就是弥尔曼定理。
根据弥尔曼定律求图1中ab节点间的电压
由此计算各支路电流
弥尔曼定律适用于只有两个节点的电路,各条支路都连接在这两个节点之间。如果电路中有多个节点,利用弥尔曼定律就不方便了。
利用不同的方法求解电工题可以深化学生对概念的理解,充分发挥学生多角度的思维运用能力,让学生培养善于思考的学习习惯,找到问题的最优解法,提高学生多角度思考问题的能力。电工课堂上,适时地通过一题多解去激发学生的智慧,正是电工一题多解的魅力所在。课堂上,教师应尽量努力去营造一个让学生接纳、支持、宽容的课堂氛围,创设能引导学生主动参与的教育环境,摆脱枯燥的说教,讲题之际善于倾听学生的理解,给学生思维的空间,相信这样的教与学互动课是学生最容易接受的。
(责任责任:麻剑飞)