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电工基础特色教学案例 RC电路的零输入响应、零状态响应课题RC电路的零输入响应和零状态响应授课人班级地点时间课前准备实验、仪器、投影学习目标1.能说出何为RC电路的零输入响应、零状态响应。2.能分析并判断RC电路零输入响应、零状态响应的电流、电压的变化规律，能说出电流与电压的关系表达式。3.通过学生对实验的观察和研究，以及亲自动手实验来提高学生的动手能力、科学探究能力、抽象思维能力和理论联系实际的能力。4.培养学生的学习情趣，以及勇于发现、勇于探索的科学精神。教学重点RC电路的零输入响应、零状态响应教学难点RC电路的零输入响应、零状态响应过程中电压和电流的变化规律研 究 点理论联系实际，提高学习兴趣旧课复习（1）什么叫电容器？（2）C=Q/U，能否说C与Q成正比，C与U成反比？（3）如何分析电路中动态元件的电压电流初始值？新课导入问题（3）既是上节课所学知识点的回顾，也是为了引入下文：既然在状态变换瞬间电容元件上电压不能跃变，那么在具体的RC电路电容元件上电压电流是如何改变的呢？教学过程4.3 RC电路的零输入响应和零状态响应投影展示学习目标：1.能说出何为RC电路的零输入响应、零状态响应。 2.能分析并判断RC电路零输入响应、零状态响应的电流、电压的变化规律，能说出电流与电压的关系表达式。 3.通过学生对实验的观察和研究，以及亲自动手实验来提高学生的动手能力、科学探究能力、抽象思维能力和理论联系实际的能力。4.培养学生的学习情趣，以及勇于发现、勇于探索的科学精神。一、RC电路的零状态响应1、定义：电路的储能元器件（电容、电感类元件）无初始储能，仅由外部激励作用而产生的响应。2、电路图：用投影仪展示。3、搭建电路，观察电路中电流表、电压表、指示灯的变化情况。提出观察要求（1. 观察开关K打到位置1的瞬间电路中电流表、电压表、指示灯的变化情况。2. 观察开关K打到位置1的后电路中电流表、电压表、指示灯的变化情况。），请学生来进行操作演示。让学生参与，引发学生的好奇心，调动学生学习的积极性。然后回答问题，保持学生的良好学习状态，积极思维。实验若一遍看不清楚的话，可以换请其他同学上来重做。观察的结果由学生回答。（电流表读数由最大变小最后为零；电压表读数由零开始变大，最后为定值；指示灯的亮度先从亮慢慢变暗最后不亮。）那么为什么会是这样的结果呢？我们利用想象来做个小游戏，来寻求这个问题的答案。老师一边在黑板上画个圈，一边叙说一个假定的情景：体育课上老师让同学们围在圈外，一声令下，同学们争先恐后地跑向圈中。问题一：在命令下达前圈中有没有人呢？回答是肯定的：没有。则相当于开关打到1前电容上的电压为0。问题二：命令下达后瞬间圈中有没有人呢？当然也没有。则相当于开关K打到位置1的瞬间代表电容两端的电压仍为0。问题三：命令下达后瞬间，从圈外到圈中的线路上人流量呢？一下子变大了。这不正和开关K打到位置1的瞬间电路中电流表读数最大相一致吗？问题四：命令下达后，线路上的人流将变小。等圈中的人将满时人流必然慢下来，直至圈中人满，则线路上人流为0。则相当于电路中电流表的读数由最大变小最后为零；电压表读数由零开始变大，最后为定值。通过这个游戏能比较生动、形象地帮助学生想象和理解。4、定量分析此过程电容上电压的变化由KVL得而uR=iLR, uL=L(diL/dt)。故越大，电感电流变化越慢t=0-时 iL=I0 uR=IR uL=0t=0+时 iL=I0 uR=I0R uL=-I0R换路瞬间 iL不跃变, uL跃变零输入响应电路特点：(1) 一阶电路的零输入响应都是按指数规律随时间变化而衰减到零的。(2) 零输入响应取决于电路的初始状态和电路的时间常数。二、RC电路的零输入响应1、零输入响应定义：由储能元件的初始储能的作用在电路中产生的响应称为零输入响应。2、电路图：用投影仪展示。3、电路中电流表、电压表、指示灯的变化情况。提出观察要求（1. 观察开关K打到位置2的瞬间电路中电流表、电压表、指示灯的变化情况。2. 观察开关K打到位置2的后电路中电流表、电压表、指示灯的变化情况。），请学生来进行操作演示。观察的结果由学生回答。（电流表反偏，读数由最大变小最后为零；电压表读数由最大开始变小，最后为零；指示灯的亮度先从亮慢慢变暗最后不亮。）再者，电容器的充、放电过程，与水容器（如水桶）的蓄、放水过程也非常相似，我们可以将它们进行比较。名称电容器水桶充电/ 蓄水充电电流流入电容器电容器两端电压上升电荷被储存在电容器中蓄水水流流入水桶水桶中的水位上升水被储存在水桶中放电/放水放电电流流出电容器电容器两端电压下降电容器中电荷被释放放水水流流出水桶水桶中的水位下降水桶中的水被放出通过利用生活知识进行类比，进一步地帮助学生展开想象，进一步地帮助学生进行理解。让学生始终积极地参与学习，不断地发现问题、分析问题、解决问题，思维活动紧张有序，从而体验学习带来的乐趣。提出问题：归纳电容器在充、放电过程中什么时候有电流？充、放电过程电流和电压的关系如何？学生讨论，教师引导，学生归纳。4、电流和电压的关系 i=C必须注意：电路中的电流是由于电容器的充放电所形成的，并非电荷直接通过电容器的介质。与复习问题进行呼应。提醒学生引起注意。5、定量分析此过程电容上电压的变化由KVL有 :将各元件的伏安关系uR=iR和代入得于是式中, Us为电容充电电压的最大值,称为稳态分量或强迫分量。是随时间按指数规律衰减的分量，称为暂态分量或自由分量。 电容器的充、放电过程，与水容器（如水桶）的蓄、放水过程也非常相似，将它们进行比较。小结RC电路零输入响应和零状态响应正是电容器的充、放电特性，使得电容器被广泛应用在电子技术领域，如滤波电路，利用对电容的充放电，使得脉动的直流电变换成平滑的直流电。可以简单介绍一下电容器的应用，是为了让同学们充满期待，期望能