电工电子学课程中戴维宁定理的教学设计

1、电工电子学课程中戴维宁定理的教学设计1 前言戴维宁定理又称为等效电源定理， 是电工电子学课程中电路 部分常用的电路分析方法之一。 戴维宁定理指的是有源二端网络 可以用理想电压源串电阻等效替代， 其中理想电压源的电压等于 有源二端网络的开路电压， 而电阻等于有源二端网络相应无源二 端网络的输入电阻。 运用戴维宁定理可以有效的简化电路， 是非 常重要的一个电路定理。为了将抽象难懂的定理讲得简单易懂， 在课堂教学中就有必要进行合理的教学设计。 首先应明确教学的 目的是要帮助学生掌握戴维宁定理， 能运用戴维宁定理进行简化 电路的分析计算。 教学的重点是要讲解戴维宁定理的内容及解题 步骤。教学的难点则在

2、于如何合理运用戴维宁定理。2 整体设计教学安排上这部分内容通常用 1 课时 45 分钟左右来完成。 在教学方法上，可以利用现有的多媒体教学设备，以PPT课件的讲解为主线，通过教师的引导提问实现启发式教学。 整个教学 过程可以分为以下四个环节：引入新知，概念介绍；例题引导， 讲解新知； 练习加强， 巩固新知；课堂小结， 布置作业。通过“引 入讲解练习总结”的过程，实现从教师讲授知识过渡到学 生对知识的应用和练习。教给学生提出问题，解决问题的方法， 引导学生分析、讨论并动手练习得出结论。在引入环节， 首先要充分发挥学生的主观能动性， 吸引学生 的兴趣， 把学生的思维引导到探求事物客观规律的思路上来

3、。 可 以由实际问题引入新的知识点。 在电路工程实际中， 常常碰到只 需研究某一支路的电压、 电流或功率的问题。 这类问题可归纳为 一个黑匣子复杂电路的问题，特别适合应用戴维宁定理来求解。 我们先通过一个实际音乐门铃电路的实物照片来说明这类抽象 电路问题的实际应用范畴。 然后再给出前面学习网孔电流法时曾 经讲过的一道例题（如图 1 所示）的模型电路图进行讲解。在图 1 的电路中，我们要求解负载电阻 RL 上的电流 IL ，按照前面讲 解的电路知识我们可以运用网孔电流法求解出整个电路中每一 条支路上的电流。但实际上我们只关心负载电阻 RL上的电流IL , 故这样的求解过程显得十分繁琐。 那么对于

4、这类问题就特别适合 使用戴维宁定理来求解。 通过这样的讲解， 启发学生思考戴维宁 定理的方法和其他电路分析方法的差别， 理解学习戴维宁定理的 意义，激发学生的学习兴趣。在讲解环节， 我们首先介绍基本概念和定理内容， 然后通过 精讲例题让学生熟悉掌握定理。 在具体介绍定理内容之前， 先讲 解二端网络的基本概念。 引导学生在实际电路中去寻找构建二端 网络。让学生分辨不同二端网络的区别， 引入有源和无源二端网 络的概念。 对于由电阻构成的无源二端网络， 根据原来电阻网络 的知识， 提问学生无源二端网络的简化等效电路模型， 介绍等效 电阻或输入电阻的概念。 对于无源二端网络可以等效为电阻， 学 生一般

5、都很容易接受。 那下面就进一步提出问题， 引导学生思考 有源二端网络的简化等效模型是怎样的？引入戴维宁定理的具 体内容，戴维宁定理指的是有源二端网络可以用理想电压源串电 阻等效替代， 其中理想电压源的电压等于有源二端网络的开路电 压，而电阻等于有源二端网络相应无源二端网络的输入电阻。 再 具体展开电压和电阻值的求法。 特别提示学生注意， 有源二端网 络开路电压UAB靳原电路中两点 AB之间的电压UAB的区别。二 端网络有源变无源的方法是除源。 理想电压源除源就是要让它输 出电压等于零， 故理想电压源所在支路要用短路线取代。 理想电 流源除源就是要让它输出电流等于零， 故理想电流源所在支路要 用

6、断路来取代。 经过这样的讲解后， 让学生对戴维宁定理的内容 有了一个初步的概念和认识。接下来就需要通过具体例题的讲解让学生加深印象和清晰 度。对于抽象的理论，学生一般都能听懂，但是印象不够深刻。 这时候就需要通过讲解典型例题让学生更加深刻的理解定理内 容，增加理论的清晰度，化抽象为具体。在这一部分一般精讲两 道例题。 通过例题的分析讲解， 让学生熟悉戴维宁定理的内容和 分析运用戴维宁定理的具体步骤。例 1（如图 1 所示）就是前面提到的原来回路电流法中讲过 的一道例题， 要求改用戴维宁定理来解。 引导学生在这样一个稍 微复杂一点的电路中如何通过电路的变形构造出二端网络。 再根 据戴维宁定理的内

7、容进行等效的理想电压源电压和等效电阻的具体计算。例 2（如图 2 所示）是典型直观运用戴维宁定理求解的问题。 非常容易构建出二端网络， 引导学生自己找到二端网络， 画出戴 维宁等效电路图。 通过再一次的讲解让学生加深印象， 对不同电 路根据戴维宁定理的内容进行等效的理想电压源电压和等效电 阻的具体计算。 理想电压源电压值计算中的正负符号问题是学生 比较容易忽略的地方。 例 2 中开路电压计算值为负， 说明按照我 们选择的路径方向计算出来的电动势的实际情况和我们设定的 参考方向是相反的，可以提醒学生注意。讲完例题后需要进行归纳总结。 可以通过板书小结一下戴维 宁定理分析的基本步骤方法，大致分为以

8、下三步：1）断开待求支路构建出有源二端网络，求出有源二端网络 的开路电压；2）将有源二端网络除源，求出无源二端网络的等效电阻；3）将待求支路接入等效的理想电压源和电阻串联电路，在 戴维宁等效电路中求解待求物理量。同时还要提醒学生戴维宁定理的使用注意事项： 一是戴维宁定理只适用于线性电路， 出现非线性电路元件的 电路戴维宁定理就不再成立了；二是戴维宁定理中的“等效”是指对端口外等效， 在求解端 口电路内部物理量的时候是不适用等效变换的。之后通过练习来加强巩固新知。 给出练习题（如图 3 所示）， 让学生仔细体会， 总结戴维宁定理的解题步骤。 提示学生该有源 二端网络的开口方向是朝左的，提问学生电压源方向标注的问 题。然后让学生练习开路电压计算和输入电阻计算。 最后画出戴 维宁等效电路图， 将待求量的计算结果算出来。 帮助学生一步步 的熟悉戴维宁定理的计算过程。下课前最后总结一下本节课的重点，回顾戴维宁定理的内 容，要求学生掌握戴维宁定理的分析计算方法。 布置一道作业题， 让学生巩固知识， 强化基本技能训练， 养成学生良好的