汽车电工电子基础-教案 任务3 基尔霍夫定律计算

PAGEPAGE１６汽车电工电子基础教案课题项目三任务三基尔霍夫定律计算计划学时2学时课堂类型任务驱动型授课时间教学目标知识目标：理解基尔霍夫第一定律、第二定律的基本概念、原理和公式培养学生分析电路的能力，并能够根据实验数据进行推导和解释，并能够熟练运用KVL和KCL能力目标：掌握如何使用基尔霍夫定律解决汽车电路的实际问题通过问题解决活动和案例分析，培养学生的观察能力、分析问题和解决问题的能力素养目标：通过小组合作和讨论，培养学生的合作精神和交流能力和严谨的学习态度培养学生的科学素养和探究精神，让学生激发对到汽车专业的学习兴趣和专业认同感教学重点、难点1、电路相关概念2、KVL和KCL及运用教学方法项目式教学法教学内容教学内容教学内容教学内容教学内容教学内容【知识链接】一、常用电路名词以图3-3-1所示电路为例说明常用电路名词。图3-3-1支路：电路中具有两个端钮且通过同一电流的无分支电路。如图所示电路中的ED、AB、FC均为支路，该电路的支路数目为b=3。节点：电路中三条或三条以上支路的连接点。如图所示电路的节点为A、B两点，该电路的节点数目为n=2。回路：电路中任一闭合的路径。如图所示电路中的CDEFC、AFCBA、EABDE路径均为回路，该电路的回路数目为L=3。网孔：不含有分支的闭合回路。如图所示电路中的AFCBA、EABDE回路均为网孔，该电路的网孔数目为m=2。网络：在电路分析范围内网络是指包含较多元件的电路。二、基尔霍夫电流定律(节点电流定律)1.电流定律(KCL)内容电流定律的第一种表述：在任何时刻，电路中流入任一节点中的电流之和，恒等于从该节点流出的电流之和，即ΣI流入=ΣI流出例如图3-3-2所示电路中，在节点A上：I1＋I3=I2＋I4＋I5图3-3-2电流定律的举例说明1电流定律的第二种表述：在任何时刻，电路中任一节点上的各支路电流代数和恒等于零，即ΣI=0。一般可在流入节点的电流前面取“+”号，在流出节点的电流前面取“-”号，反之亦可。例如图3-3-3所示电路中，在节点A上：I1-I2+I3-I4-I5=0图3-3-3电流定律的举例说明2在使用电流定律时，必须注意：（1）对于含有n个节点的电路，只能列出(n-1)个独立的电流方程。（2）列节点电流方程时，只需考虑电流的参考方向，然后再带入电流的数值。为分析电路的方便，通常需要在所研究的一段电路中事先选定(即假定)电流流动的方向，叫做电流的参考方向，通常用“→”号表示。电流的实际方向可根据数值的正、负来判断，当I>0时，表明电流的实际方向与所标定的参考方向一致；当I<0时，则表明电流的实际方向与所标定的参考方向相反。2.KCL的应用举例：（1）对于电路中任意假设的封闭面来说,电流定律仍然成立。如图3-3-4所示电路中，对于封闭面S来说，有I1+I2=I3。图3-3-4电流定律的应用举例1（2）对于网络(电路)之间的电流关系，仍然可由电流定律判定。如图3-3-5所示电路中，流入电路B中的电流必等于从该电路中流出的电流。图3-3-5电流定律的应用举例2（3）若两个网络之间只有一根导线相连，那么这根导线中一定没有电流通过。（4）若一个网络只有一根导线与地相连，那么这根导线中一定没有电流通过。【例1】如图3-3-6所示电桥电路，已知I1=25mA，I3=16mA，I4=12mA，试求其余电阻中的电流I2、I5、I6。图3-3-6解：在节点a上：I1=I2+I3，则I2=I1-I3=(25-16)mA=9mA在节点d上：I1=I4+I5，则I5=I1-I4=(25-12)mA=13mA在节点b上：I2=I6+I5，则I6=I2-I5=(9-13)mA=-4mA说明：电流I2与I5均为正数，表明它们的实际方向与图中所标定的参考方向相同，I6为负数，表明它的实际方向与图中所标定的参考方向相反。三、基尔霍夫电压定律(回路电压定律)1.电压定律(KVL)内容在任何时刻，沿着电路中的任一回路绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零，即ΣU=0。如图3-3-7所示电路，说明基夫尔霍电压定律沿着回路abcdea绕行方向，有Uac=Uab+Ubc=R1I1+E1，Uce=Ucd+Ude=-R2I2-E2，Uea=R3I3，则Uac+Uce+Uea=0，即R1I1+E1-R2I2-E2+R3I3=0图3-3-7电压定律的举例说明上式也可写成R1I1-R2I2+R3I3=E1+E2对于电阻电路来说，任何时刻，在任一闭合回路中，各段电阻上的电压降代数和等于各电源电动势的代数和，即ΣRI=ΣE。2.利用RI=E列回路电压方程的原则(1)标出各支路电流的参考方向并选择回路绕行方向(既可沿着顺时针方向绕行，也可沿着逆时针方向绕行)。(2)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“-”号。(3)电源电动势为E，当电源电动势的标定方向与回路绕行方向一致时，选取“+”号，反之应选取“-”号。四、支路电流法以各支路电流为未知量，应用基尔霍夫定律列出节点电流方程和回路电压方程，解出各支路电流，从而可确定各支路(或各元件)的电压及功率，这种解决电路问题的方法叫做支路电流法。对于具有b条支路、n个节点的电路，可列出(n-1)个独立的电流方程和b-(n-1)个独立的电压方程。【例2】如图3-3-8所示电路，已知：E1=42V，E2=21V，R1=12Ω，R2=3Ω，R3=6Ω，试求：各支路电流I1、I2、I3。图3-3-8解：该电路支路数b=3、节点数n=2，所以应列出1个节点电流方程和2个回路电压方程，并按照RI=E列回路电压方程的方法：(1)I1=I2+I3(任一节点)(2)R1I1+R2I2=E1+E2(网孔1)(3)R3I3-R2I2=-E2(网孔2)代入已知数据，解得：I1=4A，I2=5A，I3=1A。电流I1与I2均为正数，表明它们的实际方向与图中所标定的参考方向相同，I3为负数，表明它们的实际方向与图中所标定的参考方向相反。【任务实施】设计并连接一个汽车电路中，由蓄电池、发电机、负载组成，其电路的等效电路图如图图3-3-9所示,E1=5V,r1=1Ω,E2=9V,r2=6Ω,R2=2Ω,R1=3Ω,求各支路电流并测量验证。图3-3-91.准备工作按表3-3-1准备工具、设备、元器件及导线，检查设备外观是否完好。表3-3-1复杂电路元器件清单表序号名称型号与规格单位数量1蓄电池5VDC/9VDC块22开关只13灯12V/10W只14熔断器10A只15导线BVR1.0mm²根若干6负载1Ω、2Ω、3Ω只32.连接电路依照图3-3-9连接电路，测量支路电流和总电流。将操作结果填入表3-3-2。表3-3-2复杂电路操作结果表步骤操作方法操作现象现象说明1支路电流I12支路电流I23总电流I3.清理现场实操结束，断开电源，拆除导线，按6s要求，清理现场，收拾工具、设备，整理操作台，清扫场地，完成任务评价表。【任务评价】分析复杂电路任务评分标准见表3-3-3表3-3-3分析复杂电路分析任务评分标准任务名称组别学生姓名工位号用时长序号评价项目评价要点配分学生自评小组互评教师评价小计1知识理解理解基尔霍夫第一定律的基本概念、原理和公式10理解基尔霍夫第二定律的基本概念、原理和公式10能够熟练运用KVL和KCL202电路连接能够分析电路，并能根据实验数据进行推导和解释10掌握如何使用基尔霍夫定律解决汽车电路的实际问题10任务表单填写完整103团队协作参与组内学习，分享学习成果104安全文明遵守安全文明操作规程，无事故发生105清扫清洁按6s要求清理现场，摆放器件10总分100教师签名总计教学评价与小结1.依据分析复杂电路分析任务评分标准的打分情况进行课堂点评。2.知识点归纳：基尔霍夫定律是电路分析的基本原理之一，包括基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL）。基尔霍夫电流定律（KCL）：在电路中，任意时刻，流入任意节点的电流之和等于流出该节点的电流之和，即ΣI流入=ΣI流出。简单地说，就是电路中任意节点的电流代数和为零，即ΣI=0。在使用电流定律时，必须注意：(1)对于含有n个节点的电路，只能列出(n-1)个独立的电流方程。(2)列节点电流方程时，只需考虑电流的参考方向，然后再带入电流的数值。基尔霍夫电压定律（KVL）：在任何时刻，沿着电路中的任一回路绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零，即ΣU=0。简单地说，