计算机电路基础11.docx
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计算机电路基础11.docx
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计算机电路基础11
计算机电路基础1.1
江苏省南京工程高等职业学校课程单元教学设计首页
课程课题:
1、电路基本概念和基本定律一
授课教师
韩菁
学时数
2
授课班级
13071班
授课日期
2014.9.3
教学地点
教
学
目
标
能力目标
知识目标
素质目标
1理解电压、电流的参考方向和关联参考方向;
2理解电压源、电流源的特性及功率计算;
电压、电流和功率的概念及方向。
掌握电路的三种状态。
培养学生独立思考的能力。
培养学生对例题的理解能力。
培养学生分析问题、解决问题的能力。
培养学生发散思维的能力。
学生通过完成相关练习题,加深理解。
教
学
重
点
与
难
点
教学重点:
电路中三个重要物理量
教学难点:
电路中三个重要物理量
能
力
训
练
任
务
及
案
例
任务一:
电路的作用与电路模型以及集总假设的概念
任务二:
电路中三个重要物理量
任务三:
二端元件和受控源
任务四:
电路三种状态
教学准备
制作教材第一章“电路基本概念和基本定律”这一章节上课用PPT。
参考电路基本知识相关内容,准备相关练习题。
设计电路基本概念和基本定律的教学计划。
参考资料
《计算机电路基础》
《电工基础》
教学反思
本章主要是介绍电路的一些基本概念和基本的定律,是学习电路理论的基本知识,内容比较简单,根据例题讲解,学生比较容易接受。
江苏省南京工程高等职业学校课程单元教学设计主页
步骤
教学内容
教学方法
教学手段
学生活动
时间分配
告知(教学内容、目的)
教学内容:
电路基本概念和基本定律。
教学目的:
通过本次课的学习,学生能对电路的一些基本概念有所了解,能够熟练的使用基尔霍夫定律。
讲授
课件演示
听讲
思考
3’
引入(任务项目)
结果>过程。
学生思考:
什么是电路,举个身边平常的简单用电器的电路组成?
问题引入
多媒体课件
演示
学生思考
个别回答
2’
子项目1
任务一:
电路的作用与电路模型以及集总假设的概念
重点讲解
课件展示
认真听讲
5’
训练1
填空题1、问答题1。
提示启发
个别提问
思考讨论
5’
子项目2
任务二:
电路中三个重要物理量
重点讲解
课件展示
认真听讲
15’
训练2
问答题2、6、计算1。
提示启发
个别提问
思考讨论
10’
子项目3
任务三:
二端元件和受控源
重点讲解
课件展示
认真听讲
15’
训练3
填空题4、计算6。
提示启发
个别提问
思考讨论
5’
子项目4
任务四:
电路三种状态
重点讲解
课件展示
认真听讲
15
训练4
填空5、判断4
提示启发
个别提问
思考讨论
5’
综合训练
归纳电路基本概念与基本定律,讲述项目任务进行过程中遇到的问题。
讲授
板书
学生思考
3’
归纳
电路基本概念与基本定律
讲授
演示
学生思考
2’
作业
习题
指导
练习
附件:
课程单元教学设计实施方案
项目一电路基本概念与基本定律
【课前准备】
1点名考勤
2准备教学工具:
U盘、多媒体。
3教学方法:
问答法、讲授法、问题引入、项目任务教学。
4教学手段:
多媒体教学;提问讨论。
【新课引入】
步骤一:
告知(教学内容、目的)(时间5分钟)
教学内容:
电路基本概念和基本定律。
教学目的:
通过本次课的学习,学生能对电路的一些基本概念有所了解,能够熟练的使用基尔霍夫定律。
步骤二:
引入(项目任务)(时间5分钟)
教学方法:
问题引入,利用多媒体演示。
简单电路组成。
提问:
什么是电路,举个身边平常的简单用电器的电路组成?
学生思考:
1电路组成、作用及模型;
2电路中重要的三个物理量;
3电路中各物理量的计算方法;
针对这些问题,来学习电路的基本知识和基本定律
启发思考,引出问题:
电路的基本知识和基本物理量以及各物理量的计算方法
【新课讲授】
教学方法:
多媒体展示,例题分析与练习习题相结合。
如果要丰富这一演讲稿,分以下几项任务完成:
任务一:
电路的作用与电路模型以及集总假设的概念
1.1.1电路的作用
电路:
电流流通的路径。
电路的作用:
电路是实现电能的传输和转换。
电路组成:
电源:
是向电路提供电能的设备
负载:
是指各种用电设备和元器件总称
中间环节部分:
由电子元器件组成完成复杂功能的电子系统。
1.1.2电路模型
实际的电元件往往都不是单一参数的理想元件。
为了突出元件的主要特性,忽略其次要因素,把它近似地看成单一参数的理想电路元件。
用理想电元件所组成的电路,称为实际电路的电路模型。
电路模型是对实际电路抽象和概括。
1.1.3集总假设
为了简化对器件性能的描述和简化对电路分析和计算,假设在一定的条件下,忽略其次要物理过场,只考虑实际元件的主要特性,这样假设称为集总假设。
集总假设的条件是:
电场作用(充放电)只发生的电容元件上,磁场作用(磁能的贮存和释放)只发生在电感元件上,而且都没有电磁能量的损失。
集总假设的元件称为理想元件(集总参数元件,简称集总元件),简称电路元件。
任务二:
电路中三个重要物理量(电流、电压和功率)
电流、电压和功率是电路中三个重要的物理量,是对电路分析和计算的重要参数。
1.2.1电流
电荷的定向运动产生电流。
单位:
安培(安),用字母A表示。
1A=1000mA;1mA=1000μA
正电荷运动方向为电流的正方向。
⏹大小和方向不随时间而变的电流为直流电流(用大写字母I表示);
⏹大小随时间变化而方向不随时间变化的电流称为变动电流i;
⏹大小和方向都随时间而变化,这样的电流称之为交流电流i。
在分析和计算电路前假设流过元件上电流的方向称为电流参考方向;
⏹当所求得电流为正值,说明流过元件上电流的实际方向与假设的电流参考方向一致;当所求得电流为负值,则实际电流方向与电流参考方向相反。
参考方向是一种分析方法,只有在参考方后,电流和电压才有正、负之分。
1.2.2电压和电位
1.电压:
定义:
单位正电荷在电场力的作用下,从电场中的a点移到b点,所做的功,称为电场中a、b两点间电压。
单位:
伏特(伏),用大写字母V表示。
1V=1000mV1mV=1000μV
电压方向规定:
由高电位(“+”极性端)指向低电位(“-”极性端);电压方向用下标方式表示,如a、b两点之间的电压方向由a(+)指向b(-),可表示为Uab。
2.电位:
选定电路中的某一点作为电压的参考点,称为零电位点。
电路中的任一点到零电位点的电压称为该点的电位。
1.2.3关联参考方向
分析电路的时候,设定的电流参考方向和电压参考方向一致,称为关联参考方向。
电流和电压的参考方向不一致,称为非关联参考方向。
关联参考方向非关联参考方向
1.2.4功率
正电荷从高电位移向低电位,是电场力对电荷作功的结果,电场的能量消耗在元件上。
元件消耗电场的能量称为元件吸收能量或元件消耗功率。
这时元件上的电流方向和电压的方向是一致的.
正电荷从低电位移向高电位,必须由外力对电荷作用以克服电场力,元件需发出能量(元件向电路提供能量),即元件向电路提供功率。
这时元件上的电流方向和电压的方向是相反的。
元件上的功率计算公式:
P=UI
元件上电流和电压的参考方向符合关联参考方向:
当P>0,元件消耗功率,该元件被称为电路的负载。
当P<0,元件向电路提供功率,该元件被称为电源。
元件上电流和电压的参考方向是非关联参考方向:
当P>0,元件向电路提供功率,该元件被称为电源。
当P<0,元件消耗功率,该元件被称为电路的负载。
【例题1.2】充电器A对手机电池E充电,如图所示。
如果手机电池的电压已降到2.5V,现用20mA电流对其充电,问手机电池和充电器的功率各为多少?
各是何种功率?
【解】手机电池上的电压和电流为关联参考方向,
P=EI=2.5V×0.02A=0.5W
P>0,吸收功率,手机电池是负载。
充电器上的电压和电流为非关联参考方向,
P=EI=2.5V×0.02A=0.5W
功率P>0,充电器向手机电池提供功率,是电源。
任务三:
二端元件和受控源
1.3.1电阻元件
物体对电流的阻碍作用称为该物体的电阻。
用符号R表示,单位:
欧姆(Ω)。
常有如下换算:
1kΩ(1千欧)=1000Ω1MΩ(1兆欧)=1000Kω电阻的倒数G=1/R,称为电导。
单位:
西门子“S”。
⏹在关联参考方向下,电阻上的电流和电压的关系为---欧姆定律
R=U/I可写成U=RI说明:
通过电阻的电流与加在电阻上的电压成正比;如果R值不随外加电压(电流)变化,此电阻R称为线性
1.3.2电压源
独立电压源是一个二端元件,简称为电压源.任何电压源都含有电动势E和内阻RS,它的模型如图。
U:
电压源的端电压。
RL:
外接的负载电阻。
U=IRL=E–IRS
电源E输出功率为PE=I2RL+I2RS,
这里:
I2RL为负载功率,I2RS为电源内阻消耗功率.
当电源内阻RS=0时,称为理想电压源电源.
电源内部无电压降,输出一个恒定电压U=电动势E,
理想电压源电源
1.3.3电流源
独立电流源简称电流源.图中虚线左边所示。
IS是电流源的电流,RS是电流源的内阻。
当RS=∞或RS>>RL时,称为恒流源或理想电流源,流过负载电流I恒等于电流源的电流IS.
当电路中不能满足条件RS>>RL时,流过RL的电流等于被其内阻RS分流后的剩余部分。
RS越小,分流越大,流过负载的电流I越小。
电流源的输出特性如图1.19中的斜线所示。
理想电流源端电压的大小完全由外电路的负载所确定
【例题1.3】计算图1.20所示电路中独立电流源所提供的功率。
电阻的压降为:
UR=IR=2×3=6V
电流源两端的电压:
UIS=UR+E=6V+4V=10V
电流源两端的电压和电流是非关联方向,电流源功率为:
PIS=UISI=10V×2A=20W
PIS>0,所以电流源是提供功率。
电压源的功率PE=EI=4×2=8W
由于流过电压源的电流和电压降方向一致,即关联参考方向,而且PE>0,所以电压源是吸收功率。
1.3.4受控源
电源中的电流或电压是受到电路中其他支路的电流或电压的控制,称此类电源为受控源。
它不是真正的电源,而是四端元件。
受控源有电压源和电流源之分,控制量有电压和电流之分,所以受控源共有四种类型:
电压控制电流源(VCCS):
I2=gU1,g是转移电导,导纳量纲。
电流控制电压源(CCVS):
U2=γI1,γ是转移电阻,电阻量纲。
电流控制电流源(CCCS):
I2=βI1,β是电流控制比,无量纲。
电压控制电压源(VCVS):
U2=μU1,μ是电压控制比,无量纲
四种类型受控源
任务四:
电路三种状态
1.4.1开路状态
电源与其负载相互间不连接,电源处于无负载状态,称为空载状态,又称为开路状态.
开路状态时特性为:
UO=E
I=0
PE=0
1.4.2短路状态
电源两端连接在一起,外电路的电阻为零,称为短路状态,简称短路。
短路时回路中产生很大的电流IS,称为短路电流。
电源在短路时的特征为:
U=0
IS=E/RS
PS=ISRS
短路除了会发生在电源端处外,也可能发生在线路中的某一部分,称为局部短路,会造成电源供出超常的电流。
短路通常是一种严重的事故。
为了防止短路事故的发生,除了认真操作外,更重要的是在电路中接入短路保护措施,一旦发生短路,能及时切断电源与负载的连接,以免发生事故。
1.4.3有载状态
电源与负载接通形成电回路,称为有载状态。
电源向电路负载提供的电流:
I=E/(RS+RL)
负载上的电压:
UL=IRL
电源电动势输出的功率:
PE=IE
电源内阻消耗的功率:
PS=I2RS
负载吸收的功率:
PL=I2RL
功率的单位是瓦特(瓦),用字母W表示。
大功率应用的场合,用kW(千瓦),小功率用mW(毫瓦),
其换算关系:
1kW=1000W;1W=1000mW
结合PPT讲解,要求学生适当记录,理解为主。
【总结】
根据本次课程的学习,我们对教材第一章概念有了一定的理解,了解了电路的基本概念、重要的三个物理量以及各物理量的计算方法。
通过此项目的实施,为后续内容奠定了坚实的基础,培养了学生独立思考、共同合作解决问题的能力。
【课后作业】
书后习题P16,问答5、6计算3、5。
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- 计算机 电路 基础 11