《電工基礎(chǔ)與運用（上、下冊）》 教案 項目五 一階電路的時域分析 任務四 一階電路的三要素法應用

《電工基礎(chǔ)與應用》單元課程教案四川電力職業(yè)技術(shù)學院2023年9四川電力職業(yè)技術(shù)學院2023年9月版本信息課程名稱《電工基礎(chǔ)與應用》課程代碼100182制定部門電力設備技術(shù)系制訂人（修訂人）張煌竟、程蓉、程銘、廖翔志、鐘運來、沈永海審核人（教研室主任）席川審批人（系部主任）湯曉青發(fā)布日期：2023年9月1日版本2023年版

模塊二項目五一階電路的時域分析任務四：一階電路的三要素法應用課程名稱任務四：一階電路的三要素法應用授課對象發(fā)電專業(yè)大一（上）學生教學課時理論課程2課時授課地點教室授課類型理論課程說明本任務為基礎(chǔ)模塊項目五一階電路的時域分析的第四個任務，屬于一階電路零輸入響應和零狀態(tài)響應的后續(xù)綜合內(nèi)容。教學內(nèi)容本任務的教學內(nèi)容為一階電路全響應的組成成分、三要素法。教材選用教材名稱：《電工基礎(chǔ)與運用（下冊）》教師參考書目：《電路與磁路》（第四版）、《電路原理》學情分析知識基礎(chǔ)經(jīng)過一階電路零輸入、零狀態(tài)響應的學習，具備了進一步求解全響應的能力能力水平會分別分析電路零輸入響應和零狀態(tài)響應，但對全響應仍陌生行為特征學生高考成績普遍在350-440之間，理論思維、邏輯分析能力較差，對抽象的邏輯概念公式理解能力較弱，班上學生有1/3左右為文科生，物理基礎(chǔ)更加薄弱。學生善于利用網(wǎng)絡媒介、信息化資源，比起枯燥的單向講授更愿意接受音頻、視頻、圖片知識。教學目標素質(zhì)目標培養(yǎng)學生結(jié)合生活實際、類比學習的能力；培養(yǎng)學生仔細觀察、獨立思考、解決問題的能力；知識目標理解并能陳述一階電路全響應的概念和兩種分解形式；理解三要素法中各個要素的含義；能力目標能夠針對具體的一階電路寫出其全響應的兩種表達形式；能夠針對具體的一階電路運用三要素法求解其全響應：教學重點掌握求解一階電路全響應的三要素法教學難點一階電路全響應的分解形式和求解方法教學策略教學組織本任務教學采用線上+線下混合教學模式，結(jié)合學習通在線課程資源，提前一天發(fā)布預習視頻，要求學生提前觀看教學視頻，在課上使用學習通APP進行分組、選人、隨堂練習，評分和計時功能，及時獲得教學反饋，在課下發(fā)布習題鞏固教學成果。充分發(fā)揮項目導學、自主探學、合作研學、展示賞學、互檢評學、課后拓學的六學模式，突出學生的課堂主體地位。教學方法教學中采用分組教學法、任務驅(qū)動法教學資源線上視頻資源：/mooc-ans/mycourse/teacherstudy?chapterId=788950451&courseId=237538271&clazzid=84991162線下授課資源：紙質(zhì)教材、電子教材、配套PPT教學準備學生準備提前一天觀看線上教學視頻，提交學習心得，標注難以理解的知識點環(huán)境準備提前一天調(diào)試好教室多媒體、話筒等教學設備。資料準備教材、隨堂練習、課堂名單。教學實施過程教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容師生活動設計意圖與資源教師活動學生活動課前探索請同學們思考并猜測一下電路的零輸入響應和零狀態(tài)響應的和是什么？【思路】一、課前導入1、引入授課內(nèi)容：復習一階電路零輸入響應和零狀態(tài)響應的內(nèi)容，引出本堂課的電路全響應的概念；以簡單RC電路為例進行導入：同學們，在圖中電路中，假設uC(0-)=U0，電壓源電壓為US，換路后uc的方程仍為：其解仍為：組織上課前準備工作，強調(diào)上課紀律。開始上課，以典型一階RC電路為例導入對電路全響應的介紹，板書推導過程。學生應放下手機，雙手置于課桌可見范圍，開始準備上課。跟隨教師思考，以小組為單位討論并推導一階RC電路中的電流全響應情況。設計意圖：使得學生充分回顧重溫一階電路的零輸入響應和零狀態(tài)響應的含義，自然導出對全響應的介紹。課中導學全響應二、一階電路的全響應2、新課內(nèi)容：一階電路的全響應；同學們，大家在推導了上面的方程之后，應該對一階電路的全部響應成分有了一個更清晰的認識，即全響應指當非零初始狀態(tài)的電路受到外加激勵作用時，電路的響應。這里我們強調(diào)兩個東西，一個是非零初始狀態(tài)，第二個是外加激勵作用，顧名思義，第一個非零初始狀態(tài)指的就是沒有激勵或者說沒有電源輸入情況下的電路自身的初始狀態(tài)，它對應的就是電路的零輸入響應，第二個部分外加激勵作用對應的就是零狀態(tài)響應。好，那么我們就有了全響應的第一種表達形式，零輸入響應+零狀態(tài)響應，我們繼續(xù)在RC電路導入案例基礎(chǔ)上，改寫為這樣的形式：加號前面那一項就是電路的零輸入響應，因為僅含U0和激勵US無關(guān)，后面那一項就是零狀態(tài)響應。我們說，這時候全響應就分成零輸入響應和零狀態(tài)響應，能明顯反應響應與激勵的因果關(guān)系，體現(xiàn)了線性電路的疊加性，便于分析計算。那是不是就只有這樣一種分解方式呢，答案是否定的，除此之外，全響應還可以分解成穩(wěn)態(tài)分量+暫態(tài)分量的形式：我們可以看到，式中，加號左邊是單獨一個US，右邊則根據(jù)時間常數(shù)衰減至0，也就是說，當時間趨于無窮時，右邊指數(shù)項將逐漸衰減至0，換句話說，最終穩(wěn)態(tài)值的大小就是US，所以加號左邊是穩(wěn)態(tài)分量，右邊是暫態(tài)分量。三、三要素法3、新課內(nèi)容：三要素法；好，問題是如何去求解電路的全響應情況呢，這就要不得不提到三要素法了。所謂三要素法，就是指一階電路的求解方法分為三個要點，也就是不管把全響應分解成穩(wěn)態(tài)分量還是暫態(tài)分量之和，最終全響應都必然由初始值、穩(wěn)態(tài)值和時間常數(shù)著三個要素決定。為了便于各個同學理解，老師專門對其中最容易混淆的時間常數(shù)進行說明，以在同一個一階電路中，只有一個電容的電路，時間常數(shù)值為RC，電感則為L/R，因此我們在列寫一階電路全響應時，往往只需要求出電路中三要素的具體值即可，一般形式如下所示：也就是說我們在使用三要素法時，只需要找到穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量以及時間常數(shù)后代入上式即可求出電路的全響應。接下來我們一起來看一個隨堂練習題：設圖中電路已達穩(wěn)態(tài)，于t=0時刻斷開開關(guān)，求斷開開關(guān)后電流i在解題步驟上，我們嚴格按照三要素法確定三要素的大?。核摹⒄n程總結(jié)口訣助記：三要素求解全響應：初態(tài)值、穩(wěn)態(tài)值和時間常數(shù)。教師組織討論并介紹另外兩種響應，即穩(wěn)態(tài)響應和暫態(tài)響應的構(gòu)成。小組討論并回答三要素分別是什么學生隨堂練習學生聽講，記筆記，在老師講完課后逐次各小組回答課堂提問（一階電路全響應的兩種組成分別是什么，都有什么特點）以一階RC電路為例推導三要素的各個值教師課堂練習題講解使學生理解并能復述一階電路兩種響應的基本組成形式，使其能夠根據(jù)不同要求寫出電路全響應的兩種表達形式使學生能直接陳述三要素法的各個要素的含義是什么，同時幫助其熟練運用三要素法進行解題通過隨堂練習形式幫助學生快速建立對三要素法的應用能力課后拓展完成任務工單1、任務工單2獨立完成，在規(guī)定時間內(nèi)提交到學習通平臺教學評價本任務得分由教師評價、個人評價兩部分構(gòu)成。學生完成任務工單后，由教師打分和學生個人自評兩部分構(gòu)成。教師結(jié)合學生完成的任務工單給學生打分，占80%;學生結(jié)合任務工單給自己打分，占20%；兩部分成績之和作為本任務的最終成績，計入平時成績。反思診改教學效果教學中結(jié)合生活化的圖片和例子進行講解，能夠幫助學生理解一階電路等概念，95%以上學生能夠準確認識一階電路，85%學生能夠準確掌握一階電路全響應的兩種分解公式，80%學生掌握三要素求解法，與預期教學目標一致。特色創(chuàng)新善于利