Дидактическое оснащение темы

ГБОУ СПО
НИЖЕГОРОДСКИЙ АВТОМЕХАНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ.
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ТЕМЫ «ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ЦЕПЯХ»
По дисциплине Электротехника и электроника» По
специальности 15.02.01;23.02.03;15.02.08
Разработал преподаватель Визгалов Л. Н..
Рассмотрено на заседании ПЦК
Электротехнических дисциплин Протокол №
от
Председатель ПЦК
Титов В.Н.
г.Н.Новгород
2015т
Основные понятия об электрических и магнитных цепях
Дидактические цели изучения данной темы: обеспечить усвоение основных понятий при изучении
электрических и магнитных цепей; объяснить получение расчетных эквивалентных электрических и магнитных
схем для реальных электрических цепей различных электротехнических устройств; раскрыть назначение
отдельных элементов электрической и магнитной цепей; сформировать умение находить параметры
эквивалентных схем источников электрической энергии; объяснить принцип формирования уравнений
состояния.
Развивающие цели изучения данной темы: развить у учащихся умение на основе имеющихся знаний по
физике переходить к более абстрактным по форме эквивалентным электрическим схемам, чем сами
рассматриваемые электротехнические устройства, научить обобщать электромагнитные явления и представлять
их с помощью элементов К,, С, Ь;
развить умение выделять главное в свойстве элементов К, С, Ь (например, линейность параметров в
определенном диапазоне) и умение составлять конспект урока; развить самостоятельность и умение сравнивать
(например, эквивалентные схемы источников тока и напряжения); сформировать интерес к познавательному
процессу на примере многообразия электромагнитных явлений, используемых в технике.
Воспитательные цели изучения данной темы: содействовать формированию правильного
электротехнического мировоззрения, материалистического понимания действительности при анализе
электромагнитных явлений, в которых основным носителем материи является электромагнитное поле;
способствовать воспитанию ответственного и компетентного отношения к труду, решению вопросов экономии
топливных ресурсов страны; воспитывать аккуратность и дисциплинированность; развивать у учащихся интерес
к учебе.
Дидактическое оснащение темы
Макеты: Трансформаторы. Аккумуляторы. Резисторы.
Кинофильмы: «Трансформаторы». «Генератор постоянного тока».
Диафильмы: «Электричество работает». «Производство, передача и распределение электрической энергии».
«Постоянный ток». «Электрические сопротивления».
Плакаты: «Карта электрификации СССР». «Сопротивления». «Электрические и магнитные единицы в СИ».
Демонстрационный стенд: Способы соединения источников электрической энергии.
Содержанием данной темы являются сведения по составлению эквивалентных электрических схем
замещения реальных электротехнических устройств схемам замещения источников Аэлектрической энергии,
основным элементам цепи.
Основной целью изучения темы является знакомство с основными параметрами электрических цепей,
схемами замещения источников электрической энергии, изучение закономерностей перехода от реальной
электрической цепи к расчетной электрической схеме, принципов формирования уравнений состояния
электрической цепи. При изучении данной темы следует опираться на знания учащихся по физике: учащиеся
должны знать основы электростатики, постоянный электрический ток, магнитное поле токов.
Основной тип урока — рассказ с элементами беседы и постановкой вопросов, а также практические занятия
с решением задач.
Это первый раздел курса «Электротехника», поэтому в нем много понятий и определений. Большинство из
них учащиеся уже знают из курсов физики и химии, поэтому преподаватель должен опираться на
межпредметные связи, которые помогут ему перейти к материалу по электротехнике.
Для примера рассмотрим трансформатор, у которого первичная обмотка подключена к источнику
электрической энергии, а вторичная — к электрической лампочке Л и двигателю Д (рис. 1). Здесь энергия
источника передается по проводам в виде энергии электромагнитного поля; в трансформаторе эта энергия
преобразуется сначала в энергию магнитного поля, а затем опять в энергию электромагнитного поля. Далее эта
энергия преобразуется в тепловую и световую энергию в лампочке и механическую энергию в двигателе.
Далее преподаватель должен остановиться на рассмотрении электрической цепи (рис. 2). Эта цепь является
упрощенной и не полностью учитывает явления, происходящие в реальной цепи,
i "Очень важно для учащихся понять, что обычно от реальной электрической цепи переходят к засчетной
электрической схеме замещения. В электрических схемах выделяют следующие элементы: зетви, узлы, контуры.
Эти элементы позволяют перейти к математическому описанию электрической цепи — уравнениям состояния.
Уравнения состояния электрической цепи записываются относительно узлов и контуров (эти уравнения часто
называют законами Кирхгофа). У учащихся нужно выработать привычку сначала определять нужное количество
уравнений состояния для узлов и контуров. Преподаватель объясняет, что общее количество уравнений должно
равняться количеству токов, следовательно, количеству ветвей. Для лучшего запоминания составления
уравнений состояния можно рекомендовать учащимся такую последовательность действий:
1. Определить количество неизвестных токов. Оно равно количеству ветвей.
2. Выбрать положительные направления токов во всех ветвях (обычно токи выбирают по направлению эдс).
3. Определить количество узлов в электрической схеме.
4. Записать уравнения состояния для узлов. Таких уравнений составляют столько, сколько узлов без
одного. Уравнение для произвольного узла имеет вид
При составлении уравнений типа (5) обычно знак «+» присваивают отходящим от узла токам, знак «—» —
подходящим к узлу токам.
5. Определить количество и направления обхода независимых контуров. Независимым контуром считается
контур, который отличается от предыдущих хотя бы одним новым элементом. Покажем это на примере схемы,
изображенной на рис. 8. В рассматриваемой схеме контур El—Rl—R3 — независимый, так как он состоит из
элементов, встретившихся впервые, контур Ю—R.2—E2 — независимый, так как в нем по сравнению с
предыдущим контуром есть два новых элемента R,2 и £2, а контур Е1—Я1—R2—Е2 — зависимый, так как он
образован элементами, которые уже встречались в первых двух контурах. Всего независимых контуров в схеме
в—у+1, где в — число ветвей, у — число узлов схемы. Далее необходимо выбрать направления обхода контуров.
При этом следует отметить, что выбор направлений обхода контуров является чисто расчетным приемом и не
определяет действительные направления токов в ветвях.
6. Записать уравнения состояния для контуров
Здесь п — количество резисторов в контуре; m количество эдс в контуре. При составлении уравнений (6)
необходимо обратить внимание учащихся на то, что в этих уравнениях напряжения на резисторах контура и эдс
контура записываются в разных частях. Выбор знаков производится следующим образом: если ток в ветви
совпадает с направлением обхода контура, то напряжение в выражении (6) записывается со знаком «-» и
наоборот. Также выбирается и знак для эдс.
Завершить изучение данной темы целесообразно самостоятельной работой, в которой учащиеся должны
провести анализ заданной электрической цепи (найти количество ветвей, узлов, контуров), составить уравнения
состояния.
ГЛАВА II. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Дидактические цели изучения данной темы: обеспечить усвоение основных методов расчета простой и
сложной электрической цепей постоянного тока, приобретение навыков расчета электрических цепей
постоянного тока методами контурных токов, узловых потенциалов, наложения, эквивалентного генератора,
уяснение особенностей расчета простейших нелинейных электрических цепей постоянного тока; сформировать
умение работать с вольт-амперными характеристиками нелинейных элементов; объяснить механизм появления
переходных процессов в электрических цепях и сформировать умение делать количественные оценки
длительности переходного процесса в простейших электрических цепях.
Развивающие цели изучения данной темы: развить умение проводить анализ электрической цепи, выбирать
наиболее рациональный метод расчета, отличать простую электрическую цепь от сложной,
выделять основные свойства линейных электрических цепей — принципы наложения, линейности.
Развить умение отличать нелинейные электрические цепи от линейных, применять методы расчета в
зависимости от характера электрических цепей, понимать причины возникновения переходных процессов в
электрических цепях и отличать их от установившихся; сформировать интерес к познавательному процессу на
примере различных свойств электрических цепей постоянного тока.
Воспитательные цели изучения данной темы:
содействовать формированию
материалистического понимания действительности при изучении электрических цепей постоянного тока,
нелинейных электрических цепей и переходных процессов в электрических цепях. При рассмотрении методов
расчета электрических цепей необходимо добиваться понимания учащимися того, что для электрических цепей
должен выполняться закон сохранения энергии, который чаще применяется в форме баланса мощности. На
примере нелинейных электрических цепей необходимо формировать у учащихся понимание нелинейных
зависимостей параметров в более широком смысле, подразумевая, что в определенных диапазонах работы
электрической цепи они могут быть представлены как линейные в силу слабой нелинейности параметров.
Добиваться понимания учащимися того, что переходные процессы являются динамическим состоянием
электрической цепи и аналогичны динамическим процессам в механике. Воспитывать у учащихся аккуратность в
оформлении лабораторных отчетов, конспектов и домашних заданий, умение работать в коллективе, развивать
интерес к учебе.
Дидактическое оснащение урока
Макеты: Гальванические элементы. Полупроводниковые диоды.
Диафильмы: «Полупроводниковые приборы». «Постоянный ток».
Плакаты: «Соединения резисторов и источников энергии». «Нелинейные электрические цепи».
«Полупроводниковый диод».
Демонстрационные стенды: Схема соединения резисторов. Нелинейные элементы электрической цепи, их
вольт-амперные характеристики.
Лабораторные работы: 1. Определение величины электрического сопротивления с помощью амперметра и
вольтметра. 2. Последовательное соединение приемников электроэнергии и проверка падения напряжения в
отдельных
приемниках по закону Ома. 3. Параллельное соединение приемников электроэнергии и проверка первого закона
Кирхгофа. 4. Исследование цепей с последовательным, параллельным и смешанным соединениями резисторов.
5; Измерение работы и мощности в цепи постоянного тока.
Содержанием данной темы являются сведения по расчету простой и сложной электрических цепей,
применению наиболее рациональных методов расчета сложной электрической цепи, расчету электрических
цепей методами наложения и эквивалентного генератора, расчету нелинейных электрических цепей постоянного
тока, возникновению переходных процессов в электрических цепях и количественным оценкам этих процессов.
Основной целью изучения темы является знакомство с методами расчета простых и сложных электрических
цепей, приобретение навыков по расчету электрических цепей, изучение методов расчета нелинейных
электрических цепей, знакомство с расчетом переходных процессов в простейших электрических цепях. При
изучении данной темы необходимо опираться на знания учащихся по физике: учащиеся должны знать основы
электростатики и постоянный электрический ток.
Рекомендуемый тип урока — лекция и рассказ с элементами беседы и постановкой вопросов, практические
занятия с решением задач и выполнением лабораторных работ.
Преподаватель должен познакомить учащихся с различными методами расчета электрических цепей
постоянного тока. Эти методы, как правило, пригодны и для расчета цепей переменного тока, некоторых
нелинейных цепей и т. д., но изучать их удобно на примере цепей постоянного тока, как наиболее простых.
Вначале необходимо дать определение электрической цепи постоянного тока: это такая электрическая
цепь, в которой токи и напряжения не изменяются в функции времени, т. е.
di /di - О ; oLu'/ctt = О _______________________ _______ ______________ записывают выражения для
напряжения на индуктивности: LLL ~ oil/cdi- ммс 4 с
с.
~
Сcdu* ,
что
для постоянного тока Ни 0, и- О, можно эти соотношения учесть в эквивалентной электрической цепи,
представив соответственно индуктивность как элемент с нулевым сопротивлением , а емкость^ как элемент с
бесконечным сопротивлением . Это обстоятельство позволяет при расчете токов в электриче-