分類比較法在《電工基礎》教學中的應用

夏 燦

（馬鞍山師范高等專科學校，安徽 馬鞍山 243000）

分類比較法在《電工基礎》教學中的應用

夏 燦

（馬鞍山師范高等?？茖W校，安徽 馬鞍山 243000）

文章通過分類比較法介紹了5種直流電路分析方法。此外，本文還分別對直流電路和正弦交流電路中出現(xiàn)的網孔電流法、節(jié)點電壓法的應用進行分類比較，幫助學生加深認識。通過實例，強調分類比較法在電工基礎的教學中重要性。

電路分析；分類比較法；混淆

教師在《電工基礎》的理論教學中，將多次講解電路的分析方法，如：網孔電流法、節(jié)點電壓法、疊加定理等，這些方法有的僅適用于直流電路[1]分析，有的既能用于直流電路，又能用于正弦交流電路，且解題過程相似，這對于初次接觸電工基礎的學生來說，理解有一定的難度，在實踐中很難自如地應用。如何為高校、高專學生深入淺出地講授電路的各種分析方法，是任課教師面臨和亟待解決的課題。本人多年從事《電工基礎》的教學，對此有頗多思考和心得，本文就此分列出來，與同行教師做一交流。

在求解簡單電路時，支路電流法與網孔電流法差別不大，如例1。例1：如圖1所示，已知R1=2Ω，R2=6Ω，R3=3Ω，US1=8V,US2=6V,US3=9V，求各支路電流。

解：各支路電流和回路的參考方向如圖所示，取a為獨立節(jié)點，

-I1+I2+I3=0

R1I1+R3I3=US1-US3

R2I2-R3I3=US3+US2

求解得 I1=1A，I2=2A，I3=-1A

節(jié)點電壓法首先需選準、確定參考節(jié)點，再判斷電路中的獨立節(jié)點數(shù)n，只需列寫（n-1）個節(jié)點電壓方程，求解即可。

例2：電路如圖2所示，已知R1=3Ω,R2=6 Ω,R3=9Ω,R4=18Ω,IS1=4A,US2=81V,試用節(jié)點電壓法求各支路電流。

圖1

圖2

解：設以節(jié)點0為參考節(jié)點，節(jié)點1和節(jié)點2到參考節(jié)點的電壓分別為U1和U2，列出節(jié)點方程為

解得 U1=15V,U2=21V.

支路電流為：

以上三種方法，通過教學實踐，本人認為：節(jié)點電壓法具有簡潔明快，列寫的方程少，差錯率低，列寫方程，可套用公式，學生接受程度較高等特點和優(yōu)勢，當屬首選方法。

疊加原理其原理是支路電流或電壓等于每個電源單獨作用時（此時假定其他電源不作用），所產生的電流或電壓的代數(shù)和，即可將電路進行簡化，電路中有n個電源，則可將電路分為n種簡單電路，根據(jù)基爾霍夫電流定律、電壓定律，列出求解各支路電流、電壓，再根據(jù)電流、電壓的方向確定正負，疊加而成。疊加原理相比于其他方法，具有列式簡單，過程清楚等優(yōu)點，但也存在一定的局限性，適用于線性電路，或是電路中有多個電源的支路電流、電壓的計算，且不能計算功率。

戴維南定理在解題時，將線性含源電路進行簡化，簡化成為一個理想電壓源和電阻的串聯(lián)，電路簡化后，直接求解支路電流、電壓。使用戴維南定理解題時，如何將電路簡化？這既是本內容中的重點，也是不易理解的難點。在簡化的過程中，可運用疊加原理，分析、求解出開路電壓Uoc、戴維南等效電阻Req。

諾頓定理與戴維南定理相似，是將線性含源電路簡化為一個理想電流源（短路電流Isc）和電阻（Req）的并聯(lián)，簡化方法與戴維南定理相同，如圖3所示。

圖3

分析五種求解直流電路的方法，各有優(yōu)劣，在《直流電路分析》一章中，教師應用分類比較法這一教學方法，能夠避免了多種分析方法的混淆，學生通過進一步理解、分析、記憶等思維過程，可以加深五種方法的認知程度且能自如地運用。同樣，類比法還適用于《正弦交流電路》的教學，如《正弦交流電路的相量分析法》的內容里。網孔電流法在直流電路和交流電路中，都是要先規(guī)定網孔電流的參考方向，再利用基爾霍夫電流、電壓定律來求解，如例3。節(jié)點電壓法在直流電路和交流電路中，都是要先規(guī)定某點的電位為0，再利用基爾霍夫電流、電壓定律來求解的。不同的是網孔電流法和節(jié)點電壓法在交流電路中，用的都是基爾霍夫電壓定律的相量形式，各量是復數(shù)，如復阻抗、復導納等，所有正弦量，均用相量表示。

例3：如圖4所示，用網孔電流法求各支路電流。其中，，R=5Ω，XL=5Ω，XC=2Ω.

解：列出各支路電流、網孔電流如圖所示，選定繞行方向和網孔電流參考方向一致。網孔方程

圖4

整理得

各支路的電流為

綜上所述，類比法在《電工基礎》的教學中，應用廣泛，形式多樣，既能用于直流電路，又能用于正弦交流電路；既能用于同一電路的多種方法的講解，又能用于同一方法不同電路的分析。教師在應用類比法的講解過程中，同時，再輔以ppt、圖表等手段，將各種方法或不同電路展現(xiàn)、剖解給學生，以期能留下直觀、深刻的印象。

[1] 孟艷花. “電工電子”課程中直流電路分析方法詮釋與總結[J].中國電力教育，2013,(2)：61-62.

[2]付春平.節(jié)點電壓法的教學探討[J].蘇州市職業(yè)大學學報,2010,(3)：91-93.

The application of classification and comparison in the teaching of Electrical Engineering

XIA Can
(Ma’anshan Teacher’s College, Ma'anshan Anhui 243000)

Five methods of DC circuit analysis are introduced by classifying and comparing method in the article. In addition application of Meshes current method and Node voltage method is classified and compared in DC and AC circuit, which help student comprehended deeply. Importance of classifying and comparing method is emphasized in teaching electrician foundation by example.

Circuit analysis; Classification comparison method; Confusion

G42

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.05.165

1672–7304(2016)05–0333–02

安徽省自然科學基金重點項目（項目編號：2015A436）。

（責任編輯：張時瑋）

夏燦（1979-），女，安徽馬鞍山人，副教授，研究方向：電磁場與微波技術。