Главное управление по образованию и молодежной политике Алтайского края

Главное управление по образованию и молодежной политике Алтайского края
КРАЕВОЕ БЮДЖЕТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«Рубцовский аграрно-промышленный техникум»
Методическая разработка открытого урока
по дисциплине Электротехника и электроника
тема урока: «Расчет электрических цепей методом свертывания»
Преподаватель: Медведева Н.Г.
Горняк 2014 г.
Занятие № 6
Тема: Расчет электрических цепей методом свертывания
Тип занятия: Практическое занятие
Цели занятия:
дидактическая:
 закрепить практические навыки применения метода расчета
электрических цепей
развивающая:
 развивать умение самостоятельно делать выводы
воспитательная:
 развивать интерес к дисциплинам
Литература:
И.А. Данилов, П.Н. Иванов «Общая электротехника с основами электроники», стр.
34 – 50
Оснащение занятия: раздаточный материал; персональный компьютер
Квалификационные требования:
студент должен:
знать:
 закон Ома для участка цепи
 типы соединения проводников
 методы расчета электрических цепей
уметь:
 выполнять необходимые расчеты
 делать выводы на основе экспериментальных данных
Междисциплинарные связи:
Математика,
электротехника,
электрооборудование
автомобилей,
информатика.
Внутридисциплинарные связи:
Электрическое напряжение → сила тока → электрическое сопротивление →
законы Ома → расчет электрических цепей постоянного тока
Ход учебного занятия
Этапы Время, Содержание занятия
мин
1
3
Деятельность
студентов
Организационный этап:
- приветствие
- отметка отсутствующих
- проверка готовности аудитории,
студентов к занятию
- сообщение темы занятия
- определить план работы на занятии
2
3
План:
1. Входной контроль.
2. Выполнить расчет электрической цепи
2.1 Рассчитать эквивалентное
сопротивление цепи.
2.2 Определить ток и напряжение
каждого участка цепи в программе
Electronic Workbench.
2.3 Проверить результат компьютерного
эксперимента: рассчитать баланс
мощностей.
3. Сдать отчет по работе.
7
1. Входной контроль преподаватель
Студенты
проводит с целью: повторения материала
отвечают на
необходимого для выполнения работы.
вопросы
В: При построении электрических цепей
О:
применяют несколько потребителей.
Последовательное
Какие типы соединения проводников вы
соединение,
знаете?
параллельное
соединения,
смешанное
соединение
В: Как образуется последовательное
О: Конец 1-ого
соединение проводников?
проводника
соединяется с
началом второго и
т.д.
В: Какая особенность последовательного
О: При
соединения?
последовательном
соединении сила
тока одинакова на
каждом участке
цепи.
В: Как образуется параллельное
О: Начала и концы
соединение проводников?
проводников
имеют общие
точки
подключения к
источнику тока.
В: Какая особенность параллельного
О: При
соединения?
параллельном
соединении на
каждом участке
цепи одинаково
напряжение.
В: Как образуется смешанное соединение О: Элементы цепи
проводников?
соединены и
последовательно и
параллельно
В: Какие приборы применяют для
О: Амперметры –
измерения силы тока и напряжения в
для измерения
электрических цепях?
силы тока,
вольтметры – для
измерения
напряжения.
В: Каким образом включают в цепь
О:
амперметр?
Последовательно с
приемником
электроэнергии.
В: Каким образом включают в цепь
О: Параллельно с
вольтметр?
приемником
электроэнергии.
В: Сформулируйте цели занятия: чему
О: Научиться
мы сегодня должны научиться?
рассчитывать
электрические
цепи постоянного
тока и проверять
расчет с помощью
компьютера.
Обобщение и мотивация учебной
деятельности:
– Сегодня на уроке мы научимся
рассчитывать электрические цепи
постоянного тока; работать в программе
Electronic Workbench. Практическая
направленность – применение знаний по
дисциплине Электрооборудование
автомобиля, умения включать
Студенты слушают
электроизмерительные приборы в
объяснения
электрическую цепь помогут
преподавателя.
контролировать работу электрической
системы автомобиля и в быту.
2.Выполнить расчет электрической цепи:
Преподаватель объясняет порядок
выполнения работы, согласно
методической разработке.
Критерии оценки:
«3» - Расчет эквивалентного
сопротивления
«4» - Расчет эквивалентного
сопротивления и сборка цепи в
программе Electronic Workbench
«5» - Расчет эквивалентного
сопротивления, сборка цепи в программе
Electronic Workbench, расчет баланса
мощностей
Работа у доски:
15
2.1 Расчет эквивалентного сопротивления студент
электрической цепи
рассчитывает
эквивалентного
сопротивления
электрической
цепи
40
Самостоятельная работа
Студенты
2.2 Определение тока и напряжения на
самостоятельно
каждом участке цепи в программе
работают с
Electronic Workbench.
раздаточным
2.3 Составление баланса мощностей
материалом
Преподаватель – консультант
5
3. Сдать отчет о проделанной работе
Студенты сдают
работы на
проверку
Резервное время: рассчитать каждый
участок цепи (определить силу тока и
напряжения) с использованием законов
Ома. Сравнить результаты расчета и
компьютерного эксперимента.
4
3
Домашнее задание:
Записывают
индивидуальное задание: Составить
задание в тетрадь.
электрическую схему смешанного
соединения (не менее 5 резисторов) и
рассчитать цепь с использованием
законов Ома.
5
4
Итог урока:
1. Выставление оценок за входной
контроль
2. Интересное на уроке, рефлексия
(приложение 1), практическая
направленность выполненной работы.
Приложение 1
Рефлексия:
Мне все понравилось ___________________
Мне ничего не понятно _________________
Мне было интересно ___________________
Мне было скучно ______________________
Мне было легко _______________________
Мне было трудно ______________________
Я узнал много нового___________________
Я не узнал ничего нового________________
Практическая работа № 2
ТЕМА: Расчет электрических цепей методом «свертывания»
ЦЕЛЬ: Научится рассчитывать цепи методом «свертывания»
Общие сведения
Метод «свертывания» применяется для расчета цепей, содержащих только один
источник питания и группу сопротивлений соединенных по смешанной схеме. Метод
«свертывания» позволяет определить эквивалентное сопротивление цепи, рассчитать
ток и напряжение каждого участка цепи. Сущность метода: при расчете эквивалентного
сопротивления – рассчитываются наиболее сложные блоки цепи и с каждым шагом
расчета схема упрощается («сворачивается»); расчет участков цепи выполняется в
обратном направлении; проверить расчет составлением уравнения баланса мощностей.
Различают: 1. Последовательное соединение сопротивлений: особенностью
является – сила тока одинакова на каждом участке цепи.
I1 = I2 = I3 = I
U = U1 + U2 + U3
По закону Ома:
I*Rэкв = I*R1 + I*R2 + I*R3
Rэкв = R1 + R2 + R3
2. Параллельное соединение сопротивлений: особенностью является – напряжение
одинаково на каждом участке цепи.
U1= U2 = U
I = I1 + I2
По закону Ома:
U/Rэкв = U/R1 + U/R2
1/Rэкв = 1/R1 + 1/R2
R1.2 
3.
R1 * R2
– два резистора
R1  R2
Смешанное
R1.2..3 
соединение:
–
R1 * R2 * R3
– три резистора
R1 * R2  R1 * R3  R2 * R3
рассчитывается
на
основании
формул
последовательного и параллельного соединения. Расчет следует начинать с последнего
соединения по отношению к источнику питания. Расчет смешанного соединения
рассмотрим на примере.
Баланс мощностей рассчитывается по формуле: ∑ Ри = ∑ Рп + ∑ Р0
Ри = Е*I = U*I
Рп1 = I12*R1
Pп2 = I22*R2
Pп3 = I32*R3
Pп4 = I42*R4
и т.д.
P0 = I2*r
При расчетах индексы соответствующих параметров совпадают.
Контрольные вопросы:
1. Режимы работы цепи: холостой ход, короткое замыкание, рабочий режим.
2. Законы Ома.
3. Выведите формулы для определения общего сопротивления цепи:
а). последовательно включены резисторы R1, R2, R3, R4;
б). параллельно включены резисторы R1, R2, R3.
4. Особенности параллельного и последовательного соединений.
Пример расчета:
Для данной электрической цепи определить эквивалентное сопротивление цепи
Rэкв, ток и напряжение каждого участка цепи, ток цепи, напряжение, приложенное к
цепи. Проверить расчет с помощью моделирования электрической цепи в программе
Electronic Workbench. Рассчитать баланс мощностей.
Дано: R1 = 5 Ом; R2 = 6 Ом; R3 = 6 Ом; R4 = 10 Ом; E = 36 В. Найти: ток и
напряжения каждого участка цепи; рассчитать баланс мощностей.
Решение:
1. Обозначим направление тока в каждом резисторе.
2. Рассчитаем эквивалентное сопротивление
(методом «свертывания»):
а). R23 
R2 * R3
6*6

 3Ом – параллельное
R2  R3 6  6
соединение
б). Rэкв  R1  R23  R4  5  3  10  18Ом – последовательное соединение
3. Определим ток в цепи: U = E = 36 В
I
E
36

 2A
Rэкв 18
4. Рассчитываем участки цепи (цепь «разворачиваем»):
а). т.к. сопротивления R1, R23, R4 соединены последовательно, имеем:
I = I1 = I23 = I4 = 2 А
б). U1  I1 * R1  2 * 5  10Ом U 4  I 4 * R4  2 *10  20Oм
U 23  I 23 * R23  2 * 3  6Ом
в). т.к. сопротивления R2 и R3 соединены параллельно, имеем:
U2 = U3 = U23 = 6 Ом
I2 
U2 6
  1A
R2 6
I3 
U3 6
  1A
R3 6
5. Выполнить проверку расчета: составляем модель электрической цепи в
программе Electronic Workbench:
6. Рассчитаем баланс мощности:
Pи  I *U  2 * 36  72Вт
Рп1  I 12 * R1  2 2 * 5  20 Bт
Рп 2  I 22 * R2  12 * 6  6 Bт
Рп 3  I 32 * R3  12 * 6  6 Вт
Рп 4  I 42 * R4  2 2 *10  40 Вт
Ри = Рп1 + Рп2 + Рп3 + Рп4
72 Вт = 20 + 6 + 6 + 40 = 72 Вт
Вывод: Закон сохранения мощности выполняется. Согласно компьютерному
эксперименту расчет электрической цепи выполнен верно.
Задание:
1. Выполнить
расчет
электрической
цепи
постоянного
тока
методом
«свертывания». Цепь постоянного тока содержит несколько резисторов, соединённых
смешанно. Индекс тока и напряжения совпадают с индексом резистора, по которому
проходит этот ток или на котором действует это напряжение. Определить
эквивалентное сопротивление цепи, ток и напряжение на каждом участке, ток в цепи,
напряжение, приложенное к цепи.
R1 = 2 Ом
R2 = 4 Ом
R3 = 12 Ом
R4 = 3 Ом
R5 = 6 Ом
№ варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
дополнительные
E=
I1 =
U=
E =
I=
E=
I1 =
U=
I=
I1 =
данные
100B
20A
50B
80B
12A
5B
6A
40В
8A
10A
2. Ток и напряжение на каждом участке, ток в цепи, напряжение, приложенное к
цепи определить с помощью программы Electronic Workbench. Для определения тока и
напряжения на каждом резисторе включить электроизмерительные приборы: для
определения тока – амперметр, включают последовательно, для определения
напряжения – вольтметр, включают параллельно.
Указание: При сборке электрической цепи в программе Electronic Workbench:
а). если заданы напряжение или ЭДС, цепь замыкают на источник напряжения
и указывают соответствующие значения U или E;
б). если заданы токи I1 или I, цепь замыкают на источник тока
и указывают
соответствующие значения.
3. Проверить результат компьютерного эксперимента: рассчитать баланс
мощностей.
4. Сделать вывод по работе.