戴維南定理探究式教學的探討

裴慧霞，馮 燕，高艷平

(鄭州鐵路職業(yè)技術學院，河南 鄭州 450052)

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戴維南定理探究式教學的探討

裴慧霞，馮 燕，高艷平

(鄭州鐵路職業(yè)技術學院，河南 鄭州 450052)

首先，設置探究問題情境，即對于一個既含獨立電源又含電阻二端網絡是否可以用一個等效電路置換。然后，根據替代定理和疊加定理設計仿真實驗，在計算機上應用Multisim 10進行仿真。在虛擬實驗情境中探究，尋找規(guī)律，得出戴維南定理，即一個有源二端網絡可以用一個電壓源和一個等效電阻的串聯等效電路置換。最后，在實驗臺上做戴維南定理實驗，通過比較電流法來檢驗結論的正確性。

戴維南定理；探究式教學；Multisim 10

探究式課堂教學是教師和學生雙方參與的活動，他們都將以導師和主人的雙重身份進入探究式課堂[1]。戴維南定理是電路分析中一個很重要的定理，也是教學難點。傳統的教學模式為理論+習題+實驗，學生覺得抽象，學習積極性不高，缺少興趣[2]。

在教學中引入Multisim 10.0仿真技術，化抽象為直觀，可以提高課程的趣味性，激發(fā)學生的求知欲。利用虛擬實驗對傳統實驗的補充與改進，便于從驗證性實驗到創(chuàng)造性實驗教學模式的轉變，讓學生在掌握課程內容的同時也掌握了軟件的使用方法。對學生的培養(yǎng)不再僅僅是知識技能的掌握，而上升到學習能力、技術素養(yǎng)、創(chuàng)新能力的提高。學生利用Multisim 10.0軟件探究解決問題的過程，是一個充滿想象，不斷創(chuàng)新的過程，通過情景教學的訓練，引導學生把這種解決問題的技能逐漸遷移到其他領域，使他們的知識和能力都得到很好的發(fā)展。

一、戴維南定理探究式實驗設計

(一)設置探究問題情景

根據齊性定理可知，對于一個不含獨立電源，僅含電阻和受控源的一端口，其端口輸入電壓和輸入電流的比值是一個常量，這個比值就定義為該一端口的輸入電阻或等效電阻。所以，這類一端口可以用一個電阻支路等效置換。那么，對于一個既含獨立電源又含電阻和受控源的個線性含源二端網絡，圖1為已知電路的仿真電路，U=5.291 V，I=0.023 A，虛線框內的電路Ns可視為有源二端網絡，外電路為電阻R5，虛線框內的電路Ns是否可以用一個等效電路置換。

圖1 已知電路的仿真電路

(二)設計仿真實驗探究問題

圖2 電流源2替代R5仿真電路

再應用疊加原理。圖3為電流源I2不作用的仿真電路，電壓為U1；圖4為電流源I2作用的仿真電路，電壓為U2。根據疊加定理U=U1+U2。

圖3 電流源2不作用仿真電路

圖4 電流源2作用仿真電路

最后，因為U1=Uoc，U2=-ReqI，所以U=U1+U2=Uoc-RoqI，所以電壓U可以用一個電壓源和一個等效電阻的串聯，等效電路如圖5，U=5.290V，I=0.023A。

圖5 戴維南定理等效電路仿真電路

(三)仿真實驗探究結論

把一個有源二端網絡用一個電壓源和一個等效電阻的串聯等效電路置換后，端電壓與端電流保持不變，所以一個有源二端網絡可以用一個電壓源和一個等效電阻的串聯等效電路置換。

二、戴維南定理實驗

按照實驗電路圖6 (a)接線，將接入實驗掛件電路中的電壓源調節(jié)為12 V，將電流源調節(jié)為10 mA，將開關K向右撥至RL方向(此時RL尚未接入)。用直流電壓表測出網絡開路電壓Uoc記入表1中，再用萬用表測出網絡的等效電阻Req記入表1中，并分別與仿真數據比較，仿真數據和實驗數據是一致的[4]。

圖6 戴維南定理實驗電路圖

表1 有源二端網路的開路電壓和等效電阻

將十進制電阻箱接入RL位置，將電阻分別調出100 Ω、200 Ω、300 Ω、400 Ω、500 Ω并用直流電流表分別測出其相應電流I，記入表2中，并分別與仿真數據比較，仿真數據和實驗數據是一致的。

表2 負載RL的電流值

將實驗電路中電壓源、電阻、電流表按電路圖6 (b)接線，圖中Uoc為實驗掛件電路所測出的開路電壓，Req為用歐姆表所側的電阻值或采用開路短路法所求得的電阻值， 仍為電阻箱。分別將電阻調為100 Ω、200 Ω、300 Ω、400 Ω、500 Ω并用直流電流表分別測出其相應電流 ，記入表2中，并分別與仿真數據比較，仿真數據和實驗數據是一致的。將表2中的數據進行比較，兩組數據在誤差范圍內接近，所以戴維南定理成立。

三、結語

設計了戴維南定理探究式教學過程。首先，設置探究問題情境，即對于一個既含獨立電源又含電阻二端網絡是否可以用一個等效電路置換。然后，根據替代定理和疊加定理設計仿真實驗探究問題，在計算機上應用Multisim 10進行仿真。在虛擬實驗情境中探究，得出一個有源二端網絡可以用一個電壓源和一個等效電阻的串聯等效電路置換，即戴維南定理內容。最后，在實驗臺上做戴維南定理實驗，實驗數據與仿真數據一致，通過比較電流的方法來驗證結論是正確的。

[1] 張崇善.探究式：課堂教學改革之理想選擇[J].教育理論與實踐,2001,21(11):39-42.

[2]孫玉紅.提高電工實訓教學的實效性[J].中國職業(yè)技術教育,2013，(2):94-96.

[3]邱關源.電路，四版[M].北京：高等教育出版社,2011:88-89.

[4]馬春英,馮燕.電工測量與實驗[M].鄭州：河南科學技術出版社,2012:129-130.

[責任編輯：趙 偉]

Inquiry Teaching: an Application for Thevenin's Theorem

PEI Huixia, FENG Yan, GAO Yanping

(Zhengzhou Railway Vocational and Technical College, Zhengzhou 451460, China)

This paper designs an inquiry teaching process of Thevenin's theorem. First, set a context, that is whether a two-terminal network including electrical resistance and independent power supply could be replaced by an equivalent circuit. Then, design simulation experiment according to the substitution theorem and superposition theorem. After that, perform the experiment in computer by using Multisim 10 and try to find the law of Thevenin's theorem. Finally, carry out the experiment of Thevenin's theorem in experimental table and verify the correctness of the law.

Thevenin's theorem; inquiry teaching; Multisim 10

2015 - 10 - 16

裴慧霞(1981—)，女，鄭州鐵路職業(yè)技術學院電氣工程講師，碩士，研究方向為電工技術教學技術及實訓。

G712

B

1008-6811(2016)03-0053-03