戴维南定理探究式教学的探讨

裴慧霞，冯 燕，高艳平

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 450052)



戴维南定理探究式教学的探讨

裴慧霞，冯 燕，高艳平

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 450052)

首先，设置探究问题情境，即对于一个既含独立电源又含电阻二端网络是否可以用一个等效电路置换。然后，根据替代定理和叠加定理设计仿真实验，在计算机上应用Multisim 10进行仿真。在虚拟实验情境中探究，寻找规律，得出戴维南定理，即一个有源二端网络可以用一个电压源和一个等效电阻的串联等效电路置换。最后，在实验台上做戴维南定理实验，通过比较电流法来检验结论的正确性。

戴维南定理；探究式教学；Multisim 10

探究式课堂教学是教师和学生双方参与的活动，他们都将以导师和主人的双重身份进入探究式课堂[1]。戴维南定理是电路分析中一个很重要的定理，也是教学难点。传统的教学模式为理论+习题+实验，学生觉得抽象，学习积极性不高，缺少兴趣[2]。

在教学中引入Multisim 10.0仿真技术，化抽象为直观，可以提高课程的趣味性，激发学生的求知欲。利用虚拟实验对传统实验的补充与改进，便于从验证性实验到创造性实验教学模式的转变，让学生在掌握课程内容的同时也掌握了软件的使用方法。对学生的培养不再仅仅是知识技能的掌握，而上升到学习能力、技术素养、创新能力的提高。学生利用Multisim 10.0软件探究解决问题的过程，是一个充满想象，不断创新的过程，通过情景教学的训练，引导学生把这种解决问题的技能逐渐迁移到其他领域，使他们的知识和能力都得到很好的发展。

一、戴维南定理探究式实验设计

(一)设置探究问题情景

根据齐性定理可知，对于一个不含独立电源，仅含电阻和受控源的一端口，其端口输入电压和输入电流的比值是一个常量，这个比值就定义为该一端口的输入电阻或等效电阻。所以，这类一端口可以用一个电阻支路等效置换。那么，对于一个既含独立电源又含电阻和受控源的个线性含源二端网络，图1为已知电路的仿真电路，U=5.291 V，I=0.023 A，虚线框内的电路Ns可视为有源二端网络，外电路为电阻R5，虚线框内的电路Ns是否可以用一个等效电路置换。

图1 已知电路的仿真电路

(二)设计仿真实验探究问题

图2 电流源2替代R5仿真电路

再应用叠加原理。图3为电流源I2不作用的仿真电路，电压为U1；图4为电流源I2作用的仿真电路，电压为U2。根据叠加定理U=U1+U2。

图3 电流源2不作用仿真电路

图4 电流源2作用仿真电路

最后，因为U1=Uoc，U2=-ReqI，所以U=U1+U2=Uoc-RoqI，所以电压U可以用一个电压源和一个等效电阻的串联，等效电路如图5，U=5.290V，I=0.023A。

图5 戴维南定理等效电路仿真电路

(三)仿真实验探究结论

把一个有源二端网络用一个电压源和一个等效电阻的串联等效电路置换后，端电压与端电流保持不变，所以一个有源二端网络可以用一个电压源和一个等效电阻的串联等效电路置换。

二、戴维南定理实验

按照实验电路图6 (a)接线，将接入实验挂件电路中的电压源调节为12 V，将电流源调节为10 mA，将开关K向右拨至RL方向(此时RL尚未接入)。用直流电压表测出网络开路电压Uoc记入表1中，再用万用表测出网络的等效电阻Req记入表1中，并分别与仿真数据比较，仿真数据和实验数据是一致的[4]。

图6 戴维南定理实验电路图

表1 有源二端网路的开路电压和等效电阻

将十进制电阻箱接入RL位置，将电阻分别调出100 Ω、200 Ω、300 Ω、400 Ω、500 Ω并用直流电流表分别测出其相应电流I，记入表2中，并分别与仿真数据比较，仿真数据和实验数据是一致的。

表2 负载RL的电流值

将实验电路中电压源、电阻、电流表按电路图6 (b)接线，图中Uoc为实验挂件电路所测出的开路电压，Req为用欧姆表所侧的电阻值或采用开路短路法所求得的电阻值， 仍为电阻箱。分别将电阻调为100 Ω、200 Ω、300 Ω、400 Ω、500 Ω并用直流电流表分别测出其相应电流 ，记入表2中，并分别与仿真数据比较，仿真数据和实验数据是一致的。将表2中的数据进行比较，两组数据在误差范围内接近，所以戴维南定理成立。

三、结语

设计了戴维南定理探究式教学过程。首先，设置探究问题情境，即对于一个既含独立电源又含电阻二端网络是否可以用一个等效电路置换。然后，根据替代定理和叠加定理设计仿真实验探究问题，在计算机上应用Multisim 10进行仿真。在虚拟实验情境中探究，得出一个有源二端网络可以用一个电压源和一个等效电阻的串联等效电路置换，即戴维南定理内容。最后，在实验台上做戴维南定理实验，实验数据与仿真数据一致，通过比较电流的方法来验证结论是正确的。

[1] 张崇善.探究式：课堂教学改革之理想选择[J].教育理论与实践,2001,21(11):39-42.

[2]孙玉红.提高电工实训教学的实效性[J].中国职业技术教育,2013，(2):94-96.

[3]邱关源.电路，四版[M].北京：高等教育出版社,2011:88-89.

[4]马春英,冯燕.电工测量与实验[M].郑州：河南科学技术出版社,2012:129-130.

[责任编辑：赵 伟]

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，郑州铁路职业技术学院电气工程讲师，硕士，研究方向为电工技术教学技术及实训。

G712

B

1008-6811(2016)03-0053-03