一阶RC电路“非正常”现象探究的启发式教学探索与实践

针对传统一阶RC电路实验中存在的工程背景较弱、探究空间小、对学生启发性不够问题,从实验方案、实验内容、实验手段等多个方面进行了较大幅度改革。采用“直流电压源+机械开关”的新型实验方案,让电路暴露出多种体现实际工程特性的“非正常”现象,提高了实验的创新性;以“非正常”现象为切入点,引导学生深入探究实际电路中普遍存在的杂散电容、开关抖动、仪器内阻等工程要素,锻炼学生工程思维,提高了实验的高阶性;构建“线上SPOC学习+线下智慧实验”混合式智慧化学习闭环,强化学生自主学习,严格实施过程考核,增加了实验的挑战度。教学实践表明,改革后的一阶RC电路实验有助于加深学生对动态电路响应过程本质和内涵的理解,有助于提高学生问题分析和电路调试能力,有助于锻炼学生的创新思维和工程素养,具有较大的推广应用价值。

方波激励下的一阶RC响应的简捷解析

通过简易的数学方法,比较直观地解析描述了RC电路在周期为T、幅值为U m和占空比为δ的方波电压u激励下的电容器C上的响应电压u c的变化情况,得出u c在u的上升沿和下降沿上的值将分别单调连续地收敛于U m(1-A 1)A 2/(1-A 1 A 2)和U m(1-A 1)/(1-A 1 A 2),其中A 1=e-Tδ/(RC)和A 2=e-T(1-δ)/(RC).同时也对各参数之间的关系进行了分析探讨.所得结论不但有助于理解和分析方波激励下的一阶RC暂态过程的实验现象,也有助于改善实验设计时对参数的选择.