高中物理 《电感和电容对交变电流的影响》教学设计

《电感和电容对交变电流的影响》教学设计

二、电容对交变电流的影响

1．电容器的特性：“通交流，隔直流”。

2．容抗（XC）：电容对交变电流的阻碍作用的大小。单位：欧（Ω）。3．决定容抗大小的因素：电容器的电容（C）、交流电的频率（f）

C越大、f越高，XC越小

教学过程

引入新课【复习引入】

首先我们来回顾一下：什么是电容器？

电容器：任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体构成一个电容器。

如果将电容器接入直流电路中，电路中有没有电流？（没有，因为电容器中间是绝缘的。）看图问：请同学们观察一个如图所示实验，当电键闭合后，出现什么现象？

[学生]电键闭合后，A2立刻亮，A1缓慢亮，因为线圈会阻碍A1电流的变化。

为什么会有阻碍电流变化的现象呢？

因为电感器会产生一个阻碍导体中原电流变化的自感电动势，

今天，我们就来研究电感和电容对交变电流的影响。

【新课讲授】

[对比实验]现在我们有三个小灯泡，让它们并联接入交流电路中，可以观察到三个灯泡的亮度相同，说明这是三个相同的灯泡。

现在我们在其中的一个支路中串联一个电容，在另一个支路中串联一个电感。再将它们接入直流电路中。会有什么现象？

现象：没有串联任何东西的灯泡马上变亮，串联电容器的灯泡不亮，串联电感线圈的慢一点亮。

说明：（电容器不通直流）电容隔直流，电感通直流。

再将它们接入交流电路中。会有什么现象？

现象：没有串联任何东西的灯泡马上变亮，串联电容器的灯泡和串联电感线圈的灯泡都亮，不过亮度比没有串联任何东西的灯泡暗些。

为什么串联了电容器的电路都亮了呢？

我们先来看看这幅电路图。将电键往上打，我们会发现电流表会动一下，原因是电源往电容器充电，将电键往下打，我们会发现电流表也会动一下，原因是电容器放电，若想电路中有持续的电流，则要求电容器不断地充放电。这也就是为什么串联了电容器的电路都亮了，并不是真有电流通过电容器，而是电容器在不断地充放电。

串联电容器的灯泡和串联电感线圈的灯泡比没有串联任何东西的灯泡暗些又说明什么？（说明电容和电感对交流电有阻碍的作用。

说明：电容通交流，电感阻交流。

我们把电感对交变电流的阻碍作用的大小用感抗来表示。而对电容对交变电流的阻碍作用的大小用容抗来表示。

提出猜想

分组探究板书：感抗：电感对交变电流有阻碍作用，阻碍作用的大小用感抗来表示。

容抗：电容对交变电流有阻碍作用，阻碍作用的大小用容抗来表示。

【猜想】

感抗和容抗的大小和什么因素有关呢？

各小组进行猜想？

回答：感抗与自感系数和交变电流的频率有关，原因是自感电动势与自感系数和电流的变化快慢有关，在交变电流里是用频率表示电流变化的快慢的。

容抗与感抗类似，所以猜想容抗与电容和交变电流的频率有关。

【实验验证】

将全班分为4大组，分配探究任务：

1．探究自感系数对感抗大小的影响。

2．探究电容对感抗大小的影响。

3．探究交流电的频率对感抗大小的影响。

4．探究交流电的频率对容抗大小的影响。

提供的器材：交流低压电源，信号发生器（可以产生频率不同电压相同的低压交流电）、小灯泡、电容器、电感器、多用电表，电键，导线若干。

【交流评估】

学生分析实验现象，得出结论，各组选派代表进行交流。

教师启发学生评估各组实验结果，进行总结：

【探究结论】

1．线圈的自感系数越大、交流电的频率越高，电感对交流的阻碍作用越大，也就是说，线圈的感抗越大。

2．电容器的电容越大，交流电的频率越高，电容器对交流的阻碍作用越小，也就是说，电容器的容抗就越小。

今天得出的这个结论只是一个定性的，粗略的结论。

【巩固练习】

1．如图所示电路中，三只电灯的亮度相同，如果交流电的频率增大，三盏电灯的亮度将如何改变？为什么？

2．使用220V交流电源的电气设备和电子仪器，金属外壳和电源之间都有良好的绝缘，但是有时候用手触摸外壳仍会感到“麻手”，用试电笔测试时，氖管发光，这是为什么？