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探究电阻、电感和电容的作用

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2.3 探究电阻、电感和电容的作用
三维目标
1、知识与技能
(1)理解为什么电感对交变电流有阻碍作用;
(2)知道用感抗表示电感对交变电流阻碍作用的大小,知道感抗与哪些因素有关;
(3)知道交变电流能通过电容器。知道为什么电容器对交变电流有阻碍作用;
(4)知道用容抗表示电容对交变电流的阻碍作用的大小。知道容抗与哪些因素有关。
2、过程与方法
(1)培养学生独立思考的思维习惯;
(2)培养学生用学过的知识去理解、分析新问题的习惯。
3、情感、态度与价值观:培养学生有志于把所学的物理知识应用到实际中去的学习习惯。
重点:电感、电容对交变电流的阻碍作用。感抗、容抗的物理意义。
教学难点:感抗的概念及影响感抗大小的因素。容抗概念及影响容抗大小的因素。
教学方法:实验法、阅读法、讲解法。
教学手段:双刀双掷开关、学生用低压交直流电、灯泡(6 V、0.3 A)、线圈(用变压器的副线圈)、电容器(“103 μF、15 V”与“200 μF、15 V”)2个、两个扼流圈、投影片、投影仪。
(一)引入新
在直流电路中,影响电流跟电压关系的只有电阻。在交变电流路中,影响电流跟电压关系的,除了电阻外,还有电感和电容。电阻器、电感器、电容器是交变电流路中三种基本元。这节我们学习电感、电容对交变电流的影响。

(二)进行新
1、电感对交变电流的阻碍作用
演示:电阻、电感对交、直流的影响。实验电路如下图甲、乙所示:
[: ]
演示甲图,电键分别接到交、直流电上,引导学生观察两次灯的亮度(灯的亮度相同。说明电阻对交流和直流的阻碍作用相同。)
演示乙图,电键分别接到交、直流电上,引导学生观察两次灯的亮度(电键接到直流上,亮度不变;接到交流上时,灯泡亮度变暗。说明线圈对直流电和交变电流的阻碍作用不同。)
线圈对直流电的阻碍作用只是电阻;而对交变电流的阻碍作用除了电阻之外,还有电感。
问题1:为什么会产生这种现象呢?
答:由电磁感应的知识可知,当线圈中通过交变电流时,产生自感电动势,阻碍电流的变化。[: ]
问题2:电感对交变电流阻碍作用的大小,用感抗表示。感抗的大小与哪些因素有关?请同学们阅读教材后回答。
答:感抗决定于线圈的自感系数和交变电流的频率。线圈的自感系数越大,自感作用就越大,感抗就越大;交变电流的频率越高,电流变化越快,自感作用越大,感抗越大。
线圈在电子技术中有广泛应用,有两种扼流圈就是利用电感对交变电流的阻碍作用制成的。出示扼流圈,并介绍其构造和作用。
(1)低频扼流圈
构造:线圈绕在闭合铁芯上,匝数多,自感系数很大。
作用:对低频交变电流有很大的阻碍作用。即“通直流、阻交流”。
(2)高频扼流圈
构造:线圈绕在铁氧体芯上,线圈匝数少,自感系数小。
作用:对低频交变电流阻碍小,对高频交变电流阻碍大。即“通低频、阻高频”。
2、交变电流能够通过电容器
演示:电容对交、直流的影响。实验电路如图所示:

开关S分别接到直流电和交变电流上,观察现象(接通直流电,灯泡不亮;接通交变电流,灯泡亮了说明了直流电不能够通过电容器,交变电流能够“通过”电容器。)
电容器的两极板间是绝缘介质,为什么交变电流能够通过呢?用CAI展示电容器接到交变电流上,充、放电的动态过程。强调自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质,只是当电电压升高时电容器充电,电荷向电容器的极板上集聚,形成充电电流;当电电压降低时电容器放电,电荷从电容器的极板上放出,形成放电电流。电容器交替进行充电和放电,电路中就有了电流,表现为交流通过了电容器。

3、电容器对交变电流的阻碍作用
演示:电容器对交变电流的影响:将刚才实验电路中“1000 μF,15 V”的电容器去掉,观察灯泡的亮度,说明了什么道理?
答:灯泡的亮度变亮了。说明电容器对交变电流也有阻碍作用。(的确是这样。物理上用容抗表示电容器对交变电流阻碍作用的大小。)
问题2:容抗跟哪些因素有关呢?请同学们阅读教材后回答。
答:容抗决定于电容器电容的大小和交变电流的频率。电容越大,在同样电压下电容器容纳电荷越多,因此充放电的电流越大,容抗就越小;交变电流的频率越高,充放电进行得越快,充放电电流越大,容抗越小。即电容器的电容越大,交变电流频率越高,容抗越小。
电容器具有“通交流、隔直流”“通高频、阻低频”的特点。

4、堂总结、点评
本节主要学习了以下几个问题:
1、由于电感线圈中通过交变电流时产生自感电动势,阻碍电流变化,对交变电流有阻碍作用。电感对交变电流阻碍作用大小用感抗表示。线圈自感系数越大,交变电流的频率越高,感抗越大,即线圈有“通直流、阻交流”或“通低频,阻高频”特征。
2、交变电流“通过”电容器过程,就是电容器充放电过程。由于电容器极板上积累电荷反抗自由电荷做定向移动,电容器对交变电流有阻碍作用。用容抗表示阻碍作用的大小。电容器的电容越大,交流的频率越高,容抗越小。故电容器在电路中有“通交流、隔直流”或“通高频、阻低频”特征。

5、实例探究
电感对交变电流的影响

【例1】如图所示电路中,L为电感线圈,R为灯泡,电流表内阻为零。电压表内阻无限大,交流电的电压u=220 sin10πt V。若保持电压的有效值不变,只将电频率改为25Hz,下列说法中正确的是( )
1.电流表示数增大 B.电压表示数减小 C.灯泡变暗 D.灯泡变亮

电感和电容对交变电流的影响
例2、图所示是电视机电部分的滤波装置,当输入端输入含有直流成分、交流低频成分的电流后,能在输出端得到较稳定的直流电,试分析其工作原理及各电容和电感的作用。
]
6、巩固练习
1、关于低频扼流圈,下列说法正确的是
A.这种线圈的自感系数很小,对直流有很大的阻碍作用 B.这种线圈的自感系数很大,对低频电流有很大的阻碍作用
C.这种线圈的自感系数很大,对高频交流的阻碍作用比低频交流的阻碍作用更大
D.这种线圈的自感系数很小,对高频交流的阻碍作用很大而对低频交流的阻碍作用很小

2、在图所示电路中,u是有效值为200 V的交流电,C是电容器,R是电阻。关于交流电压表的示数,下列说法正确的是 ( )
A.等于220 V B.大于220 V C.小于220 V D.等于零

3、在图所示的电路中,a、b两端连接的交流电既含高频交流,又含低频交流;L是一个25 mH的高频扼流圈,C是一个100 pF的电容器,R是负载电阻,下列说法中正确的是 ( )
A.L的作用是“通低频,阻高频” B.C的作用是“通交流,隔直流”
C.C的作用是“通高频,阻低频” D.通过R的电流中,低频电流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比



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