逍遥学能 2013-04-24 23:50
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。
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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