电感和电容对交变电流的影响
一.教材分析、学情分析
学习本节内容之前,学生刚刚学过交变电流的有关知识,电感和电容对学生而言也并不陌生。学生是带着过去的知识和经验走进课堂的,教师应善于抓住新旧知识之间的差异,引发新旧知识之间的冲突,利用最近发展区,促进学生认识水平的提高,从而使学生顺利完成新知识的自主建构。
二、教学目标
(一)知识与技能目标:
1.理解电感和电容对交变电流的阻碍作用。
2.知道感抗和容抗的物理意义及影响因素。
3.通过实验培养学生观察能力;通过猜想、假设、实验、交流合作与分析论证,培养学生科学探究能力。
(二)过程与方法目标:
1、了解如何通过实验现象得出相关的实验结论的方法。
2、深刻理解对比的实验方法在该实验中的应用。
(三)情感、态度与价值观目标:
1、在实验过程中养成严谨的科学态度。
2、在科学探究和科学辩论中提高科学素养。
3、培养理论联系生活实际的辩证唯物主义思想。
三、教学重点:
1、探究活动的情境创设及学生探究过程的调控与把握。
2、感抗和容抗的影响因素及特点分析。
3、电容和电感线圈对交流电阻碍作用规律的得出及相关应用。
四、教学难点:
1、影响感抗和容抗的因素及特点分析。
2、电容和电感对交流电阻碍作用的得出及相关应用。
3、学生探究过程的调控与把握。
五、教学过程:
(一)意想不到的实验
(免去新课导入的过程,直接将情境融入内容。)
师:今天我们学习“电容和电感对交变电流的影响”,那么什么是电感呢?
1、学生回答
2、课件展示
师:看来电感就是由导线绕制而成的。如果把电感和小灯泡串联接入电路,会发生什么事情?
生:小灯泡会亮。
(教师演示,灯果然亮了)
师:我们再来看一遍。
(教师演示,灯亮了,但明显比刚才变暗了。)
师:这是怎么回事?
(面对意想不到的新情况,学生开始议论纷纷。)
请一位同学上台观察,然后把看到的情况向大家汇报。
(揭开谜底)课件展示电路图如下:
师:为什么将电源由直流切换为交流,灯泡变暗了?
学生自主探究:
a)小组讨论
b)获得结论:交流——自感现象——灯变暗
(二)探究感抗的大小
1、感抗:电感线圈对交流电的阻碍作用叫感抗。
2、学生自主分析影响感抗的因素:
1)猜想与假设
感抗是由于自感现象而产生的。
自感电动势越大感抗越大。
交变电流频率越大,电流变化越快。
2)实验探究:(小组内分工合作,组间竞争)
(1)保持线圈的自感系数L不变,将直流(f=0)和交流作对比:
(2)保持交流电的频率f不变,改变线圈的自感系L:
3)结论(小组汇报):线圈的自感系数L越大,交流电的频率f越高,电感线圈对交流电的阻碍作用就越大,即感抗越大。
3、感抗的应用——扼流圈
(1)低频扼流圈(课件展示画面)
结构特点
功能特点
由铜线绕制而成直流电阻很小,通常可以忽略
有铁芯、线圈匝数多(几千匝,甚至超过一万)自感系数很大,一般为几十亨
作用:对低频交流电的阻碍作用很大(对高频交流电的阻碍作用更大)
学生总结特点:通直流,阻交流(低频和高频)
注意问题:低频扼流圈的造价较高
(2)高频扼流圈(结合画面)
结构特点
功能特点
多为空心,少数有铁芯;自感系数很小,一般为几毫亨
匝数少,几百或几千
作用:只对高频交流电有较大的阻碍作用;对低频交流电的阻碍作用较小,对直流电的阻碍作用极小(直流电的频率f=0)
学生比较该规律中频率的变化,总结高频扼流圈的工作特点:通直流,通低频,阻高频。
(三)“不可理喻”的电容
师:什么是电容?
生:两个相互靠近而又彼此绝缘的导体组成电容。是一种储存电荷的容器。
师:既然构成电容的两个导体彼此绝缘,电荷无论如何也无法通过电容,如果把它和小灯泡串联接入电路,打死我也不相信灯泡会亮!大家觉得呢?有没有反对意见?
(学生稍许沉默,然后开始讨论。注意:老师并没有“命令”学生这么去做,完全是自发的讨论。)
同学甲:我觉得在交流电路里,情况可能不是这么简单。
师:那你怎么认为?
生甲:我觉得灯可以亮。补充一下,这是一种猜测,因为交变电流方向在不断变化嘛。
师:我觉得你分析的挺有道理,但你能不能回答我另一个问题?
生甲:请讲。
师:如果两根导线的线头互相靠近,这算不算电容?
生甲:(略加思索)应该算!
师:那好,一天晚上,你正在台灯下勤奋学习,有人悄悄剪断了你家的导线。
生甲:这个。。。
师:那我们就让事实来说话吧。
(邀请生甲上台操作。)
接直流电源:灯不亮。
接交流电源:灯亮了!
师:虽然我一直在坚持自己的观点,但我们必须得相信事实。看样子是我错了。请问生甲,此时此刻,你有什么感想?
生甲:(不好意思地)没想到我是正确的。只时还不太明白。
师:你的表现其实真的很不错!
(学生鼓掌。)
师:那么电容是如何“通交流”的呢?
师生共同分析,鼓励更多同学发表自己观点。
结论:在交变电压的作用下,电容器交替进行充、放电,电路中就有了电流。
(四)探究容抗的大小
师:请问生甲,你家的电线被剪断了,为什么不能导电?
生甲:我还没想明白。
师:请大家想想,交变电流可以“通过”电容器,电容器对交变电流有没有阻碍作用呢?
1、电容对交流的阻碍作用的大小用容抗表示。
2、自主探究(教师应做好启发和引导工作):剪断的导线为什么不能“通”交流呢?
猜想:“距离”太大;正对面积太小—电容太小
联想:电容靠不断充放电来“通”电流。
推想:电容大一次充电量大;频率高单位时间内充电次数多,所以电流大,容抗小。
3、结论:电容C越大,交流的频率f越高,电容器的阻碍作用越小,容抗越小
4、实际应用:通交流、隔直流,通高频、阻低频。
(五)知识拓展(联系实际,由物理走向生活)
(课件展示)电容不仅存在于成型的电容器中,也存在于电路的导线、元件及机壳间.有时候这种电容的影响是很大的,当交流的频率很高时更是这样.同样.电感也不仅存在于成型的线圈中.下面将要学习的远距离输电线的电感和电容都很大,它们造成的电压损失常常比电阻造成的还要大.
板书设计
一、感抗
1、定义:电感线圈对交流电的阻碍作用叫感抗。
2、影响感抗的因素:
3.应用
二、容抗
1.定义:电容对交流电的阻碍作用叫容抗
2.影响容抗的因素:
3,应用
七.课后练习
C类
1.电感对交变电流的影响的以下说法中,正确的是(ABCD)
A.电感对交变电流有阻碍作用
B.电感对交变电流阻碍作用的大小叫感抗
C.电感对某一频率的交变电流的阻碍作用跟线圈的自感系数有关
D.线圈的自感系数越大,交变电流的频率越高,电感对交变电流的阻碍作用就越大
B类
2.电容对交变电流的影响的以下说法中,正确的是(ACD)
A.交变电流能通过电容器
B.电容器具有通直流、阻交流的作用
C.电容器电容较小时,它具有通高频、阻低频的功能
D.电容器的电容越大,交变电流的频率越高,电容器对交变电流的阻碍作用就越小
A类
3.下列说法中,正确的是(D)
A.电感对交流的阻碍作用是因为电感存在电阻
B.电容对交流的阻碍作用是因为电容器有电阻
C.感抗、容抗和电阻一样,电流通过它们做功时都是电能转化为内能
D.在交变电流中,电阻、感抗、容抗可以同时存在
电感和电容对交变电流作用
教学目的:
1、了解电感对电流的作用特点.
2、了解电容对电流的作用特点.
教学重点:电感和电容对交变电流的作用特点.
教学难点:电感和电容对交变电流的作用特点.
教学方法:启发式综合教学法
教学用具:小灯泡、线圈(有铁芯)、电容器、交流电源、直流电源.
教学过程:
一、引入:
在直流电流电路中,电压、电流和电阻的关系遵从欧姆定律,在交流电路中,如果电路中只有电阻,例如白炽灯、电炉等,实验和理论分析都表明,欧姆定律仍适用.但是如果电路中包括电感、电容,情况就要复杂了.
二、讲授新课:
1、电感对交变电流的作用:
实验:把一线圈与小灯泡串联后先后接到直流电源和交流电源上,观察现象:
现象:接直流的亮些,接交流的暗些.
引导学生得出结论:接交流的电路中电流小,间接表明电感对交流有阻碍作用.
为什么电感对交流有阻碍作用?
引导学生解释原因:交流通过线圈时,电流时刻在改变.由于线圈的自感作用,必然要产生感应电动势,阻碍电流的变化,这样就形成了对电流的阻碍作用.
实验和理论分析都表明:线圈的自感系数越大、交流的频率越高,线圈对交流的阻碍作用就越大.
应用:日光灯镇流器是绕在铁芯上的线圈,自感系数很大.日光灯起动后灯管两端所需的电压低于220V,灯管和镇流器串联起来接到电源上,得用镇流器对交流的阻碍作用,就能保护灯管不致因电压过高而损坏.
2、交变电流能够通过电容
实验:把白炽灯和电容器串联起来分别接在交流和直流电路里.
现象:接通直流电源,灯泡不亮,接通交流电源,灯泡能够发光.
结论:直流不能通过电容器.交流能通过交流电.
引导学生分析原因:直流不能通过电容器是容易理解的,因为电容器的两个极板被绝缘介质隔开了.电容器接到交流电源时,实际上自由电荷也没有通过两极间的绝缘介质,只是由于两极板间的电压在变化,当电压升高时,电荷向电容器的极板上聚集,形成充电电流;当电压降低时,电荷离开极板,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.
学生思考:
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,这是什么?
原因:与电源相连的机芯和金属外壳可以看作电容器的两个极板,电源中的交变电流能够通过这个“电容器”.虽然这一点“漏电”一般不会造成人身危险,只是为了在机身和外壳间真的发生漏电时确保安全,电气设备和电子仪器的金属外壳都应该接地.
3、电容不仅存在于成形的电容器中,也存在于电路的导线、无件、机壳间.有时候这种电容的影响是很大的,当交变电流的频率很高时更是这样.同样,感也不仅存在于线圈中,长距离输电线的电感和电容都很大,它们造成的电压损失常常比电阻造成的还要大.
总结:
电容:通高频,阻低频.
电感:通低频,阻高频.
──以普通高中《物理课程标准》的课程目标要求来设计
浙江东阳中学韦国清
普通高中《物理课程标准》中从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度上,提出了高中物理课程的具体目标。在--过程中,我们需要从这三个维度来构建教学内容和安排教学活动。下面是结合课程目标的要求,全日制普通高中教科书(试验修订本·必修加选修)物理第二册《电感和电容对交变电流的影响》一节的--。
【教学目标】
1.知识与技能
知道电感线圈有“通直流阻交流”和电容器有“隔直流通交流”的作用;知道感抗、容抗的大小由哪些因素决定;能解释电感和电容对交变电流产生影响的原因;了解电感和电容器在电子技术等方面的应用。
2.过程与方法
观察演示实验,理解实验过程中控制变量的方法;通过研究感抗(容抗)与自感系数(电容)的定性关系,获得实验探究过程的体验;通过对电感和电容对交变电流影响的理论分析,体会理论解释实验的成功感受。
3.情感态度与价值观
通过实验的互动过程,诱发对探究物理规律的兴趣;简介电感和电容的应用,欣赏物理器件的美妙的应用;通过具实记录观察到的现象和数据,体验实事求是的科学态度。
【教学用具】
1.演示交直流电源、小灯泡(12v)、阻值15Ω的电阻、电感线圈(J2426小型变压器)、10μF电容器、低频信号发生器(J2462-1型)等供演示用;
2.各种不同型号的高频、低频扼流圈供演示用;
3.学生低压交直流电源(最小的输出电压大于16V)、15μF和200μF的电容器J2426小型变压器(将线圈匝数不同的两组线圈用不同颜色的导线接出)、小灯泡(6V)、导线等供学生实验用(以上器材每两人一组)。
【设计思路】
从教材的要求来看,本课题对知识与技能的要求均不高。一般的教法可以简单比较电感和电容对交变电流的阻碍作用,进行一些理性的讲解,配合若干验证性的实验,使学生了解感抗和容抗的大小与哪些因素有关。教材中对演示实验的要求很简单,更没有学生实验的要求。
本--特别强调了对实验的挖掘。例如增加了学生互动的实验,不仅帮助学生理解感抗和容抗的概念,提高实验动手能力,更重要的是使学生在互动和探索的过程中,培养学生的合作精神、获得探究的成功体验;通过引入新课时设计的实验,培养学生的问题意识和激发学生的学习兴趣;通过教学中的若干个演示实验的设计,特别是用信号发生器替代变频电源来做实验,使学生感悟科学的探究方法和强化创新的意识。
【教学过程】
一、引入课题
请同学们先来观察一组实验,如图1所示。介绍有关器材:低压交直流电源,小灯泡,3个经过包装的电学元件(根据外面不能判断是何元件)。
演示1:
(1)将小灯泡直接接到交变电流源上,调节电压使灯泡正常发光;
(2)如果将1号电学元件串联入电路中,观察现象(灯泡变暗);
(3)再将2号电学元件串联入电路中,观察现象(灯泡变得更暗);
(4)然后将3号电学元件串联入电路中,观察现象(灯泡仍较暗)。
演示2:
门路1号元件接相同电压的直流上,观察现象[与演示1(1)情况相同亮度];
(2)将2号元件接相同电压的直流上,观察现象(比原来变亮);
(3)将3号元件接相同电压的直流上,观察现象(亮了一下不亮)。
小结:1号元件对交直流的影响几乎相同,2号元件对交变电流的影响较大,3号元件对直流电影响很大,且直流电不能通过3号元件。
根据现象进行猜想,然后经过学生的讨论分析,做出判断。将这三个元件从暗盒中拿出,分别得出1号元件为电阻、2号元件为电感线圈、3号元件为电容器。
从上面观察到的现象说明:除电阻外,电感、电容对直流和交变电流的影响程度是不同的,这是我们要来研究的问题。
二、研究电感线圈对突变电流的阻碍作用
电感对交变电流的阻碍作用的大小用感抗的大小来表示。那么,感抗的大小可能与哪些因素有关呢?
启发学生:可能与自感系数、交变电流的频率和电压等有关。
1.研究感抗与自感系数的关系
提供低压交变电流源、小灯泡、学生实验用的变压器,若干导线,要求学生设计实验,研究感抗与自感系数的定性关系。
学生互动,教师巡回指导,纠正学生的差错在此过程可能出现的问题:(1)基本的连接不会;(2)线圈的连接不会等。
请一组学生简述实验的设计思路及实验现象和由此得到的结果:将灯泡与线圈串联接入交变电流,线圈的连接分两次,一次是线圈匝数较少,另一次线圈的匝数较多,灯泡出现由亮变暗的现象,说明线圈的自感系数大时,线圈对交变电流的阻碍作用大,感抗大。
提示:线圈的自感系数在其他条件不变的情况下,匝数越多自感系数越大。
2.研究感抗与交变电流的频率的关系
如果要研究感抗与交变电流频率的关系应该如何办?──在电压不变的情况下选用变频的交变电流源,为了研究方便,我们可选信号发生器来替代。
演示3:信号发生器可以输出电压一定且不同频率的交变电流。串联好电路,保持电压不变的条件下,使输出交变电流的频率升高,观察到灯泡变暗的现象。说明:频率越高,线圈对交变电流的阻碍越大,感抗越大。
3.研究与交变电流电压的关系(将灯泡换成交变电流表)
演示4:在交变电流频率、线圈的自感系数不变的条件下,交流的电压加倍,电流加倍。可得出感抗与交变电流电压U无关。
结论:L越大感抗越大、越高感抗越大、感抗与U无关。
三、研究电容对突变电流的阻碍作用
电容对交变电流的阻碍作用用容抗来表示。从上面的研究,可以得到推论,容抗的大小可能与电容和交变电流的频率有关。
1.研究容抗与电容C的关系
学生互动:提供电容分别为150μF与200μF的电容器2只。巡回辅导学生做实验。
2.研究容抗与交变电流频率的关系
演示5:信号发生器可以输出不同频率的交变电流。串联好电路,保持电压不变的条件下,使输出交变电流的频率升高,观察到灯泡变亮的现象,说明:频率越高,电容器对交变电流的阻碍越小,容抗越小。
结论:C越大容抗越小、f越高容抗越小。
四、问题讨论
1.分析电感线圈在交直流电中的作用(学生互相议论后回答)
由于交变电流的频率越低感抗越小,而直流电的频率等于0,在直流电中电感对它的阻碍作用几乎没有。所以电感线圈有“通直流阻交流”的作用。
交变电流的频率越高,感抗越大,阻碍作用越大。所以电感有“通低频、阻高频”作用。
理论解释:
(1)电感线圈:直流电通过电感线圈时,由于电流不发生变化,电感线圈对直流电没有阻碍作用;交变电流通过电感线圈时,在线圈中要产生自感现象(自感电流总要阻碍电路中原来电流的变化),所以电感线圈对交变电流有阻碍作用。
(2)为什么线圈的自感系数越大,感抗越大?
自感系数越大,对一定的交变电流产生的自感现象越明显,阻碍作用越大,感抗也越大。
(3)为什么交变电流的频率越高,感抗越大?
交变电流的频率越高,即电流的交化越快,产生的自感现象越明显,阻碍作用越大,感抗也越大。
2.分析电容器在交直流电中的作用(学生互相议论后回答)
由于交变电流的频率越低容抗越大,而直流电的频率为0,在直流电路中,电容对它的阻碍作用很大(无穷大),直流电不能通过电容器。所以电容器有“通交流、隔直流”作用。
交变电流的频率越高,容抗越小,阻碍作用越小,所以有“通高频、阻低频”作用。
理论解释:
(1)电容器:因为电容器的两极板间是绝缘的电介质,直流电不能通过电容器。
(2)交变电流能真正通过电容器吗?
当电容器接上交变电压时,实际上自由电行也没有通过电容两极板间的绝缘介质。p.194图8-10所示,只不过在交变电压的作用下,当电源的电压升高时,电容器充电,电荷向电容极板聚集,形成了充电电流;当电源电压降低时,电荷从电容器的极板上放出,形成了放电电流。电容器交替进行充电和放电,电路中就有了电流,表现为交变电流“通过”了电容器。(3)为什么电容越大,容抗越小?
电容器的电容越大,表明电容器储存电荷的能力越大,在电压一定的条件下,单位时间内电路中充放电移动的电荷量越大,电流越大。所以电容对交变电流的阻碍作用越小,容抗越小。
(4)为什么交变电流的频率越高,容抗越小?
在交变电流的电压一定时,交变电流的频率越高,电路中充放电越频繁,单位时间内电荷移动速率越大,电流越大。所以电容对交变电流的阻碍作用越小,容抗越小。
五、技术上的应用
(1)电工和电子技术中的扼流圈。利用电感对交变电流的阻碍作用制成的,有低频扼流圈和高频扼流圈两种(示意实物)。低频扼流圈匝数为几乎到超过一万,对低频交变电流有较大的阻碍作用,线圈本身电阻较小,对直流电阻碍作用较小;高频扼流圈匝数为几百匝,对低频交变电流的阻碍作用较小,对高频交变电流的阻碍作用很大。
(2)在电子技术中,从某一装置输出的电流常常既有交流成分,又有直流成分。如果只需要把交流成分输送到下一级装置,只要在两级电路之间接入一个电容器(称为隔直电容器)就可以了。如图2所示,电流通过电容器,只能是交流部分通过电容器到达后一级装置,直流电隔在前一级装置。
(3)在电子技术中,从某一装置输出的交流常常既有高频成分,又有低频成分。如果只需把低频成分送到下一级装置,只要在下一级电路的输入端并联一个电容器就可以达到目的,如图3所示。具有这种用途的电容器叫做高频旁路电容器。说明它的工作原理。
说明:频率越高的交流部分容抗越小,易通过电容器。高频部分电流通过电容器分流了,低频部分电流,由于容抗大不易通过电容器而输入到下一级。
(4)电容电感不仅在制造的现成电容器和电感线圈中存在。在导线之间。电子元件及机壳之间,有时会造成较大的影响,这是我们应该注意到的。
【教学体会】
通过本节课的教学实践,尝试了教学方式的多样化。教学中在体现了教师的主导作用的前提下,充分调动了学生的主体活动对教学效果带来了积极的影响。课中的学生实验的互动探究、课题引出时设置的有趣的实验演示以及课堂中学生的相互讨论,从课内的表现来看,对调动学生学习兴趣起到了良好的作用,学生参与积极,促进了学生的自主学习;从课后的反馈来看,对学生深入理解所学的物理知识与技能有帮助。同时体会到,在新课程体系下,尽管我们要用新的理念去改革传统的物理教学,但是物理教学重视实验教学这一传统的做法是我们应该坚持的。
作为杰出的教学工作者,能够保证教课的顺利开展,作为高中教师就要在上课前做好适合自己的教案。教案可以保证学生们在上课时能够更好的听课,帮助高中教师掌握上课时的教学节奏。那么,你知道高中教案要怎么写呢?下面是小编帮大家编辑的《电感和电容对交变电流的影响学案课件练习》,大家不妨来参考。希望您能喜欢!
三、电感和电容对交变电流的影响文章来源:http://m.jab88.com/j/104614.html
更多