高二物理5.3《電感和電容對(duì)交變電流的影響》學(xué)案（人教版選修3-2）

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111 5．3 電感和電容對(duì)交變電流的影響 教學(xué)目標(biāo) （二）過(guò)程與方法 1．培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的思維習(xí)慣。 2．培養(yǎng)學(xué)生用學(xué)過(guò)的知識(shí)去理解、分析新問(wèn)題的習(xí)慣。 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 培養(yǎng)學(xué)生有志于把所學(xué)的物理知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中去的學(xué)習(xí)習(xí)慣。 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 重點(diǎn) 1．電感、電容對(duì)交變電流的阻礙作用。2．感抗、容抗的物理意義。 難點(diǎn) 1．感抗的概念及影響感抗大小的因素。 2．容抗概念及影響容抗大小的因素。 教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)法、閱讀法、講解法。 教學(xué)手段 雙刀雙擲開關(guān)、學(xué)生用低壓交直流電源、燈泡（6 V、0.3 A）、線圈（用變壓器的副線圈）、電容器（“103 μF、15 V”與“200 μF、15 V”）2個(gè)、兩個(gè)扼流圈、投影片、投影儀 教學(xué)過(guò)程 （一）引入新課 在直流電路中，影響電流跟電壓關(guān)系的只有電阻。在交變電流路中，影響電流跟電壓關(guān)系的，除了電阻外，還有電感和電容。電阻器、電感器、電容器是交變電流路中三種基本元件。這節(jié)課我們學(xué)習(xí)電感、電容對(duì)交變電流的影響。 （二）進(jìn)行新課 1．電感對(duì)交變電流的阻礙作用 ［演示］電阻、電感對(duì)交、直流的影響。實(shí)驗(yàn)電路如下圖甲、乙所示： 演示甲圖，電鍵分別接到交、直流電源上，引導(dǎo)學(xué)生觀察兩次燈的亮度 燈的亮度相同。說(shuō)明電阻對(duì)交流和直流的阻礙作用相同。 演示乙圖，電鍵分別接到交、直流電源上，引導(dǎo)學(xué)生觀察兩次燈的亮度 電鍵接到直流上，亮度不變；接到交流上時(shí)，燈泡亮度變暗。說(shuō)明線圈對(duì)直流電和交變電流的阻礙作用不同。 線圈對(duì)直流電的阻礙作用只是電阻；而對(duì)交變電流的阻礙作用除了電阻之外，還有電感.為什么會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢？ 由電磁感應(yīng)的知識(shí)可知，當(dāng)線圈中通過(guò)交變電流時(shí)，產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流的變化。 電感對(duì)交變電流阻礙作用的大小，用感抗來(lái)表示。感抗的大小與哪些因素有關(guān)？請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材后回答。 感抗決定于線圈的自感系數(shù)和交變電流的頻率。線圈的自感系數(shù)越大，自感作用就越大，感抗就越大；交變電流的頻率越高，電流變化越快，自感作用越大，感抗越大。 線圈在電子技術(shù)中有廣泛應(yīng)用，有兩種扼流圈就是利用電感對(duì)交變電流的阻礙作用制成的。出示扼流圈，并介紹其構(gòu)造和作用。 （1）低頻扼流圈 構(gòu)造：線圈繞在閉合鐵芯上，匝數(shù)多，自感系數(shù)很大。 作用：對(duì)低頻交變電流有很大的阻礙作用。即“通直流、阻交流”。 （2）高頻扼流圈 構(gòu)造：線圈繞在鐵氧體芯上，線圈匝數(shù)少，自感系數(shù)小。 作用：對(duì)低頻交變電流阻礙小，對(duì)高頻交變電流阻礙大。即“通低頻、阻高頻”。 2．交變電流能夠通過(guò)電容器 ［演示］電容對(duì)交、直流的影響。實(shí)驗(yàn)電路如圖所示： 開關(guān)S分別接到直流電源和交變電流源上，觀察現(xiàn)象 接通直流電源，燈泡不亮；接通交變電流源，燈泡亮了。說(shuō)明了直流電不能夠通過(guò)電容器，交變電流能夠“通過(guò)”電容器。 電容器的兩極板間是絕緣介質(zhì)，為什么交變電流能夠通過(guò)呢？用CAI課件展示電容器接到交變電流源上，充、放電的動(dòng)態(tài)過(guò)程。強(qiáng)調(diào)自由電荷并沒(méi)有通過(guò)電容器兩極板間的絕緣介質(zhì)，只是當(dāng)電源電壓升高時(shí)電容器充電，電荷向電容器的極板上集聚，形成充電電流；當(dāng)電源電壓降低時(shí)電容器放電，電荷從電容器的極板上放出，形成放電電流。電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中就有了電流，表現(xiàn)為交流通過(guò)了電容器。 3．電容器對(duì)交變電流的阻礙作用 ［演示］電容器對(duì)交變電流的影響 將剛才實(shí)驗(yàn)電路中“1000 μF，15 V”的電容器去掉，觀察燈泡的亮度，說(shuō)明了什么道理？ 燈泡的亮度變亮了。說(shuō)明電容器對(duì)交變電流也有阻礙作用。 的確是這樣。物理上用容抗來(lái)表示電容器對(duì)交變電流阻礙作用的大小。容抗跟哪些因素有關(guān)呢？請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材后回答。 容抗決定于電容器電容的大小和交變電流的頻率.電容越大，在同樣電壓下電容器容納電荷越多，因此充放電的電流越大，容抗就越小；交變電流的頻率越高，充放電進(jìn)行得越快，充放電電流越大，容抗越小.即電容器的電容越大，交變電流頻率越高，容抗越小。電容器具有“通交流、隔直流”“通高頻、阻低頻”的特點(diǎn)。 介紹電感、電容的廣泛存在。 （三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng) 本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問(wèn)題： 1．由于電感線圈中通過(guò)交變電流時(shí)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流變化，對(duì)交變電流有阻礙作用.電感對(duì)交變電流阻礙作用大小用感抗來(lái)表示.線圈自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，感抗越大，即線圈有“通直流、阻交流”或“通低頻，阻高頻”特征. 2．交變電流“通過(guò)”電容器過(guò)程，就是電容器充放電過(guò)程.由于電容器極板上積累電荷反抗自由電荷做定向移動(dòng)，電容器對(duì)交變電流有阻礙作用.用容抗表示阻礙作用的大小.電容器的電容越大，交流的頻率越高，容抗越小.故電容器在電路中有“通交流、隔直流”或“通高頻、阻低頻”特征。 （四）實(shí)例探究 電感對(duì)交變電流的影響 【例1】如圖所示電路中，L為電感線圈，R為燈泡，電流表內(nèi)阻為零。電壓表內(nèi)阻無(wú)限大，交流電源的電壓u=220sin10πt V。若保持電壓的有效值不變，只將電源頻率改為25Hz， 下列說(shuō)法中正確的是 （ ） A．電流表示數(shù)增大 B．電壓表示數(shù)減小 C．燈泡變暗 D．燈泡變亮 電感和電容對(duì)交變電流的影響 【例2】圖所示是電視機(jī)電源部分的濾波裝置，當(dāng)輸入端輸入含有直流成分、交流低頻成分的電流后，能在輸出端得到較穩(wěn)定的直流電，試分析其工作原理及各電容和電感的作用。 （五）鞏固練習(xí) 1．關(guān)于低頻扼流圈，下列說(shuō)法正確的是 A．這種線圈的自感系數(shù)很小，對(duì)直流有很大的阻礙作用 B．這種線圈的自感系數(shù)很大，對(duì)低頻電流有很大的阻礙作用 C．這種線圈的自感系數(shù)很大，對(duì)高頻交流的阻礙作用比低頻交流的阻礙作用更大 D．這種線圈的自感系數(shù)很小，對(duì)高頻交流的阻礙作用很大而對(duì)低頻交流的阻礙作用很小 2．在圖所示電路中，u是有效值為200 V的交流電源，C是電容器，R是電阻.關(guān)于交流電壓表的示數(shù)，下列說(shuō)法正確的是 （ ） A．等于220 V B．大于220 V C．小于220 V D．等于零 3．在圖所示的電路中，a、b兩端連接的交流電源既含高頻交流，又含低頻交流；L是一個(gè)25 mH的高頻扼流圈，C是一個(gè)100 pF的電容器，R是負(fù)載電阻，下列說(shuō)法中正確的是 （ ） A.L的作用是“通低頻，阻高頻” B.C的作用是“通交流，隔直流” C.C的作用是“通高頻，阻低頻” D.通過(guò)R的電流中，低頻電流所占的百分比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高頻交流所占的百分比 4．如圖所示，交變電流電壓的瞬時(shí)表達(dá)式u=311sin157t V時(shí)，三個(gè)電流表的示數(shù)相同，若電源電壓改為u′=sin314t V時(shí)，則 （ ） A．電流表 的示數(shù)減小 B．電流表的示數(shù)增大 C．電流表的示數(shù)不變 111