电感和电容对交变电流的影响教学设计.docx

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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

课题：

电感和电容对交变电流的影响

科目

物理

教学对象

高二学生

课时

1课时

提供者

张耀华

单位

忻州市五台县槐荫中学

一、教学目标

知识与技能

（1）了解电感器和电容器对交变电流的导通和阻碍作用。

（2）定性了解电感器和电容器对交变电流阻碍作用的大小与什么因素有关。

过程与方法

（1）通过探究实验，尝试应用科学的方法研究物理问题，认识物理实验在物理学发展过程中的作用。

（2）通过探究感抗和容抗的大小由哪些因素有关，获得实验探究过程的体验，培养学生分析、解决问题的能力。

情感、态度与价值观

（1）通过实验的互动过程，诱发对探究物理规律的兴趣。

（2）合作学习过程中，培养学生主动与他人合作的精神，具有团队精神；通过真实记录观察到的现象，体验实事求是的科学态度。

二、教学内容及模块整体分析

1、课题选自高中物理选修3-2第四章第七节，该教学模块是磁生电现象的成因以及应用。

2、本课在教学中只是对容抗和感抗的理解，强化知识的应用性。

通过学生的互动实验，不仅帮助学生们理解感抗和容抗的概念，提高了实验动手能力，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，尤其提高了学生们发现问题和解决问题的能力。

特别是用信号发生器来产生频率可调的交变电流，使学生感悟科学探究方法和强化创新意识。

3、在教材的编排上本节从电容和电感的知识点结合闭合电路的相关知识，设计学生探究实验，对现象进行分析归纳，最后总结出产生电感和电容对交变电流的影响，这样的编排符合学生的认知规律。

4、本教学设计中通过学生的互动实验，不仅帮助学生们理解感抗和容抗的概念，提高了实验动手能力，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，尤其提高了学生们发现问题和解决问题的能力。

特别是用信号发生器来产生频率可调的交变电流，使学生感悟科学探究方法和强化创新意识。

三、学情分析

电容和电感的知识，学生有一定感性和模糊的体会，但理解电感和电容对交变电流的影响，对学生而言有一定的困难。

因此在本节课教学中利用了演示实验和理论探究的方法，让学生自己体验、分析、归纳、讨论、评价等得出结论。

1、本节课自身在课本中的地位：

与现实生活不紧密，虽然用电器在生活中随处可见，但学生对其研究没有，所以会导致课堂气氛沉闷，学生缺少主动性。

2、学生的知识基础：

学生已经学过电磁感应等有关知识。

四、教学策略选择与设计

（1）了解电感器和电容器对交变电流的导通和阻碍作用。

（2）定性了解电感器和电容器对交变电流阻碍作用的大小与什么因素有关。

（3）通过探究实验，尝试应用科学的方法研究物理问题，认识物理实验在物理学发展过程中的作用。

（4）通过探究感抗和容抗的大小由哪些因素有关，获得实验探究过程的体验，培养学生分析、解决问题的能力。

（5）通过实验的互动过程，诱发对探究物理规律的兴趣。

（6）合作学习过程中，培养学生主动与他人合作的精神，具有团队精神；通过真实记录观察到的现象，体验实事求是的科学态度。

五、教学重点及难点

教学重点

电感和电容对交变电流的影响。

教学难点

容抗和感抗的大小和哪些因素有关。

六、教学过程

教师活动

学生活动

设计意图

 【提问】

1、首先我们来回顾一下：

什么是电容器？

 2、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。

） 

 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。

引入学生熟悉的知识，感知物理就在身边，激起学生的疑问。

新课讲授

1、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？

[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。

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。

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。

 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，

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。

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。

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：

让学生观察演示实验，借助实验事实验证自己的猜想正确与否，并做出初步的结论：

（电容器不通直流）电容隔直流，电感通直流。

。

激发学生的学习兴趣。

通过探究实验，尝试应用科学的方法研究物理问题，认识物理实验在物理学发展过程中的作用。

由此推广到其他类似情况，学生较容易接受。

在实验事实的基础上，能让学生建立“表象”，此时再引入概念，学生才能真正构建和理解概念。

事半功倍。

培养学生的对实验观察能力和猜想能力。

通过实验的互动过程，诱发对探究物理规律的兴趣。

通过合作学习过程中，培养学生主动与他人合作的精神，具有团队精神；

今天得出的这个结论只是一个定性的，粗略的结论。

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。

通过真实记录观察到的现象，体验实事求是的科学态度。

【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？

学生练习

通过巩固练习，加强对知识的理解和认识。

七、教学评价设计

本节课采用了发生式教学，以学生为主体，让学生通过观察演示实验、讨论猜想、探究实验等方式理解决定感抗和容抗大小的因素，使学生经历了一个完整的构建知识的过程。

注重方法的总结，不单让学生学到知识，更重要的是学会学习的方法。

本节还有一部分关于电感“通低频，阻高频”，电容器“通高频，阻低频”的知识，可在下一个课时利用例题引入讲解。

在课堂教学中老师对学生的学习、探究、讨论、等给予及时的评价、引导和总结，使学生有了对的整体认识和感性认识的结合。

八、板书设计

 电感和电容对交变电流的影响

一、电感对交变电流的影响

1．电感的特性：

“通直流，阻交流”

2．感抗（XL）：

电感对交变电流的阻碍作用的大小。

单位：

欧（Ω）。

3．决定感抗大小的因素：

电感的自感系数（L）、交流电的频率（f）

L越大、f越高，XL越小

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

第三节电感电容对交变电流的影响

【复习】

1、线圈对电流的作用是什么？

2、自感电动势与哪些因素有关？

自感系数与哪些因素有关？

3、电容器如何充放电？

【新课学习】

一、电感对交变电流的阻碍作用：

阅读课本P37页演示实验，解决下列问题：

①采取什么办法使两个电路的电压相等？

②猜想两种情况的灯泡亮度并说明原因

③把线圈换成电阻现象又如何？

（1）原理：

将交变电流通入电感线圈，由于线圈中的电流大小和方向都时刻____，根据电磁感应原理，电感线圈中必产生___________，以阻碍电流的变化，因此交流电路的电感线圈对交变电流有作用。

（2）感抗：

①物理意义___________________________________

②影响因素：

线圈的自感系数______，交流的频率_____，感抗就____。

（3）应用：

扼流圈：

①低频扼流圈通，阻________，感抗____

②高频扼流圈通______，阻________，感抗____

二、电容对交变电流的阻碍作用：

阅读课本P38页，解决下列问题：

（1）为什么交变电流能够通过电容器？

电容器的两极板之间是____的，不论是恒定电流还是交变电流，自由电荷都____通过两极板之间的绝缘体（电介质）。

通常所说的交变电流“通过”电容器，并非有________穿过了电容器，而是在交流电源的作用下，电容器反复不断地____和_____，使电路中有持续的交变电流，表现为交变电流“____”了电容器。

（2）原理：

当电源电压推动电路中形成电流的自由电荷向某一方向做定向移动的时候，电容器两极板上积累的电荷要反抗自由电荷向这个方向做定向移动，因此交流电路的电容对交变电流有阻碍作用。

（3）容抗：

①物理意义__________________________________

②影响因素：

电容器的电容_____，交流的频率____，容抗______

（4）电容器在电路中的作用：

通_____，隔______；通_____，阻______。

（5）完成课本P38页“说一说”

（6）为什么电气设备和电子仪器的金属外壳都应该接地？

三、电阻、电感器、电容器对交变电流阻碍作用的区别与联系

电阻

电感器

电容器

产生的原因

定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞

由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变化

电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用

在电路中的特点

对直流、交流均有阻碍作用

只对变化的电流如交流有阻碍作用

不能通直流，只能通变化的电流．对直流的阻碍作用无限大，对交流的阻碍作用随频率的降低而增大

决定因素

由导体本身（长短、粗细、材料）决定，与温度有关

由导体本身的自感系数和交流的频率f决定

由电容的大小和交流的频率决定

电能的转化与做功

电流通过电阻做功，电能转化为内能

电能和磁场能往复转化

电流的能与电场能往复转化

四、应用举例：

1.在交流电路中，下列说法正确的是（）

A．影响电流与电压的关系的，不仅有电阻，还有电感和电容

B．电感对交变电流的阻碍作用，是因为交变电流通过电感线圈时，线圈中产生自感电动势阻碍电流的变化

C．交变电流能通过电容器，是因为交变电压的最大值大于击穿电压，电容器被击穿了

D．电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗就越大

2.如图所示，把电阻R，电感线圈L，电容C并联，接到一个交流电源上，三个电流表示数相同，若保持电源电压大小不变，而将电源频率增大，则三个电流表示数I1、I2、I3的关系是（）

A．I1=I2=I3

B．.I1>I2>I3

C．I2>I1>I3

D．I3>I1>I2　　

3.一段长直导线接在交流电源上时电流强度I1，如果把这段长直导线密绕成线圈，现接入原电路，通过线圈的电流强度为I2，则

A．I2>I1B．I2

4．在图所示的电路中，a、b两端连接的交流电源既含高频交流，又含低频交流；L是一个25mH的高频扼流圈，C是一个100pF的电容器，R是负载电阻．下列说法正确的是

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，低频交流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比

第三节限时训练

1．下列说法中正确的是（　　）

A．电感线圈对交流具有阻碍作用的主要原因是线圈具有电阻

B．电容器对交流具有阻碍作用的原因是两板间的绝缘体电阻很大

C．在交流电路中，电阻、感抗、容抗可以同时存在

D．电感、电容和电阻一样，交流电通过它们做功时都是电能转化为内能

2．下列说法中正确的是（　　）

A．电感的感抗只由线圈自身决定

B．同一电感对于不同频率的交变电流的感抗不同

C．电容器的容抗与电容器的电容值及交变电流的频率都有关

D．同一电容器，接入不同频率的电路中，电容器的容抗不变

3．对交变电流能通过电容器的原因，下列说法正确的是（　　）

A．当电容器接到交流电源上时，因有自由电荷通过电容器，电路中才有交变电流

B．当电容器接到交流电源上时，电容器交替进行充电和放电，电路中才有交变电流

C．在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动

D．在有电容器的交流电路中，没有电荷通过电容器

4．如图所示的电路中，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，交流电源的电压u＝220

sin10πtV．若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为25Hz，下列说法中正确的是（　　）

A．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

5．一个灯泡通过一个线圈与一交流电源相连接，如图所示．一个铁块插进线圈之后，该灯泡将（　　）

A．变亮B．变暗

C．对灯泡没影响D．无法判断

6．如图所示的电路，F为一交流发电机，C为平行板电容器，为使电流表A的示数增加，可行的方法是（　　）

A．使发电机F的转速增加

B．使发电机F的转速减小

C．在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质

D．使电容器两极板间距离增大

7．如图所示的电路中，A、B、C三灯亮度相同，电源为220V,50Hz的交流电源，以下叙述中正确的是（　　）

A．改接220V,100Hz的交流电源时，A灯变亮，B灯变暗，C灯亮度不变

B．改接220V,100Hz的交流电源时，A灯变暗，B灯

变亮，C灯变亮

C．改接220V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯亮度不变

D．改接220V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯变暗

8．如图所示，输入端ab的输入电压既

有直流成分，又有交流成分，以下说法中，正确的是（L的直流电阻不为零）（　　）

A．直流成分只能从L通过

B．交流成分只能从R通过

C．通过R的既有直流成分又有交流成分

D．通过L的直流成分比通过R的直流成分要大

9．如图所示的电路中，正弦交流电源电压的有效值为220V，则关于交流电

压表的示数，以下说法中正确的是（　　）

A．等于220VB．大于220V

C．小于220

VD．等于零

10．在收音机线路中，经天线接收下来的电信号既有高频成分又有低频成分，经放大后送给下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输入给下一级，我们采用了如图4所示的电路，其中代号a、b应选择的元件是（　　）

A．a是电容较大的电容器，b是低频扼流圈

B．a是电容较大的电容器，b是高频扼流圈

C．a是电容较小的电容器，b是高频扼流圈

D．a是电容较小的电容器，b是低频扼流圈

第三节限时训练答案

1．C

解析：

D选项中电流通过电感时有一部分电能转化为磁场能，经过电容时一部分电能转化为电场能．

2．BC

解析：

电感的感抗由L——线圈的自感系数和f——交变电流的频率共同决定，A错，B对；电容是电容器本身的特点，容抗由C——电容和f——交变电流的频率共同决定，C对，D错．

3．BD

解析：

电容器实质上是通过反复充、放电来实现通电的，并无电荷通过电容器．

4．C　

解析：

根据所加的交流电u＝220

sin10πtV，可知ω＝10π，由ω＝2πf可得ff′＝25Hz，则可知电感线圈对交变电流的阻碍作用变大，即感抗变大，电感线圈跟灯泡串联，由串联分压原理知，线圈两端电压变大，所以电压表示数变大，电流表示数变小，灯泡变暗．

5．B　

解析：

加入铁芯改变了电感线圈的自感系数，自感系数增大，感抗增大，降落在电感线圈上的电压增大，降落在灯上的电压减小，所以灯变暗．

6．A

解析：

　当发电机转速增加时，交变电流的频率增大，容抗减小，电流表A的读数增大，A项正确，B项错误；在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质时，电容器的电容减小；使电容器两极板间距离增大时，电容也减小

，当电容减小时，容抗增大，对交变电流的阻碍作用增大，电流表A示数减小，C、D两项均错误．故正确答案为A.

7．AC　

解析：

电源由“220V,50Hz”改为“220V,100Hz”时，由XL＝2πfL，XC＝

可知XL变大，XC减小，A变亮，B变暗，C不变，A对，改接220V直流电源时，电容器处于断路，A灯熄灭，C灯亮度不变，由于L对直流没有感抗，所以B灯变亮，C对．

8．CD　

解析：

由于线圈直流电阻不为零，所以有直流通过R，而线圈对交流有阻碍作用，因此也有交流成分通过R，B错，C正确；由于R对交流也有阻碍作用，所以也有交流成分通过L，A错；因为一般导线的直流电阻都很小，所以通过线圈的直流要比通过R的要大，D正确．

9．C　

解析：

虽然交变电流能通过电容器，但也受到阻碍作用，电容器与电阻串联，

根据分压原理可知电阻两端的电压小于电源电压，电压表测的是电阻两端的电压，C正确．

10．C

解析：

电容器具有通高频、阻低频的作用，这样的电容器电容应较小，故a处接电容较小的电容器．电感线圈在该电路中要求做到“通低频，阻高频”，所以b处应接一个高频扼流圈．