高中電流的教案

電感和電容對交變電流的影響。

電感和電容對交變電流的影響
一．教材分析、學(xué)情分析
學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前，學(xué)生剛剛學(xué)過交變電流的有關(guān)知識，電感和電容對學(xué)生而言也并不陌生。學(xué)生是帶著過去的知識和經(jīng)驗(yàn)走進(jìn)課堂的，教師應(yīng)善于抓住新舊知識之間的差異，引發(fā)新舊知識之間的沖突，利用最近發(fā)展區(qū)，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識水平的提高，從而使學(xué)生順利完成新知識的自主建構(gòu)。
二、教學(xué)目標(biāo)
（一）知識與技能目標(biāo)：
1．理解電感和電容對交變電流的阻礙作用。
2．知道感抗和容抗的物理意義及影響因素。
3．通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生觀察能力；通過猜想、假設(shè)、實(shí)驗(yàn)、交流合作與分析論證，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力。
（二）過程與方法目標(biāo)：
1、了解如何通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論的方法。
2、深刻理解對比的實(shí)驗(yàn)方法在該實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。
（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：
1、在實(shí)驗(yàn)過程中養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。
2、在科學(xué)探究和科學(xué)辯論中提高科學(xué)素養(yǎng)。
3、培養(yǎng)理論聯(lián)系生活實(shí)際的辯證唯物主義思想。
三、教學(xué)重點(diǎn)：
1、探究活動(dòng)的情境創(chuàng)設(shè)及學(xué)生探究過程的調(diào)控與把握。
2、感抗和容抗的影響因素及特點(diǎn)分析。
3、電容和電感線圈對交流電阻礙作用規(guī)律的得出及相關(guān)應(yīng)用。
四、教學(xué)難點(diǎn)：
1、影響感抗和容抗的因素及特點(diǎn)分析。
2、電容和電感對交流電阻礙作用的得出及相關(guān)應(yīng)用。
3、學(xué)生探究過程的調(diào)控與把握。

五、教學(xué)過程：
（一）意想不到的實(shí)驗(yàn)
(免去新課導(dǎo)入的過程，直接將情境融入內(nèi)容。)
師：今天我們學(xué)習(xí)“電容和電感對交變電流的影響”，那么什么是電感呢？
1、學(xué)生回答
2、課件展示
師：看來電感就是由導(dǎo)線繞制而成的。如果把電感和小燈泡串聯(lián)接入電路，會發(fā)生什么事情？
生：小燈泡會亮。
（教師演示，燈果然亮了）
師：我們再來看一遍。
（教師演示，燈亮了，但明顯比剛才變暗了。）
師：這是怎么回事？
（面對意想不到的新情況，學(xué)生開始議論紛紛。）
請一位同學(xué)上臺觀察，然后把看到的情況向大家匯報(bào)。
（揭開謎底）課件展示電路圖如下：
師：為什么將電源由直流切換為交流，燈泡變暗了？
學(xué)生自主探究：
a)小組討論
b)獲得結(jié)論：交流——自感現(xiàn)象——燈變暗
（二）探究感抗的大小
1、感抗：電感線圈對交流電的阻礙作用叫感抗。
2、學(xué)生自主分析影響感抗的因素：
1）猜想與假設(shè)
感抗是由于自感現(xiàn)象而產(chǎn)生的。
自感電動(dòng)勢越大感抗越大。
交變電流頻率越大，電流變化越快。
2）實(shí)驗(yàn)探究：（小組內(nèi)分工合作，組間競爭）
（1）保持線圈的自感系數(shù)L不變，將直流（f=0）和交流作對比：
（2）保持交流電的頻率f不變，改變線圈的自感系L：
3）結(jié)論（小組匯報(bào)）：線圈的自感系數(shù)L越大，交流電的頻率f越高，電感線圈對交流電的阻礙作用就越大，即感抗越大。
3、感抗的應(yīng)用——扼流圈
（1）低頻扼流圈（課件展示畫面）
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
功能特點(diǎn)
由銅線繞制而成直流電阻很小，通?？梢院雎?br> 有鐵芯、線圈匝數(shù)多（幾千匝，甚至超過一萬）自感系數(shù)很大，一般為幾十亨
作用：對低頻交流電的阻礙作用很大（對高頻交流電的阻礙作用更大）
學(xué)生總結(jié)特點(diǎn)：通直流，阻交流（低頻和高頻)
注意問題：低頻扼流圈的造價(jià)較高
(2)高頻扼流圈（結(jié)合畫面）
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
功能特點(diǎn)
多為空心，少數(shù)有鐵芯；自感系數(shù)很小，一般為幾毫亨
匝數(shù)少，幾百或幾千
作用：只對高頻交流電有較大的阻礙作用；對低頻交流電的阻礙作用較小，對直流電的阻礙作用極?。ㄖ绷麟姷念l率f=0）
學(xué)生比較該規(guī)律中頻率的變化，總結(jié)高頻扼流圈的工作特點(diǎn)：通直流，通低頻，阻高頻。
（三）“不可理喻”的電容
師：什么是電容？
生：兩個(gè)相互靠近而又彼此絕緣的導(dǎo)體組成電容。是一種儲存電荷的容器。
師：既然構(gòu)成電容的兩個(gè)導(dǎo)體彼此絕緣，電荷無論如何也無法通過電容，如果把它和小燈泡串聯(lián)接入電路，打死我也不相信燈泡會亮！大家覺得呢？有沒有反對意見？
（學(xué)生稍許沉默，然后開始討論。注意：老師并沒有“命令”學(xué)生這么去做，完全是自發(fā)的討論。）
同學(xué)甲：我覺得在交流電路里，情況可能不是這么簡單。
師：那你怎么認(rèn)為？
生甲：我覺得燈可以亮。補(bǔ)充一下，這是一種猜測，因?yàn)榻蛔冸娏鞣较蛟诓粩嘧兓铩?br> 師：我覺得你分析的挺有道理，但你能不能回答我另一個(gè)問題？
生甲：請講。
師：如果兩根導(dǎo)線的線頭互相靠近，這算不算電容？
生甲：（略加思索）應(yīng)該算！
師：那好，一天晚上，你正在臺燈下勤奮學(xué)習(xí)，有人悄悄剪斷了你家的導(dǎo)線。
生甲：這個(gè)。。。
師：那我們就讓事實(shí)來說話吧。
（邀請生甲上臺操作。）
接直流電源：燈不亮。
接交流電源：燈亮了！
師：雖然我一直在堅(jiān)持自己的觀點(diǎn)，但我們必須得相信事實(shí)。看樣子是我錯(cuò)了。請問生甲，此時(shí)此刻，你有什么感想？
生甲：（不好意思地）沒想到我是正確的。只時(shí)還不太明白。
師：你的表現(xiàn)其實(shí)真的很不錯(cuò)！
（學(xué)生鼓掌。）
師：那么電容是如何“通交流”的呢？
師生共同分析，鼓勵(lì)更多同學(xué)發(fā)表自己觀點(diǎn)。
結(jié)論：在交變電壓的作用下，電容器交替進(jìn)行充、放電，電路中就有了電流。
（四）探究容抗的大小
師：請問生甲，你家的電線被剪斷了，為什么不能導(dǎo)電？
生甲：我還沒想明白。
師：請大家想想，交變電流可以“通過”電容器，電容器對交變電流有沒有阻礙作用呢？
1、電容對交流的阻礙作用的大小用容抗表示。
2、自主探究（教師應(yīng)做好啟發(fā)和引導(dǎo)工作）：剪斷的導(dǎo)線為什么不能“通”交流呢？
猜想：“距離”太大；正對面積太小—電容太小
聯(lián)想：電容靠不斷充放電來“通”電流。
推想：電容大一次充電量大；頻率高單位時(shí)間內(nèi)充電次數(shù)多，所以電流大，容抗小。
3、結(jié)論：電容C越大，交流的頻率f越高，電容器的阻礙作用越小，容抗越小
4、實(shí)際應(yīng)用：通交流、隔直流，通高頻、阻低頻。
（五）知識拓展（聯(lián)系實(shí)際，由物理走向生活）
（課件展示）電容不僅存在于成型的電容器中，也存在于電路的導(dǎo)線、元件及機(jī)殼間．有時(shí)候這種電容的影響是很大的，當(dāng)交流的頻率很高時(shí)更是這樣．同樣．電感也不僅存在于成型的線圈中．下面將要學(xué)習(xí)的遠(yuǎn)距離輸電線的電感和電容都很大，它們造成的電壓損失常常比電阻造成的還要大．

板書設(shè)計(jì)
一、感抗
1、定義：電感線圈對交流電的阻礙作用叫感抗。
2、影響感抗的因素：
3．應(yīng)用
二、容抗
1．定義：電容對交流電的阻礙作用叫容抗
2．影響容抗的因素：
3，應(yīng)用

七．課后練習(xí)
C類
1．電感對交變電流的影響的以下說法中，正確的是(ABCD)
A．電感對交變電流有阻礙作用
B．電感對交變電流阻礙作用的大小叫感抗
C．電感對某一頻率的交變電流的阻礙作用跟線圈的自感系數(shù)有關(guān)
D．線圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，電感對交變電流的阻礙作用就越大
B類
2．電容對交變電流的影響的以下說法中，正確的是(ACD)
A．交變電流能通過電容器
B．電容器具有通直流、阻交流的作用
C．電容器電容較小時(shí)，它具有通高頻、阻低頻的功能
D．電容器的電容越大，交變電流的頻率越高，電容器對交變電流的阻礙作用就越小
A類
3．下列說法中，正確的是(D)
A．電感對交流的阻礙作用是因?yàn)殡姼写嬖陔娮?br> B．電容對交流的阻礙作用是因?yàn)殡娙萜饔须娮?br> C．感抗、容抗和電阻一樣，電流通過它們做功時(shí)都是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
D．在交變電流中，電阻、感抗、容抗可以同時(shí)存在

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教學(xué)目標(biāo)

知識目標(biāo)
1、理解為什么電感對交變電流有阻礙作用．
2、知道用感抗來表示電感對交變電流阻礙作用的大小，知道感抗與哪些因素有關(guān)．
3、知道交變電流能通過電容器．知道為什么電容器對交變電流有阻礙作用．
4、知道用容抗來表示電容對交變電流阻礙作用的大小，知道容抗與哪些因素有關(guān)．

能力目標(biāo)
使學(xué)生理解如何建立新的物理模型而培養(yǎng)學(xué)生處理解決新問題能力．

情感目標(biāo)
1、通過電感和電容對交流電的阻礙作用體會事物的相對性與可變性．
2、讓學(xué)生充分體會通路與斷路之間的辯證統(tǒng)一性．
3、培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)，實(shí)事求是的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度．

教學(xué)建議

教材分析
本節(jié)著重說明交流與直流的區(qū)別，有利于加深學(xué)生對交變電流特點(diǎn)的認(rèn)識．教學(xué)重點(diǎn)突出交流與直流的區(qū)別，不要求深人討論感抗和容抗的問題．可結(jié)合學(xué)校的實(shí)際情況，盡可能多用實(shí)驗(yàn)說明問題，不必在理論上進(jìn)行討論．

教法建議
1、根據(jù)電磁感應(yīng)的知識，學(xué)生不難理解感抗的概念和影響感抗大小的因素．教學(xué)中要注意適當(dāng)復(fù)習(xí)或回憶已學(xué)過的有關(guān)知識，讓學(xué)生自然地得出結(jié)論．這樣既有利于理解新知識，又可以培養(yǎng)學(xué)生的能力，使學(xué)生學(xué)會如何把知識聯(lián)系起來，形成知識結(jié)構(gòu)，進(jìn)而獨(dú)立地獲取新知識．

2、對交變電流可以通過電容器的道理，課本用了一個(gè)形象的模擬圖，結(jié)合電容器充、放電的過程加以說明，使學(xué)生有所了解即可．對于容抗的概念和影響容抗大小的因素，課本是直接給出的，讓學(xué)生知道就可以了，不要作更深的討論．

3、本節(jié)最后，結(jié)合實(shí)際說明了電容的廣泛存在，可以適當(dāng)加以擴(kuò)展和引伸，以開闊學(xué)生思路和引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)中注意聯(lián)系實(shí)際問題．

--方案

電感和電容對交變電流作用

教學(xué)目的：

1、了解電感對電流的作用特點(diǎn)．

2、了解電容對電流的作用特點(diǎn)．

教學(xué)重點(diǎn)：電感和電容對交變電流的作用特點(diǎn)．

教學(xué)難點(diǎn)：電感和電容對交變電流的作用特點(diǎn)．

教學(xué)方法：啟發(fā)式綜合教學(xué)法

教學(xué)用具：小燈泡、線圈（有鐵芯）、電容器、交流電源、直流電源．

教學(xué)過程：

一、引入：

在直流電流電路中，電壓、電流和電阻的關(guān)系遵從歐姆定律，在交流電路中，如果電路中只有電阻，例如白熾燈、電爐等，實(shí)驗(yàn)和理論分析都表明，歐姆定律仍適用．但是如果電路中包括電感、電容，情況就要復(fù)雜了．

二、講授新課：

1、電感對交變電流的作用：

實(shí)驗(yàn)：把一線圈與小燈泡串聯(lián)后先后接到直流電源和交流電源上，觀察現(xiàn)象：

現(xiàn)象：接直流的亮些，接交流的暗些．

引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：接交流的電路中電流小，間接表明電感對交流有阻礙作用．

為什么電感對交流有阻礙作用？

引導(dǎo)學(xué)生解釋原因：交流通過線圈時(shí)，電流時(shí)刻在改變．由于線圈的自感作用，必然要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，阻礙電流的變化，這樣就形成了對電流的阻礙作用．

實(shí)驗(yàn)和理論分析都表明：線圈的自感系數(shù)越大、交流的頻率越高，線圈對交流的阻礙作用就越大．

應(yīng)用：日光燈鎮(zhèn)流器是繞在鐵芯上的線圈，自感系數(shù)很大．日光燈起動(dòng)后燈管兩端所需的電壓低于220V，燈管和鎮(zhèn)流器串聯(lián)起來接到電源上，得用鎮(zhèn)流器對交流的阻礙作用，就能保護(hù)燈管不致因電壓過高而損壞．

2、交變電流能夠通過電容

實(shí)驗(yàn)：把白熾燈和電容器串聯(lián)起來分別接在交流和直流電路里．

現(xiàn)象：接通直流電源，燈泡不亮，接通交流電源，燈泡能夠發(fā)光．

結(jié)論：直流不能通過電容器．交流能通過交流電．

引導(dǎo)學(xué)生分析原因：直流不能通過電容器是容易理解的，因?yàn)殡娙萜鞯膬蓚€(gè)極板被絕緣介質(zhì)隔開了．電容器接到交流電源時(shí)，實(shí)際上自由電荷也沒有通過兩極間的絕緣介質(zhì)，只是由于兩極板間的電壓在變化，當(dāng)電壓升高時(shí)，電荷向電容器的極板上聚集，形成充電電流；當(dāng)電壓降低時(shí)，電荷離開極板，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”了電容器．

學(xué)生思考：

使用220V交流電源的電氣設(shè)備和電子儀器，金屬外殼和電源之間都有良好的絕緣，但是有時(shí)候用手觸摸外殼仍會感到“麻手”，用試電筆測試時(shí)，氖管發(fā)光，這是什么？

原因：與電源相連的機(jī)芯和金屬外殼可以看作電容器的兩個(gè)極板，電源中的交變電流能夠通過這個(gè)“電容器”．雖然這一點(diǎn)“漏電”一般不會造成人身危險(xiǎn)，只是為了在機(jī)身和外殼間真的發(fā)生漏電時(shí)確保安全，電氣設(shè)備和電子儀器的金屬外殼都應(yīng)該接地．

3、電容不僅存在于成形的電容器中，也存在于電路的導(dǎo)線、無件、機(jī)殼間．有時(shí)候這種電容的影響是很大的，當(dāng)交變電流的頻率很高時(shí)更是這樣．同樣，感也不僅存在于線圈中，長距離輸電線的電感和電容都很大，它們造成的電壓損失常常比電阻造成的還要大．

總結(jié)：

電容：通高頻，阻低頻．

電感：通低頻，阻高頻．

電感和電容對交變電流的影響學(xué)案課件練習(xí)

作為杰出的教學(xué)工作者，能夠保證教課的順利開展，作為高中教師就要在上課前做好適合自己的教案。教案可以保證學(xué)生們在上課時(shí)能夠更好的聽課，幫助高中教師掌握上課時(shí)的教學(xué)節(jié)奏。那么，你知道高中教案要怎么寫呢？下面是小編幫大家編輯的《電感和電容對交變電流的影響學(xué)案課件練習(xí)》，大家不妨來參考。希望您能喜歡！

“電感和電容對交變電流的影響”教學(xué)案例

──以普通高中《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》的課程目標(biāo)要求來設(shè)計(jì)

浙江東陽中學(xué)韋國清

普通高中《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中從知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三個(gè)維度上，提出了高中物理課程的具體目標(biāo)。在--過程中，我們需要從這三個(gè)維度來構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容和安排教學(xué)活動(dòng)。下面是結(jié)合課程目標(biāo)的要求，全日制普通高中教科書（試驗(yàn)修訂本·必修加選修）物理第二冊《電感和電容對交變電流的影響》一節(jié)的--。

【教學(xué)目標(biāo)】

1．知識與技能

知道電感線圈有“通直流阻交流”和電容器有“隔直流通交流”的作用；知道感抗、容抗的大小由哪些因素決定；能解釋電感和電容對交變電流產(chǎn)生影響的原因；了解電感和電容器在電子技術(shù)等方面的應(yīng)用。

2．過程與方法

觀察演示實(shí)驗(yàn)，理解實(shí)驗(yàn)過程中控制變量的方法；通過研究感抗（容抗）與自感系數(shù)（電容）的定性關(guān)系，獲得實(shí)驗(yàn)探究過程的體驗(yàn)；通過對電感和電容對交變電流影響的理論分析，體會理論解釋實(shí)驗(yàn)的成功感受。

3．情感態(tài)度與價(jià)值觀

通過實(shí)驗(yàn)的互動(dòng)過程，誘發(fā)對探究物理規(guī)律的興趣；簡介電感和電容的應(yīng)用，欣賞物理器件的美妙的應(yīng)用；通過具實(shí)記錄觀察到的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，體驗(yàn)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

【教學(xué)用具】

1．演示交直流電源、小燈泡(12v）、阻值15Ω的電阻、電感線圈（J2426小型變壓器）、10μF電容器、低頻信號發(fā)生器（J2462－1型）等供演示用；

2．各種不同型號的高頻、低頻扼流圈供演示用；

3．學(xué)生低壓交直流電源（最小的輸出電壓大于16V）、15μF和200μF的電容器J2426小型變壓器（將線圈匝數(shù)不同的兩組線圈用不同顏色的導(dǎo)線接出）、小燈泡（6V）、導(dǎo)線等供學(xué)生實(shí)驗(yàn)用（以上器材每兩人一組）。

【設(shè)計(jì)思路】

從教材的要求來看，本課題對知識與技能的要求均不高。一般的教法可以簡單比較電感和電容對交變電流的阻礙作用，進(jìn)行一些理性的講解，配合若干驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解感抗和容抗的大小與哪些因素有關(guān)。教材中對演示實(shí)驗(yàn)的要求很簡單，更沒有學(xué)生實(shí)驗(yàn)的要求。

本--特別強(qiáng)調(diào)了對實(shí)驗(yàn)的挖掘。例如增加了學(xué)生互動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，不僅幫助學(xué)生理解感抗和容抗的概念，提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，更重要的是使學(xué)生在互動(dòng)和探索的過程中，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神、獲得探究的成功體驗(yàn)；通過引入新課時(shí)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；通過教學(xué)中的若干個(gè)演示實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，特別是用信號發(fā)生器替代變頻電源來做實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生感悟科學(xué)的探究方法和強(qiáng)化創(chuàng)新的意識。

【教學(xué)過程】

一、引入課題

請同學(xué)們先來觀察一組實(shí)驗(yàn)，如圖1所示。介紹有關(guān)器材：低壓交直流電源，小燈泡，3個(gè)經(jīng)過包裝的電學(xué)元件（根據(jù)外面不能判斷是何元件）。

演示1：

（1）將小燈泡直接接到交變電流源上，調(diào)節(jié)電壓使燈泡正常發(fā)光；

（2）如果將1號電學(xué)元件串聯(lián)入電路中，觀察現(xiàn)象（燈泡變暗）；

（3）再將2號電學(xué)元件串聯(lián)入電路中，觀察現(xiàn)象（燈泡變得更暗）；

（4）然后將3號電學(xué)元件串聯(lián)入電路中，觀察現(xiàn)象（燈泡仍較暗）。

演示2：

門路1號元件接相同電壓的直流上，觀察現(xiàn)象［與演示1（1）情況相同亮度］；

（2）將2號元件接相同電壓的直流上，觀察現(xiàn)象（比原來變亮）；

（3）將3號元件接相同電壓的直流上，觀察現(xiàn)象（亮了一下不亮）。

小結(jié)：1號元件對交直流的影響幾乎相同，2號元件對交變電流的影響較大，3號元件對直流電影響很大，且直流電不能通過3號元件。

根據(jù)現(xiàn)象進(jìn)行猜想，然后經(jīng)過學(xué)生的討論分析，做出判斷。將這三個(gè)元件從暗盒中拿出，分別得出1號元件為電阻、2號元件為電感線圈、3號元件為電容器。

從上面觀察到的現(xiàn)象說明：除電阻外，電感、電容對直流和交變電流的影響程度是不同的，這是我們要來研究的問題。

二、研究電感線圈對突變電流的阻礙作用

電感對交變電流的阻礙作用的大小用感抗的大小來表示。那么，感抗的大小可能與哪些因素有關(guān)呢？

啟發(fā)學(xué)生：可能與自感系數(shù)、交變電流的頻率和電壓等有關(guān)。

1．研究感抗與自感系數(shù)的關(guān)系

提供低壓交變電流源、小燈泡、學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的變壓器，若干導(dǎo)線，要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，研究感抗與自感系數(shù)的定性關(guān)系。

學(xué)生互動(dòng)，教師巡回指導(dǎo)，糾正學(xué)生的差錯(cuò)在此過程可能出現(xiàn)的問題：（1）基本的連接不會；（2）線圈的連接不會等。

請一組學(xué)生簡述實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和由此得到的結(jié)果：將燈泡與線圈串聯(lián)接入交變電流，線圈的連接分兩次，一次是線圈匝數(shù)較少，另一次線圈的匝數(shù)較多，燈泡出現(xiàn)由亮變暗的現(xiàn)象，說明線圈的自感系數(shù)大時(shí)，線圈對交變電流的阻礙作用大，感抗大。

提示：線圈的自感系數(shù)在其他條件不變的情況下，匝數(shù)越多自感系數(shù)越大。

2．研究感抗與交變電流的頻率的關(guān)系

如果要研究感抗與交變電流頻率的關(guān)系應(yīng)該如何辦？──在電壓不變的情況下選用變頻的交變電流源，為了研究方便，我們可選信號發(fā)生器來替代。

演示3：信號發(fā)生器可以輸出電壓一定且不同頻率的交變電流。串聯(lián)好電路，保持電壓不變的條件下，使輸出交變電流的頻率升高，觀察到燈泡變暗的現(xiàn)象。說明：頻率越高，線圈對交變電流的阻礙越大，感抗越大。

3．研究與交變電流電壓的關(guān)系（將燈泡換成交變電流表）

演示4：在交變電流頻率、線圈的自感系數(shù)不變的條件下，交流的電壓加倍，電流加倍。可得出感抗與交變電流電壓U無關(guān)。

結(jié)論：L越大感抗越大、越高感抗越大、感抗與U無關(guān)。

三、研究電容對突變電流的阻礙作用

電容對交變電流的阻礙作用用容抗來表示。從上面的研究，可以得到推論，容抗的大小可能與電容和交變電流的頻率有關(guān)。

1．研究容抗與電容C的關(guān)系

學(xué)生互動(dòng)：提供電容分別為150μF與200μF的電容器2只。巡回輔導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)。

2．研究容抗與交變電流頻率的關(guān)系

演示5：信號發(fā)生器可以輸出不同頻率的交變電流。串聯(lián)好電路，保持電壓不變的條件下，使輸出交變電流的頻率升高，觀察到燈泡變亮的現(xiàn)象，說明：頻率越高，電容器對交變電流的阻礙越小，容抗越小。

結(jié)論：C越大容抗越小、f越高容抗越小。

四、問題討論

1．分析電感線圈在交直流電中的作用（學(xué)生互相議論后回答）

由于交變電流的頻率越低感抗越小，而直流電的頻率等于0，在直流電中電感對它的阻礙作用幾乎沒有。所以電感線圈有“通直流阻交流”的作用。

交變電流的頻率越高，感抗越大，阻礙作用越大。所以電感有“通低頻、阻高頻”作用。

理論解釋：

（1）電感線圈：直流電通過電感線圈時(shí)，由于電流不發(fā)生變化，電感線圈對直流電沒有阻礙作用；交變電流通過電感線圈時(shí)，在線圈中要產(chǎn)生自感現(xiàn)象（自感電流總要阻礙電路中原來電流的變化），所以電感線圈對交變電流有阻礙作用。

（2）為什么線圈的自感系數(shù)越大，感抗越大？

自感系數(shù)越大，對一定的交變電流產(chǎn)生的自感現(xiàn)象越明顯，阻礙作用越大，感抗也越大。

（3）為什么交變電流的頻率越高，感抗越大？

交變電流的頻率越高，即電流的交化越快，產(chǎn)生的自感現(xiàn)象越明顯，阻礙作用越大，感抗也越大。

2．分析電容器在交直流電中的作用（學(xué)生互相議論后回答）

由于交變電流的頻率越低容抗越大，而直流電的頻率為0，在直流電路中，電容對它的阻礙作用很大（無窮大），直流電不能通過電容器。所以電容器有“通交流、隔直流”作用。

交變電流的頻率越高，容抗越小，阻礙作用越小，所以有“通高頻、阻低頻”作用。

理論解釋：

（1）電容器：因?yàn)殡娙萜鞯膬蓸O板間是絕緣的電介質(zhì)，直流電不能通過電容器。

（2）交變電流能真正通過電容器嗎？

當(dāng)電容器接上交變電壓時(shí)，實(shí)際上自由電行也沒有通過電容兩極板間的絕緣介質(zhì)。p．194圖8－10所示，只不過在交變電壓的作用下，當(dāng)電源的電壓升高時(shí)，電容器充電，電荷向電容極板聚集，形成了充電電流；當(dāng)電源電壓降低時(shí)，電荷從電容器的極板上放出，形成了放電電流。電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中就有了電流，表現(xiàn)為交變電流“通過”了電容器。（3）為什么電容越大，容抗越??？

電容器的電容越大，表明電容器儲存電荷的能力越大，在電壓一定的條件下，單位時(shí)間內(nèi)電路中充放電移動(dòng)的電荷量越大，電流越大。所以電容對交變電流的阻礙作用越小，容抗越小。

（4）為什么交變電流的頻率越高，容抗越??？

在交變電流的電壓一定時(shí)，交變電流的頻率越高，電路中充放電越頻繁，單位時(shí)間內(nèi)電荷移動(dòng)速率越大，電流越大。所以電容對交變電流的阻礙作用越小，容抗越小。

五、技術(shù)上的應(yīng)用

（1）電工和電子技術(shù)中的扼流圈。利用電感對交變電流的阻礙作用制成的，有低頻扼流圈和高頻扼流圈兩種（示意實(shí)物）。低頻扼流圈匝數(shù)為幾乎到超過一萬，對低頻交變電流有較大的阻礙作用，線圈本身電阻較小，對直流電阻礙作用較小；高頻扼流圈匝數(shù)為幾百匝，對低頻交變電流的阻礙作用較小，對高頻交變電流的阻礙作用很大。

（2）在電子技術(shù)中，從某一裝置輸出的電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輸送到下一級裝置，只要在兩級電路之間接入一個(gè)電容器（稱為隔直電容器）就可以了。如圖2所示，電流通過電容器，只能是交流部分通過電容器到達(dá)后一級裝置，直流電隔在前一級裝置。

（3）在電子技術(shù)中，從某一裝置輸出的交流常常既有高頻成分，又有低頻成分。如果只需把低頻成分送到下一級裝置，只要在下一級電路的輸入端并聯(lián)一個(gè)電容器就可以達(dá)到目的，如圖3所示。具有這種用途的電容器叫做高頻旁路電容器。說明它的工作原理。

說明：頻率越高的交流部分容抗越小，易通過電容器。高頻部分電流通過電容器分流了，低頻部分電流，由于容抗大不易通過電容器而輸入到下一級。

（4）電容電感不僅在制造的現(xiàn)成電容器和電感線圈中存在。在導(dǎo)線之間。電子元件及機(jī)殼之間，有時(shí)會造成較大的影響，這是我們應(yīng)該注意到的。

【教學(xué)體會】

通過本節(jié)課的教學(xué)實(shí)踐，嘗試了教學(xué)方式的多樣化。教學(xué)中在體現(xiàn)了教師的主導(dǎo)作用的前提下，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主體活動(dòng)對教學(xué)效果帶來了積極的影響。課中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)的互動(dòng)探究、課題引出時(shí)設(shè)置的有趣的實(shí)驗(yàn)演示以及課堂中學(xué)生的相互討論，從課內(nèi)的表現(xiàn)來看，對調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣起到了良好的作用，學(xué)生參與積極，促進(jìn)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)；從課后的反饋來看，對學(xué)生深入理解所學(xué)的物理知識與技能有幫助。同時(shí)體會到，在新課程體系下，盡管我們要用新的理念去改革傳統(tǒng)的物理教學(xué)，但是物理教學(xué)重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)這一傳統(tǒng)的做法是我們應(yīng)該堅(jiān)持的。

電感器和電容器對交變電流的作用

交變電流綜合問題電感器和電
容器對交變電流的作用

要點(diǎn)一交變電流綜合問題
即學(xué)即用
1.如圖所示,線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),電容器兩極板水平放置.在兩極板間,不計(jì)重力的帶正電
粒子Q在t=0時(shí)由靜止釋放,若兩板間距足夠?qū)?則下列運(yùn)動(dòng)可能的是（）

A.若t=0時(shí),線圈平面與磁場垂直,粒子一定能到達(dá)極板
B.若t=0時(shí),線圈平面與磁場平行,粒子在兩極間往復(fù)運(yùn)動(dòng)
C.若t=0時(shí),線圈平面與磁場垂直,粒子在兩極間往復(fù)運(yùn)動(dòng)
D.若t=0時(shí),線圈平面與磁場平行,粒子一定能到達(dá)極板
答案AB
要點(diǎn)二電感器和電容器對交變電流的作用
即學(xué)即用
2.如圖所示,三個(gè)燈泡是相同的,而且耐壓足夠,電源內(nèi)阻忽略.當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S接A時(shí),三個(gè)燈亮度相同,那S接B
時(shí)（）
A.三個(gè)燈亮度相同B.甲燈最亮,丙燈不亮
C.甲燈和乙燈亮度相同,丙燈不亮D.只有丙燈不亮,乙燈最亮
答案D

題型1交變電流的電路問題
【例1】如圖所示線圈面積為0.05m2,共100匝,線圈總電阻為r=1Ω,外電阻R=9Ω,線圈
處于B=T的勻強(qiáng)磁場中.當(dāng)線圈繞OO′以轉(zhuǎn)速n=300r/min勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),求:
（1）若從線圈處于中性面開始計(jì)時(shí),寫出電動(dòng)勢的瞬時(shí)表達(dá)式.
（2）兩電表的示數(shù).
（3）線圈轉(zhuǎn)過180°的過程中,通過電阻的電荷量.
（4）線圈勻速轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生的總熱量.
答案（1）e=100sin10πtV（2）5A45V
（3）C（4）100J
題型2帶電粒子在交變電場中運(yùn)動(dòng)
【例2】如圖是示波管的示意圖.豎直偏轉(zhuǎn)電極的極板長l=4cm,板間距離d=1cm,板右端距熒光屏L=18cm.（水平
偏轉(zhuǎn)電極上不加電壓,沒有畫出）電子沿中心線進(jìn)入豎直偏轉(zhuǎn)電場的速度是1.6×107m/s.電子的電荷量e=1.60×
10-19C,質(zhì)量m=0.91×10-30kg.若在偏轉(zhuǎn)電極上加u=220sin100πtV的交變電壓,在熒光屏的豎直坐標(biāo)軸上能觀測
到多長的線段?

答案10cm

題型3生活物理
【例3】如圖所示是一種自行車上照明用的車頭燈發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖,轉(zhuǎn)軸的一端裝有一對隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)的磁極,另一端
裝有摩擦小輪.電樞線圈繞在固定的U形鐵芯上,自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),通過摩擦小輪帶動(dòng)磁極轉(zhuǎn)動(dòng),使線圈中產(chǎn)生正
弦交變電流,給車頭燈供電.已知自行車車輪半徑r=35cm,摩擦小輪半徑r0=1.00cm,線圈有n=800匝,線圈框橫截
面積S=20cm2,總電阻R1=40Ω.旋轉(zhuǎn)磁極的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.010T,車頭燈電阻R2=10Ω.當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω=
8rad/s時(shí)求:

（1）發(fā)電機(jī)磁極轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度.
（2）車頭燈中電流的有效值.
答案（1）280rad/s（2）64mA

1.兩個(gè)相同的燈泡L1和L2,接到如圖所示的電路中,燈L1與電容器串聯(lián),燈L2與電感線圈串聯(lián),
當(dāng)a、b處接電壓最大值Um、頻率為f的正弦交流電源時(shí),兩燈都發(fā)光,且亮度相同.更換一個(gè)
新的正弦交流電源后,燈L1的亮度高于燈L2的亮度,新電源的電壓最大值和頻率可能是（）
A.最大值仍為Um,而頻率大于fB.最大值仍為Um,而頻率小于f
C.最大值大于Um,而頻率仍為fD.最大值小于Um,而頻率仍為f
答案A
2.如圖所示,“二分頻”音箱內(nèi)有兩個(gè)不同口徑的揚(yáng)聲器,它們的固有頻率分別處于高音、
低音頻段,分別稱為高音揚(yáng)聲器和低音揚(yáng)聲器.音箱要將擴(kuò)音機(jī)送來的含有不同頻率的
混合音頻電流按高、低頻段分離出來,送往相應(yīng)的揚(yáng)聲器,以便使電流所攜帶的音頻信
息按原比例還原成高、低頻的機(jī)械振動(dòng).圖為音箱的電路簡化圖,高、低頻混合電流由a、b端輸入,L是線圈,C是
電容器,則（）
A.甲揚(yáng)聲器是高音揚(yáng)聲器B.甲揚(yáng)聲器是低音揚(yáng)聲器
C.乙揚(yáng)聲器是高音揚(yáng)聲器D.乙揚(yáng)聲器是低音揚(yáng)聲器
答案BC
3.如圖所示,一個(gè)被x軸與曲線方程y=0.2sinxm所圍的空間中存在著勻強(qiáng)磁場.磁場方向垂直紙面向里,磁感應(yīng)
強(qiáng)度B=0.2T.正方形金屬線框的邊長是0.40m,電阻是0.1Ω,它的一條邊與x軸重合.在拉力F的作用下,線框以
10m/s的速度水平向右勻速運(yùn)動(dòng).試求:

（1）拉力F的最大功率是多少?
（2）拉力F要做多少功才能把線框拉過磁場區(qū)?
答案（1）1.6W（2）0.048J
4.如圖所示,在真空中速度v0=6.4×103m/s的電子束連續(xù)射入兩平行板之間,板長L=12cm,
板間距離d=0.5cm,兩板不帶電時(shí),電子束將沿兩板之間的中線做直線運(yùn)動(dòng).在兩板之間加
一交變電壓u=91sin100πtV,若不計(jì)電子間的相互作用,電子電荷量e=1.6×10-19C,電子質(zhì)量m=9.1×10-31kg,
不計(jì)電子打在極板上對兩極電壓的影響.
（1）在圖中畫出電子束可能出現(xiàn)的區(qū)域.（畫斜線表示,要求有推理和計(jì)算過程）
（2）如果以兩極板剛加上交變電壓時(shí)開始計(jì)時(shí)（t=0）,則何時(shí)進(jìn)入交變電場的電子打在極板上具有最大的動(dòng)能?
答案（1）見右圖
（2）（0.005+0.01n）s（n=0,1,2,…）

1.如圖所示的交變電流,最大值為Im,周期為T,則下列有關(guān)該交變電流的有效值I,判斷正確
的是（）
A.I=B.IC.ID.以上均不正確
答案B
2.如圖所示,把電阻R、電感線圈L、電容器C并聯(lián)接到一交流電源上,三個(gè)電流表的
示數(shù)相同.若保持電源電壓大小不變,而將頻率減小,則三個(gè)電流表的示數(shù)I1、I2、I3
的大小關(guān)系是（）
A.I1=I2=I3B.I1I2I3C.I2I1I3D.I3I1I2
答案C
3.如圖所示,交流發(fā)電機(jī)的矩形線圈邊長ab=cd=0.4m,ad=bc=0.2m,線圈匝數(shù)N=100,
電阻r=1Ω,線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸以ω=100πrad/s
的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),外接電阻R=9Ω,以圖示時(shí)刻開始計(jì)時(shí),則（）
A.電動(dòng)勢瞬時(shí)值為160πsin100πVB.t=0時(shí)線圈中磁通量變化率最大
C.t=s時(shí)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢最大D.交變電流的有效值是8πA
答案BC
4.如圖所示,一單匝閉合線框在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,
線框中的最大磁通量為Φm,最大感應(yīng)電動(dòng)勢為Em,下列說法正確的是（）
A.當(dāng)磁通量為零時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢也為零
B.當(dāng)磁通量減小時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢在減小
C.當(dāng)磁通量等于0.5Φm時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢等于0.5Em
D.角速度ω等于
答案D
5.（2009安陽月考）收錄機(jī)等小型家用電器所用的穩(wěn)壓電源,是將220V的正弦交
流電變?yōu)榉€(wěn)定的直流電的裝置,其中的關(guān)鍵部分是整流電路.有一種整流電路可以將
正弦交流電變成如圖所示的脈動(dòng)直流電（每半個(gè)周期都按正弦規(guī)律變化）,則該脈動(dòng)
直流電電流的有效值為（）
A.8AB.4AC.2AD.A
答案B
6.將阻值為5Ω的電阻接到內(nèi)阻不計(jì)的交流電源上,電源電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示.下列說法正確的是（）

A.電路中交變電流的頻率為0.25HzB.通過電阻的電流為A
C.電阻消耗的電功率為2.5WD.用交流電壓表測得電阻兩端的電壓是5V
答案C
7.如圖（甲）所示，為電熱毯的電路圖，電熱絲接在u=311sin100πtV的電源上，電熱毯被加熱到一定溫度后，通
過裝置P使輸入電壓變?yōu)閳D（乙）所示的波形，從而進(jìn)入保溫狀態(tài)，若電熱絲電阻保持不變，此時(shí)交流電壓表的
讀數(shù)是

A.110VB.156VC.220VD.311V
答案B
8.如圖甲所示電路,電阻R的阻值為50Ω,在ab間加上圖乙所示的正弦交流電,則下面說法中錯(cuò)誤的是（）

A.交流電壓的有效值為100V
B.電流表示數(shù)為2A
C.產(chǎn)生該交流電的線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為3.14rad/s
D.如果產(chǎn)生該交流電的線圈轉(zhuǎn)速提高一倍,則電流表的示數(shù)也增大一倍
答案C
9.一個(gè)閉合的矩形線圈放在勻強(qiáng)磁場中,并且可繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),角速度為ω時(shí),線圈中產(chǎn)生的交變電動(dòng)
勢的最大值為E0,周期為T0,外力提供的功率為P0.若使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)?ω,線圈中產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢的最
大值為E,周期為T,外力提供的功率為P.則E、T和P的大小為（）
A.E=2E0,T=T0,P=2P0B.E=E0,T=T0,P=2P0
C.E=2E0,T=T0,P=2P0D.E=2E0,T=T0,P=4P0
答案D
10.將硬導(dǎo)線中間一段折成不封閉的正方形,每邊長為l,它在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向如圖
的勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)速為n.導(dǎo)線在a、b兩處通過電刷與外電路連接,外電路接
有額定功率為P的小燈泡并正常發(fā)光,電路中除燈泡外,其余部分的電阻不計(jì),燈泡的電阻應(yīng)為（）
A.B.C.D.
答案B
11.如圖所示為一個(gè)小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖,其矩形線圈的長度ab=
0.25m,寬度bc=0.20m,共有n=100匝,總電阻r=1.0Ω,可繞與磁場方向垂直
的軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng).線圈處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.40T的勻強(qiáng)磁場中,與線圈兩端相連
的金屬滑環(huán)上接一個(gè)“3.0V,1.8W”的燈泡.當(dāng)線圈以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),小燈泡消耗的功率恰好為1.8W.則:
（1）推導(dǎo)發(fā)電機(jī)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值的表達(dá)式Em=nBSω（其中S表示線圈的面積）.
（2）求線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω.
（3）線圈以上述角速度轉(zhuǎn)動(dòng)100周過程中發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能.
答案（1）線圈平面與磁場方向平行時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢最大,設(shè)ab邊的線速度為v,該邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為
E1=BLabv
與此同時(shí),線圈的cd邊也在切割磁感線,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E2=BLcdv,線圈產(chǎn)生的總感應(yīng)電動(dòng)勢為Em=n（E1+E2）,因
為Lab=Lcd,所以Em=n2BLabv
線速度v=ωLbc,故Em=nBLabLbcω
而S=LabLcd(S為線圈的面積),Em=nBSω.
（2）2.5rad/s（3）5.43×102J
12.（2009泰安月考）如圖所示,間距為L的光滑平行金屬導(dǎo)軌,水平地放置在豎直方向
的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,一端接阻值是R的電阻.一電阻是R0,質(zhì)量為m的導(dǎo)體
棒放置在導(dǎo)軌上,在外力F作用下從t=0的時(shí)刻開始運(yùn)動(dòng),其速度隨時(shí)間的變化規(guī)律是v=vmsinωt,不計(jì)導(dǎo)軌電阻.求:
（1）安培力Fi與時(shí)間t的關(guān)系式.
（2）從t=0到t=時(shí)間內(nèi)外力F所做的功.
答案（1）Fi=sinωt（2）
13.真空中足夠大的兩個(gè)相互平行的金屬板a、b之間距離為d,兩極之間的電壓Uab=Ua-Ub,按圖所示規(guī)律變化,其周期
為T,在t=0時(shí)刻一帶正電的粒子僅在電場力作用下,由a板從靜止開始向b板運(yùn)動(dòng),并于t=nT（n為自然數(shù)）時(shí)刻
恰好到達(dá)b板.

（1）求當(dāng)該粒子的位移為多大時(shí),速度第一次達(dá)到最大?速度的最大值是多少?
（2）若該粒子在t=T/6時(shí)刻才從a板開始運(yùn)動(dòng),并且以粒子開始運(yùn)動(dòng)為計(jì)時(shí)起點(diǎn),求粒子經(jīng)過同樣長的時(shí)間（nT）,將運(yùn)動(dòng)到離a板多遠(yuǎn)的地方?
（3）若該粒子在t=T/6時(shí)刻才從a板開始運(yùn)動(dòng),求粒子經(jīng)過多長時(shí)間才能到達(dá)b板?
答案（1）（2）（3）（3n-（n=0,1,2,3,…）