高二物理教案：探究电阻电感和电容的作用

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本文题目：高二物理教案：探究电阻电感和电容的作用

2.3 探究电阻、电感和电容的作用

三维教学目标

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)知道用感抗来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)知道用容抗来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。

教学重点：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源、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)引入新课

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件。这节课我们学习电感、电容对交变电流的影响。

(二)进行新课

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：

[来源: ]

演示甲图，电键分别接到交、直流电源上，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、直流电源上，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。[来源: ]

问题2：电感对交变电流阻碍作用的大小，用感抗来表示。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分别接到直流电源和交变电流源上，观察现象(接通直流电源，灯泡不亮;接通交变电流源，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课件展示电容器接到交变电流源上，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，只是当电源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;当电源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。物理上用容抗来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、课堂总结、点评

本节课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来表示。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，交流电源的电压u=220 sin10πt V。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( )

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、图所示是电视机电源部分的滤波装置，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。

]

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的交流电源，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两端连接的交流电源既含高频交流，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

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