5.3 电感和电容对交流电的影响 教学设计 -2023-2024学年高二上学期物理人教版选修3-2

高二物理选修3-2 第五章 交变电流 第三节 电感和电容对交变电流的影响 教学目标： 1.了解电感器和电容器对交变电流的阻碍和通导通作用 2.知道感抗和容抗的物理意义及影响因素 教学重点： 1.电感、电容对交变电流的阻碍作用。 2.感抗、容抗的物理意义。 教学难点： 1.感抗的概念及影响感抗大小的因素。 2.容抗的概念及影响容抗大小的因素。 教学过程： 一、导入新课、板书课题 回顾：交变电流的周期、频率、有效值、峰值以及相位和相位差。 导入：在交变电流电路中，有很多元件，那么电感和电容对交变电流有什么影响呢？ 二、出示目标、明确任务 1.理解电感器和电容器对交变电流的阻碍和通导通作用 2.熟记感抗和容抗的物理意义及影响因素 三、学生自学、独立思考（限时2-3分钟） 阅读课本37-39页内容，找到书中的知识点、重点、困惑点 四、自学指导、紧扣教材 1.阅读课本37-38页电感对交变电流的阻碍作用部分 ①阅读课本演示内容，尝试思考实验说明了什么？ ②通过阅读38页第一段，找到什么是感抗？它的大小与哪些因素有关？它的物理意义是什么？ ③电感器的分类，两种扼流圈，自感系数分别如何，都有什么样的特性？ 2.阅读课本38-39页交变电流能够通过电容器部分和电容器对交变电流的阻碍作用部分 ①观看38页演示视频，观察现象，这个实验说明了什么？ ②通过阅读39页第一段，尝试解释交流电“通过”电容器的实质是什么？ ③通过阅读2.3段，找到什么是容抗？它的大小和哪些因素有关？它的物理意义是什么？ ④尝试解决说一说中的问题，并思考电子设备和电子仪器的外壳为什么还会有电流？ 五、自学展示、精讲点拨 1.①说明线圈对交变电流有阻碍作用，线圈具有“通直流、阻交流”的特性 ②电感对交变电流也有阻碍作用，阻碍作用的大小用感抗来表示。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，电感对交流的阻碍作用就越大，也就是说，线圈的感抗就越大。 ③扼流圈分为两种，一种是低频扼流圈，线圈绕在铁芯上，匝数为几千甚至超过一万，自感系数为几十亨。即使交流的频率较低，这种扼流圈可以用来“通直流，阻交流”。 另一种是高频扼流圈，线圈有的绕在铁氧体芯上，有的是空心的，匝数为几百或几十，自感系数为几毫亨。可以用来“通低频、通直流，阻高频”。 2.①说明电容也有对交流的阻碍作用，电容器具有“隔直流、通交流”的特性 ②当电容器接到交流电源的两端时，实际上自由电荷也没有通过两极板间的绝缘介质。不过，瞬时电压在不断变化，当电压升高时，电容器充电，电荷向电容器的极板上聚集，形成充电电流；当电压降低时，电容器放电，电荷从极板上退出，形成放电电流。电源加在两极板上电压的大小和正负在不断地变化，电容器交替地进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流“通过”了电容器。 ③电容对交流阻碍作用的大小用容抗表示。实验和理论分析都表明，电容器的电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，也就是说，电容器的容抗就越小。 ④ 与电源相连的机芯和金属外壳可以看做电容器的两个极板，电源中的交变电流能够“通过”这个“电容器”。 虽然这一点点“漏电”一般不会造成人身伤害，但是为了确保安全，电气设备和电子仪器的金属外壳都应该接地。 精讲 电感对交变电流的阻碍作用 演示实验： 把带铁芯的线圈L与小灯泡串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上。实验中取直流电源的电压与交流电压的有效值相等。 实验现象：接通直流电源时，灯泡亮些；接通交流电源时，灯泡暗些。 实验表明电感对交变电流有阻碍作用。 交流电通过电感线圈时，电流时刻在改变，电感线圈中必然产生自感电动势，阻碍电流的变化，使灯泡变暗。 电感对交变电流阻碍作用的大小，用感抗表示。 实验：调换电感不同的线圈、改变交变电流的频率。 实验表明：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越大。 为什么线圈的感抗跟线圈的自感系数和交流电的频率有关呢？ 感抗是由自感现象引起的，线圈的自感系数L越大，自感作用就越大，因而感抗越大；交流电的频率f越高，电流的变化率越大，自感作用也越大，因而感抗越大。 在电工和电子技术中使用的扼流圈，就是利用电感阻碍交变电流的作用制成的。 电容器的两极板间是绝缘介质，为什么交流电能够通过呢？ 当交流电路中接入电容器时，由于极板的电压作周期性变化，电容器的带电量也会周期性的增大或减小。当电压升高时，电容器充电，电荷向电容器的极板上聚集，形成充电电流； 当电压降低时，电容器放电，电荷从极板上放出，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。 强调：实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质。