1、 5.3 电感和电容对交变 电流的影响 课程标准：通过实 验，了 解电容器和电感器 对交变 电流的导通和阻碍 作用。 本 主题 属“ 了 解” 水 平。 要求 用实 验的 方法， 了解 电容 器在 电路 中起隔 断直 流， 导通 交变 电流的 作用 ； 定 性了解 电容 器对 交变 电流 有阻碍 作用 ， 知道电 容越 大其阻 碍作 用就 越小 。 同 样， 标准 要求 用 实验的 方法 ， 了解电 感器 在电路 中对 稳恒 直流 的导 通作用 ， 也能 通过交 变电 流； 定性 了解 电 感器对 交流 有阻 碍作 用， 知道电 感越 大其 阻碍 作用 就越大 。 是否 要引入 感抗 与容抗
2、， 应根 据 教学的 实际 情况 决定 。 教 材分 析 ： 本节着重说明交流与 直流的区别，有 利于加深 学生 对交变电流 特点的认 识.教学 的重 点在突出交流 与直流的区 别，而不要求 深入讨论感 抗和容抗的问 题.可 结合学 校的实际 情况， 尽可 能多 地用 实验 说明问 题， 不必 在理 论上 进行讨 论. 根据 电磁感应 的知识，学生不 难理解感 抗的概念和影响 感抗大小 的因素. 教学中要 注意 适当 复习或回忆已 学过的有关 知识，让学生 自然地得出 结论. 这 样既有利于 理解新 知识，又 有利于 培养 学生 的能 力， 使学生 学会 如何 把知 识联 系起来 ， 形成 知
3、识结 构 ， 进而独 立地 获取 新知识. 对交变 电流 可以 “通 过” 电容器 的道 理， 课本 用了 一个形 象的 模拟 图， 结合 电容器 充放 电的 过程加以说明 ，使学生有 所 了解即可.对于容 抗的概 念和影响容抗 大小的因素 ，课本是 直接给 出的 ，让 学生 知道 就可以 了， 不要 作更 深的 讨论. 教学目标 ： 一、 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.
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. 二、 过程与方法 培养 学生 用学过 的知 识去 理解 、分 析新问 题的 习惯. 三、情感态度目标 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 ：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. 教学用具 ： 双 刀双 掷开 关 、学生 用低 压交
5、直流 电源 、灯泡 （6 V 、0.3 A ） 、 线 圈（用 变压 器 的副线 圈） 、 电容 器 （ “10 3F 、15 V”与“200 F 、15 V”） 2 个、 两个 扼流 圈、 投影 片、 投影仪. 教学过程 ： 一、知识回顾 1. 什么 叫自 感现 象、 自感 电动势 ？自 感电 动势 有什 么作用 ？ 2.电容 器的 结构 、充 电和 放电、 电容 的定 义式 及决 定式？ 二、引入新课 在直 流电路中 ，影响电流跟电 压关系的 只有电阻.在交流 电路中， 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 流电路 中三 种基本
6、 元件.这 节课我 们学 习电 感、 电容 对交变 电流 的影 响. 三、新课教学 （一） 电感 器对 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 ： 师 首先 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 ， 说 明了什 么道 理？ 生 灯的 亮度 相同.说 明 电阻对 交流 和直 流的 阻碍 作用相 同. 师 再演 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， 说明 了什么 道理 ？ 生 电键 接到 直流 上， 灯泡慢 慢变 亮，
7、 待稳 定后 ，灯泡 的 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 流电 的阻 碍作 用不同. 师 确实如 此. 线 圈对直流电 的阻碍作 用只是电阻；而 对交流电 的阻碍作用除了 电阻 之外， 还有 电感.为 什么 会 产生这 种现 象呢 ？ 生 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. 师电感对交变电流阻 碍作用的大小，用感抗（X L ）来表示.感抗的大小与 哪些因素 有关？ 电 感 对交 变 电 流 的阻 碍 作 用 在 电子 技 术 中 有哪 些 应 用 呢 ？ 请
8、同 学 们 阅读 教 材 后 回答 下列问 题。 一、感抗 1定 义： 对电 流 阻碍作 用的 大小 ，用 感抗 表示 2感抗 的成因 ：因 为交变 电流的 随 时间周 期性变 化， 这个变 化的电 流通过 线圈 时产 生一 个自 感电动 势， 自感 电动 势总 是阻碍 的变 化， 故线圈 对交 变电 流有阻 碍作 用， 这就 是感 抗 3 决 定因 素： 线圈 的感 抗XL 与它的 自感 系数L 及 交 变电流 的频 率f 间有 如下 的关系 ： fL X L 2 4.应用 (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 ： 自 感 系 数
9、 的 线 圈 （ 约 几 十 亨 ） ， 线 圈 电 阻 较 ， 对 直 流 的 阻 碍 作 用 较 ， 这种 线圈 可以 “通 ，阻 ”。 (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 ： 自 感系 数较小 的线 圈 （ 约几 个毫 亨） ， 对低 频 交变电 流的 阻碍 作用 较 而对 高频交 变电 流的 阻碍 作用 很 ， 可以 用来 “通 、 ，阻 ”。 （二） 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 ： 师 开 关 S 分别 接到 直 流电源 和交 流电 源上 ，观 察到什
10、么现 象？ 说明 了什 么道理 ？ 生 接通直 流电源，灯泡不 亮；接通 交流电源，灯泡 亮了. 说明了直 流电不能够 通过 电容器 ，交 流电 能够 “通 过”电 容器. 师 电容 器的 两极 板间 是绝缘 介质 ，为 什么 交流 电能够 通过 呢？ 用 CAI 课 件展示 电 容器 接到交流电源 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
11、电 和放 电， 电路 中就 有了电 流， 表现 为交 流通 过了电 容器. 二、交变电流能够“ 通过 ”电容器 电 流 实 际 上 并没 有 通 过电 容 器 的 ，也 就 是 说 ， 自 由电 荷 定 向移 动 ， 不 会从一个极板经极板 间的 电介质到达另一个极 板 电 容 器 “ 通 交 流 ” ， 只 不 过 是 在 交 变 电 压 的 作 用 下 ， 当 电 源 电 压 升 高 时 ， 电 容 器 ， 电 荷 向 电 容 器 的 极 板 上 集 聚 ， 形 成 ； 当 电 源 电 压 降 低 时 ， 电 容 器 ， 电荷从 电容 器的极板上放出， 形成 电容器交 替进 行充电和放 电
12、，电路中就有了电 流， 表现为交流“通过” 了电 容器 （ 三） 、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 师 将刚 才实 验电 路中 “1000 F 、15 V ” 的电 容器去 掉， 观察 灯泡 的亮 度 有什 么 变化 ， 说明 了什 么道 理？ 生 灯泡 的亮 度变 亮了. 说明电 容器 对交 变电 流也 有阻碍 作用. 师 的确 是这 样.物 理上 用容抗 （X C ) 来表 示电 容器 对交变 电流 阻碍 作用 的大 小.容 抗跟 哪些因 素有 关 呢 ？请 同学 们阅读 教材 后回 答. 三、容抗 1定义： 对 交 流的阻碍作用的大小 ，用
13、 容抗来表示 2 成因：电容器接入交流 电路中后，极板上的电荷 形成了二极板间的电压， 这电压 和电源电压相反，从 而产 生了对交变电流的阻 碍作 用，即形成了容抗 3 决定因素：交流电路中 的容抗和交变电流的频率 、电容器的电容成反比 容抗与 交变电流的频率和电 容的 关系为 fC X L 2 1 ， 即交流电的频率 越大， 电容越 ， 电容器对交变电流的 阻碍 作用越小，容抗越 4.应用： “通 交流 、 隔 直流 ” “通 高频 、阻 低频 ” （四） 拓展 电容不 仅存 在于 成型 的电 容器中 ， 也 存在 于电 路的 导线、 元件 、 及 机壳 间。 有 时候这 种 电容的 影响是
14、 很大的 ，当 交流的 频率很 高时更 是这 样。同 样，电 感也不 仅存 在于成 型的线 圈中 。 下 面将 要讲到 的远 距离输 电 ， 输 电线的 电感 和电容 都很 大 ， 它们 造成 的损失 常常 比 电 阻造成 的还 要大 。 四、课 堂总 结 电阻、 电感 、 电 容是 电路 中的重 要元 件， 电阻 对直 流、 交 流的 阻碍 作用 是相 同的， 而电 感、电 容对 直流 、交 流却 有不同 的特 点 ， 请同 学们 认真区 分。 四、电感和电容在电 路中 的作用 1电感的作用是： “通 、阻 ；通 、阻 ” 2电容的作用是： “通 、 直流、 通 、阻 ” 五、思 考与 讨论
15、 有些电源输 出的电流 既有 交流成分又 有直流成 分， 而我 们只需要稳 定的直 流，不 希望其中混 有太多 的交流 成分 。例 如： 电 阻 R 2 接 在既 有交 流 成分又 有直 流成 分的 电路 中， 要 使 R 2 上 的交 流成 分较 少， 可 以在 A 位置 接入 什么元 件 ？ 在电子技术 中同时使 用电 感器和电容 器，可以 使某 部分 电路中 的交 流成 分更 少。 如果要 使 R 2 上 的交 流成 分 更少， 怎 么办？ 为 了尽 量减少 R 2 上 的交流 成分 应该怎 样选 择线圈的 自 感和电 容器 的电 容？ 五、课 堂检 测 见导学 案 课后作 业 板书设
16、计 备课 资料 空心杯 直流 电动 机 1820 年 的一 天，丹 麦物理 学家奥斯 特惊 喜地发 现： 当电流流 过导 体时， 在导 体旁边 的 磁针 产生了摆动， 这表明电流 周围存在磁场. 奥斯 特的发 现揭示了电与 磁之间的内 在联系， 从而开 辟了 电磁 学的 新纪 元. 1831 年 ，英国 物理 学家 法 拉第通 过实 验又 发现 了电 磁感应 现象.法 拉第 的这 个 发现可 以 说是 划时代的，因 为这个发现 使我们人类进 入了应用电 的时代. 从此生产技 术被推 向一个崭 新水平 ，人 们也 从早 期原 始的动 力中 解放 出来. 在机械 、 冶 金、 纺织 等工 业领域
17、中， 电动 机作 为生 产机械 的动 力装 置， 发挥 着人力 劳动 无法比 拟的 巨大 作用. 在日常 生活 中， 电动 机带 动着这 些电 器， 使我 们的 生活更 加舒 适. 电动机 的广 泛应 用， 为加 速扩大 生产 规模 ， 实 现生 产的自 动化 控制 ， 提 高生 产效率 起 着 重要作 用. 现在 ，电 动机 已 渗透到 国民 经济 建设 的各 个领域 之中. 我们知 道直 流电 动机 内部 结构主 要包 括两 部分 ： 转 子和定 子. 这种 电动 机的 转 子由转 轴、 铁芯及 其绕组 、换向 器等 构成.定 子由磁 性材料 和机 座等构 成. 利用 带电导 体和 磁场间
18、 的相互 作用 把电能变为机 械能. 然而由 于硅钢片铁芯 的存在，使 得电动机的转 动惯量高、 能量损耗 多，重 量体 积大. 随着科 学技 术的 不断 发展 ， 工业 生产 自动 化程 序的 不断提 高， 对电 动机 的性 能也提 出了 越来越 高的 要求.不 仅要 求 电动机 具有 更低 的转 动惯 量、 更 宽的 调速 范围， 更 长的使 用寿 命， 还要 求电动机体积 小，重量轻.而这是 铁芯电动机 无法达 到的，因此开 发无铁芯电 动机是技 术发展 的必 然趋 势. 冶金部 自动 化研 究院 研制 的新型 空心 杯直 流电 动机 ， 是一种 转子 无铁 芯电 枢结 构的新 型 微特
19、 电机，它的转 子线圈是用 导线按一定角 度均匀排列 缠绕成杯子形 状.然 后与换 向器板连 A R 1R 2接， 构成新的独特 的电动机转 子.由于 空心杯转子 替代了 硅钢片铁芯转 子，因而它 的结构更 加合理 ，性 能大 大超 过了 普通铁 芯电 动机. 空心杯 电动 机转 子只 有 4.2 g ， 比铁 芯电 动机 转子 轻 23 g ， 所 以它 的机 械时 间常 数只 有 5 至 20 毫秒 ， 比 铁芯 电动 机 提高一 个数 量级.这 意味 着 空心杯 电动 机有 极快 的响 应速度.由 于铁 芯转动 和涡 流的 产生 都要 消耗能 量， 而空 心杯 电动 机减少 了这 部分
20、能耗 ， 所 以它的 效率 比铁 芯电机 高 出 50% 以上. 减少 能耗就 意味 着省 电. 被铁芯 占用 的电 动机 内部 空间， 现在 被线 圈或 磁性 材料充 填， 使空 心杯 电动 机的结 构更 加合理 ，在 同等 输出 功率 的条件 下， 空心 杯电 机的 体积和 重量 可减 少 1/3 以上. 高性 能的 技术 优势使空心杯电 动机在许 多领域发挥着重 要作用. 航天飞 行器上应用 空心 杯电机 可以 减轻 飞行 器的 重量 ， 在 快速 响应的 随动 系统中 ， 像自 动调焦 镜头 、 高 倍率 光驱 的 随动控 制， 工业 机器 人及 进入人 体内 的微 型医 用机 器人， 只有 空心 杯电 机才 能满足 其技 术要 求. 目前成 熟的 空心 杯电 动机 的功率 可以 达 到 250 W ， 应用范 围不 断扩 大， 从纺 织机、 激光 扫平 仪、环 保测 尘仪 发展 到汽 车用电 机. 可以 预见 ，一 场 电机领 域内 的革 命已 经悄 然来临.
