導(dǎo)學(xué)案：探究電阻電感和電容的作用

探究電阻、電感和電容的作用導(dǎo)學(xué)案[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]知道電阻器對(duì)交流電的阻礙作用與對(duì)直流電的阻礙作用相同。能理解電感器、電容器對(duì)交變電流形成阻礙作用的原因。知道用感抗、容抗來表示電感器、電容器對(duì)交變電流阻礙作用的大小。4.能夠分析簡(jiǎn)單電路中的電容器、電感器的作用。1．線圈的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，線圈的橫截面積越大，單位長(zhǎng)度上匝數(shù)越多，線圈的自感系數(shù)越大，線圈有鐵心比無鐵心時(shí)自感系數(shù)大得多。2．平行板電容器的電容決定式C＝eq\f(εS,4πkd)，電容的定義式C＝eq\f(Q,U)。3．由于導(dǎo)體自身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象。一、電阻器對(duì)交變電流的作用電阻器對(duì)交變電流的阻礙作用跟對(duì)直流的阻礙作用相同。二、電感器對(duì)交變電流的作用1．電感器能讓交變電流通過，但對(duì)交變電流有阻礙作用。2．電感器的電感量越大，通過的交變電流頻率越高，阻礙作用越大。三、電容器對(duì)交變電流的作用1．電容器能讓交變電流通過，但對(duì)交變電流有阻礙作用。2．電容器的電容量越大，通過的交變電流頻率越高，阻礙作用越小。一、電阻器對(duì)交變電流的作用[問題設(shè)計(jì)]閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合圖1回答下列問題(A、B是規(guī)格相同的燈泡)：(1)當(dāng)開關(guān)S扳向交流電源時(shí)，兩只燈泡的亮度是否相同？這說明什么問題？答案B比A更亮些，這說明電阻器對(duì)交流電有阻礙作用。圖1(2)把開關(guān)S扳向直流電源和交流電源，比較這兩種情況下燈泡A的亮度有沒有變化，這又說明什么問題？答案開關(guān)S扳向直流電源和交流電源，兩種情況下燈泡A的亮度相同，這說明電阻器對(duì)交流的阻礙作用跟對(duì)直流的阻礙作用相同。[要點(diǎn)提煉]1．電阻器對(duì)交變電流和直流電的阻礙作用是相同的。2．在交流電路中，電阻定律和歐姆定律都成立。二、電感器對(duì)交變電流的作用[問題設(shè)計(jì)]如圖2所示，把帶鐵心的線圈L與小燈泡串聯(lián)起來，先把它們接到直流電源上，再把它們接到交流電源上，取直流電源的電壓與交流電壓的有效值相等。圖2(1)對(duì)比兩種情況下燈泡的亮度有什么不同？說明了什么？(2)乙圖中換用自感系數(shù)更大的線圈或調(diào)換頻率更高的交流電源，燈泡的亮度有何變化？說明了什么？答案(1)甲圖中燈泡比乙圖中燈泡更亮，說明電感器對(duì)交變電流有阻礙作用。(2)不論是換用自感系數(shù)更大的線圈還是調(diào)換頻率更高的交流電源，燈泡均變得更暗，說明線圈的自感系數(shù)越大，交流電的頻率越高，線圈對(duì)交流電的阻礙作用越大。[要點(diǎn)提煉]1．電感器的感抗是由變化的電流在線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)引起的，與制成線圈導(dǎo)體的電阻無關(guān)。2．電感器對(duì)交流電的阻礙作用的大小用感抗XL表示，XL＝2πfL。所以感抗的兩個(gè)決定因素：(1)電感器的電感量(自感系數(shù))；(2)交變電流的頻率。3．電感器在電路中的作用(1)通直流，阻交流；(2)通低頻，阻高頻。三、電容器對(duì)交變電流的作用[問題設(shè)計(jì)]如圖3甲、乙所示，把燈泡和電容器串聯(lián)起來，先把它們接到直流電源上，再把它們接到交流電源上，觀察燈泡的發(fā)光情況。圖3(1)分析電容器能通交流的原因。(2)若把圖乙中的電容器去掉，變成圖丙所示電路，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？說明了什么？(3)在圖乙中，改變電容器的電容和電源頻率，燈泡亮度會(huì)有什么變化？答案(1)把交流電源接到電容器兩個(gè)極板上后，當(dāng)電源電壓升高時(shí)，電源給電容器充電，電荷向電容器極板上聚集，在電路中，形成充電電流；當(dāng)電源電壓降低時(shí)，電容器放電，電荷從極板上流出，在電路中形成放電電流。電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中就有了電流，好像是交流“通過”了電容器，但實(shí)際上自由電荷并沒有通過電容器兩極板間的絕緣介質(zhì)。(2)燈泡變得比乙中亮，說明電容器對(duì)交變電流有阻礙作用。(3)電容變大時(shí)，燈泡變亮；頻率增大時(shí)，燈泡變亮。[要點(diǎn)提煉]1．電容器能通交變電流，并不是電荷真的穿過了電容器。2．電容器對(duì)交變電流的阻礙作用：電源電壓推動(dòng)自由電荷定向移動(dòng)時(shí)，電容器極板上積累的電荷會(huì)阻礙自由電荷向此方向做定向運(yùn)動(dòng)，這就產(chǎn)生了電容器對(duì)交變電流的阻礙作用。3．電容器對(duì)交變電流的阻礙作用的大小用容抗XC表示，XC＝eq\f(1,2πfC)，所以決定容抗的兩個(gè)因素：電容器的電容量和交變電流的頻率。4．電容器在電路中的作用：通交流，阻直流，通高頻，阻低頻。一、對(duì)感抗的理解例1如圖4所示實(shí)驗(yàn)電路中，若直流電壓和交變電壓的有效值相等，S為雙刀雙擲開關(guān)，下面敘述正確的是()圖4A．當(dāng)S擲向A、B時(shí)燈較亮，擲向C、D時(shí)燈較暗B．當(dāng)S擲向a、b時(shí)燈較暗，擲向c、d時(shí)燈較亮C．S擲向c、d，把電感線圈中的鐵心抽出時(shí)燈變亮D．S擲向c、d，電源電壓不變，而使頻率減小時(shí)，燈變暗解析線圈對(duì)恒定電流無感抗，對(duì)交變電流有感抗，當(dāng)交流電頻率減小時(shí)，感抗變小，燈變亮，并且是有鐵心時(shí)感抗更大，故鐵心抽出時(shí)燈變亮。答案AC二、對(duì)容抗的理解例2如圖5所示，接在交流電源上的燈泡正常發(fā)光，以下說法正確的是()A．把電介質(zhì)插入電容器，燈泡變亮B．增大電容器兩極板間的距離，燈泡變亮C．減小電容器兩極板間的正對(duì)面積，燈泡變暗圖5D．使交變電流頻率減小，燈泡變暗解析把電介質(zhì)插入電容器，電容變大，容抗變小，電容器對(duì)交變電流阻礙作用變小，所以燈泡變亮，故A正確；增大電容器兩極板間的距離，電容變小，電容器對(duì)交變電流阻礙作用變大，所以燈泡變暗，故B錯(cuò)誤；減小電容器兩極板間的正對(duì)面積，電容變小，燈泡變暗，故C正確；使交變電流頻率減小，電容器對(duì)交變電流阻礙作用變大，燈泡變暗，故D正確。答案ACD三、電阻、感抗、容抗的對(duì)比例3如圖6所示，電路中完全相同的三只燈泡L1、L2、L3分別與電阻R、電感L、電容C串聯(lián)，然后再并聯(lián)到220V、50Hz的交流電路上，三只燈泡亮度恰好相同。若保持交變電壓不變，將交變電流的頻率增大到60Hz，則發(fā)生的現(xiàn)象是()圖6A．