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]知道電阻器對交流電的阻礙作用與對直流電的阻礙作用相同。能理解電感器、電容器對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、電容器對交變電流阻礙作用的大小。4.能夠分析簡單電路中的電容器、電感器的作用。1．線圈的長度越長，線圈的橫截面積越大，單位長度上匝數(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、電阻器對交變電流的作用電阻器對交變電流的阻礙作用跟對直流的阻礙作用相同。二、電感器對交變電流的作用1．電感器能讓交變電流通過，但對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、電容器對交變電流的作用1．電容器能讓交變電流通過，但對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，這說明電阻器對交流的阻礙作用跟對直流的阻礙作用相同。[要點(diǎn)提煉]1．電阻器對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)電動勢引起的，與制成線圈導(dǎo)體的電阻無關(guān)。2．電感器對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．電容器對交變電流的阻礙作用：電源電壓推動自由電荷定向移動時(shí)，電容器極板上積累的電荷會阻礙自由電荷向此方向做定向運(yùn)動，這就產(chǎn)生了電容器對交變電流的阻礙作用。3．電容器對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)，燈變暗解析線圈對恒定電流無感抗，對交變電流有感抗，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．