2019-2020年高中物理 5.3 电感和电容对交变电流的影响教案 新人教版选修3-2 (I).doc

2019-2020年高中物理 5.3 电感和电容对交变电流的影响教案 新人教版选修3-2 (I)本节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、知识目标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.二、技能目标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.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 F、15 V”与“200 F、15 V”）2个、两个扼流圈、投影片、投影仪. 课时安排1课时 教学过程一、引入新课师在直流电路中，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元件.这节课我们学习电感、电容对交变电流的影响.二、新课教学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：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，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（XL）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.生感抗决定于线圈的自感系数和交流电的频率.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.师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：对低频交流电有很大的阻碍作用.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：师开关S分别接到直流电源和交流电源上，观察到什么现象？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，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（XC)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.生容抗决定于电容器电容的大小和交流电的频率.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；交流电的频率越高，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.师介绍电感、电容的广泛存在.三、小结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.四、作业（略）五、板书设计六、本节优化训练设计1.有一电阻极小的导线绕制成线圈接在交流电上，如果电源电压峰值保持不变，比较下面哪种情况，通过线圈的电流最小A.所加电源频率为50 HzB.所加电源频率为100 HzC.所加电源频率为50 Hz，减少线圈匝数D.在线圈中加入铁芯，所加电源频率为100 Hz2.有两个电容分别为C1=5 F,C2=3 F的两电容器，分别加在峰值一定的交流电源上，比较下列哪种情况通过电容器的电流最大A.在C1上加f=50 Hz的交变电流B.在C2上加f=50 Hz的交变电流C.在C1上加f=60 Hz的交变电流D.在C2上加f=60 Hz的交变电流3.一段长直导线接在交流电源上时电流为I1，如果把这段长直导线密绕成线圈，现接入原电路，通过线圈的电流为I2，则A.I2I1 B.I2I1C.I2=I1 D.条件不足，无法比较参考答案：1.D 2.C 3.B 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.