5.3 电感和电容对交变电流的影响 教学设计 （表格式）高二上学期物理人教版选修3-2

《电感和电容对交变电流的影响》教案
章节名称：5.3电感和电容对交变电流的影响
授课对象：高二年级
课时：1课时
课型：新授课
教材分析：本节课是人教版选修3-2第五章《交变电流》第三节，在上一章的《自感与互感》之后继续学习电感和电容对交变电流的影响，是对电感和电容的进一步理解和应用，起到了承前启后的作用。高考对这一部分没有明确的要求，因此这部分知识只需了解、会应用即可。
学情分析本节课授课对象是高二学生，他们在上一章《电磁感应》中学习过电感对直流电路的影响，因此在本节中只要稍加过渡，即可让学生掌握电感和电容对交变电流的影响
物理观念1.理解电感和电容对交变电流有阻碍作用。
知道感抗和容抗的意义，以及感抗和容抗的决定因素。
科学思维1.经历探究过程，培养学生的分析论证能力。
2.培养学生归纳、总结的科学思维方法。
科学探究1.经历探究电感和电容对交变电流影响的探究过程，培养学生的探究能力。
科学态度与责任1.通过本节知识的学习，体会探索自然规律的科学态度。
教学重点：电感和电容对交变电流的影响
教学难点：感抗和容抗大小的决定因素
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流
教学用具：PPT、视频
教 学 过 程 师生活动 设计意图
【导课】上节课学习描述交变电流四个值，最大值、瞬时值、平均值、有效值，其中有效值是根据电流的热效应定义的，只要是计算与热效应相关、电表的读数、用电器的额定电压、额定电流，还有保险丝的熔断电流，都是利用交变电流的有效值。本章学习了交流电路，当外电路接上电阻，也相当于一个闭合电路，可以使用闭合电路的欧姆定律来解决问题，但如果电路中出现了电感线圈和电容器，那又会给交变电流带来怎样的影响呢？今天我们继续往下学习第五章第三节《电感和电容对交变电流的影响》。 【讲授内容】 一、感抗 提问：将电感线圈与灯泡串联在一起，分别接在直流电源和交流电源上，保证交流电压的有效值与直流电压相等，这样，交流电源电压就可以被等效为直流电源电压，请大家猜想一下两个灯泡的亮度。其中，接在直流电路中的现象你应该有所了解。 学生猜想：在直流电路中，小灯泡逐渐变亮。亮度与直接接在电源上差别不大。 讲解：电感线圈只是在闭合的一瞬间对电流有阻碍作用，相当于一个无穷的大电阻，在电路维持稳定之后，电感线圈对直流电路就没什么作用了。 【播放演示实验视频：电感线圈对直流电的作用】验证猜想 讲解：因此，电感线圈对直流电路的作用特点：通直流。 提问：如果把电感线圈接在交流电上，是否会发生什么作用呢？ 讲解：电路中的电流方向始终都在来回变化，线圈中的自感电动势也始终阻碍电流的变化，所以电感线圈对交变电流会有一定的阻碍作用，其阻碍作用是非常明显的。 【播放演示实验视频：电感线圈对交流电的作用】验证猜想 讲解：因此，电感线圈对交变电流是具有阻碍作用的。 △1.感抗：描述电感对交变电流的阻碍作用。 讲解：在物理上，我们用感抗来描述电感对交变电流的阻碍作用。那感抗大小与什么因素有关呢？ 学生：与电感线圈本身的性质有关，还可能与交流电路的电压、频率等等因素有关。 讲解：感抗是电感线圈对交变电流的阻碍作用，电流改变，在电感线圈中就会产生感应电动势，其实感抗也就是自感电动势对交变电流的阻碍作用，自感电动势跟电流的变化率成正比，其比例系数为自感系数L，简称自感或电感。所以当自感系数越大时，电感线圈对交变电流的阻碍作用越大，即感抗越大。 结论：①感抗大小与电感有关，电感越大，感抗越大。 讲解：那么感抗跟交流电路的某些性质有什么关系吗？跟交流电路的频率有关，频率越高，电流的变化越快，自感现象越明显，电感线圈对交变电流的阻碍作用越大，即感抗越大。 结论：②感抗大小与频率有关，频率越大，感抗越大。 【播放演示实验视频：影响感抗大小的因素】验证猜想 △2.影响感抗大小的因素：①感抗大小与电感有关，电感越大，感抗越大。②感抗大小与频率有关，频率越大，感抗越大。 讲解：下面我们说一下电感在生活中的应用，扼流圈是利用电感器对交流的阻碍作用制成的，是在电工和电子技术中常用的元件。扼流圈有两类，一类是低频扼流圈，线圈绕在铁芯上，这类扼流圈的线圈匝数很多，几千甚至一万匝，自感系数较大，因此即使交流的频率很低，这种线圈产生的感抗也很大，对交流的阻碍就很大。但这种线圈本身是用铜导线做成的，电阻较小，因此对直流几乎忽略，因此低频扼流圈用来通直流、阻交流。 另一类扼流圈是高频扼流圈，是绕在铁氧体上，线圈的匝数很少，为几十或几百匝，自感系数较小，高频扼流圈对高频电流有阻碍作用，对低频电流的阻碍作用较小，理解为低频电流可以通过，因此高频扼流圈用来通直流、通低频、阻高频。 △3.作用：通直流、阻交流 △4.应用：①低频扼流圈：通直流、阻交流 ②高频扼流圈：通直流、通低频、阻高频 视频： 二、容抗 提问：我们在选修3-1中学习过电容器，最简单的电容器是平行板电容器，两个平行的金属板相互靠近但不接触，中间放上电介质，就构成了最简单的平行板电容器。将电容器与灯泡串联在一起，分别接在直流电源和交流电源上，保证交流电压的有效值与直流电压相等，请大家猜想一下。其中，接在直流电路中的现象你应该有所了解。 学生：在直流电路中，小灯泡一直不亮，因为电容器在直流电路中相当于断路，电流不能通过电容器。 【播放演示实验视频：电容器对直流电的作用】验证猜想 讲解：但如果我们把这个电容器接在交流电源上，小灯泡却能发光。为什么灯泡中会有电流通过呢？实际上自由电荷也没有通过两极之间的绝缘物质，但由于两极板间电压会发生变化，当电压升高时，电荷向两极板上聚集，形成了充电电流；当电压降低时，电荷从两极板离开，中和，形成放电电流，这样电容器就进行了周期性的充电和放电，在电路中就有了电流，表现为交流“通过”了电容器。虽然交流电可以通过电容器，但是电容对交流电也是有一定的阻碍作用的，描述电容对交变电流的阻碍作用我们用容抗表示。 △1.定义：描述电容对交变电流的阻碍作用。 讲解：在物理上，我们用容抗来描述电容对交变电流的阻碍作用。那容抗大小与什么因素有关呢？ 学生：与电容大小有关，还可能与交流电路的电压、频率等等因素有关。 讲解：容抗大小与电容有关，电容越大，在电压一定的情况下，单位时间内电路中通过的电荷量越大，电流越大，电容对交变电流的阻碍越小，容抗越小，所以当电容越大时，电容对交变电流的阻碍作用越小，即容抗越小。 结论：①容抗大小与电容有关，电容越大，容抗越小。 讲解：那么感抗跟交流电路的某些性质有什么关系吗？跟交流电路的频率有关，频率越高，电流的变化越快，电容器的充放电过程越频繁，单位时间内电荷移动速率越大，电流越大，电容对交变电流的阻碍作用越小，即容抗越小。 结论：②容抗大小与频率有关，频率越大，容抗越小。 △2.容抗的决定因素：①容抗大小与电容有关，电容越大，容抗越小。②容抗大小与频率有关，频率越大，容抗越小。 △3.作用：隔直流、通交流 讲解：接下来我们再讲一个安全用电的知识，在家庭电路中很多电器设备使用的都是220V的交流电源，设备的金属外壳与电源之间有良好的绝缘，但是有时用手触摸外壳时仍会感觉到麻手，用试电笔测试时氖管也会发光，这是为什么呢？因为设备的金属外壳与电源可以看做是电容器的两个极板，交变电流能够通过这个电容器，当用手触摸金属外壳时，会有一些电流经过人体流入大地，所以为了确保安全，电器设备和金属仪器的外壳都应该接地。 △4.应用：家庭电路的电器设备和金属外壳都应该接地 课前复习上节内容，根据直流电路谈交流电路，引出电感和电容在交变电流中可能的影响，引出课题。
学生跟随老师进行思考，通过理论思考，探究电感对交变电流的影响及感抗的决定因素。 了解扼流圈应用，并区分低频扼流圈和高频扼流圈。
【随堂检测】 例1：在频率为f的交变电流电路中,如图所示,当开关S依次分别接通R、C、L所在的支路,这时通过各支路的电流有效值相等.若将交变电流的频率提高到2f,维持其他条件不变,则下列几种情况不正确的是( ) A.通过R的电流有效值不变 B.通过C的电流有效值变大 C.通过L的电流有效值变小 D.流过R、C、L的电流有效值都不变 【课后作业】练习册§5.3节 让学生练习相关习题。
板书设计 §5.3电感和电容对交变电流的影响 一、感抗：电感对交变电流的阻碍作用 1.感抗的决定因素： ①与自感系数有关，自感系数越大，感抗越大 ②与频率有关，频率越高，感抗越大 2.作用：通直流、阻交流 3.应用： ①低频扼流圈：通直流、阻交流 ②高频扼流圈：通直流、通低频、阻高频 二、容抗：电容对交变电流的阻碍作用 1.容抗的决定因素： ①与电容有关，电容越大，容抗越小 ②与频率有关，频率越高，容抗越小 2.作用：隔直流、通交流 3.应用：家庭电路的电器设备和金属外壳都应该接地
教学反思 ①应注重语言的规范性，不说多余的话。 ②注意突出重难点，合理把握授课时间。 ③注意授课过程中的过渡，尽量做到思路清晰，过渡自然。 ④以练代讲，讲练结合，综合性把握本节课整体思路进行授课。