《3電感和電容對(duì)交變電流的影響》教學(xué)設(shè)計(jì)(甘肅省縣級(jí)優(yōu)課)-物理教案

電感和電容對(duì)交變電流的影響普通高中《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中從知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三個(gè)維度上，提出了高中物理課程的具體目標(biāo)。在教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，我們需要從這三個(gè)維度來構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容和安排教學(xué)活動(dòng)。下面是結(jié)合課程目標(biāo)的要求，全日制普通高中教科書（試驗(yàn)修訂本·必修加選修）物理第二冊(cè)《電感和電容對(duì)交變電流的影響》一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1．知識(shí)與技能知道電感線圈有“通直流阻交流”和電容器有“隔直流通交流”的作用；知道感抗、容抗的大小由哪些因素決定；能解釋電感和電容對(duì)交變電流產(chǎn)生影響的原因；了解電感和電容器在電子技術(shù)等方面的應(yīng)用。2．過程與方法觀察演示實(shí)驗(yàn)，理解實(shí)驗(yàn)過程中控制變量的方法；通過研究感抗（容抗）與自感系數(shù)（電容）的定性關(guān)系，獲得實(shí)驗(yàn)探究過程的體驗(yàn)；通過對(duì)電感和電容對(duì)交變電流影響的理論分析，體會(huì)理論解釋實(shí)驗(yàn)的成功感受。3．情感態(tài)度與價(jià)值觀通過實(shí)驗(yàn)的互動(dòng)過程，誘發(fā)對(duì)探究物理規(guī)律的興趣；簡(jiǎn)介電感和電容的應(yīng)用，欣賞物理器件的美妙的應(yīng)用；通過具實(shí)記錄觀察到的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，體驗(yàn)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。【教學(xué)用具】演示交直流電源、小燈泡(12v）、阻值15Ω的電阻、電感線圈（J2426小型變壓器）、100μF電容器、等供演示用?！驹O(shè)計(jì)思路】從教材的要求來看，本課題對(duì)知識(shí)與技能的要求均不高。一般的教法可以簡(jiǎn)單比較電感和電容對(duì)交變電流的阻礙作用，進(jìn)行一些理性的講解，配合若干驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解感抗和容抗的大小與哪些因素有關(guān)。教材中對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的要求很簡(jiǎn)單，更沒有學(xué)生實(shí)驗(yàn)的要求。本教學(xué)設(shè)計(jì)特別強(qiáng)調(diào)了對(duì)實(shí)驗(yàn)的挖掘。例如增加了與學(xué)生互動(dòng)的演示實(shí)驗(yàn)，不僅幫助學(xué)生理解感抗和容抗的概念，提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，更重要的是使學(xué)生在探索的過程中，培養(yǎng)學(xué)生獲得探究的成功體驗(yàn)；通過引入新課時(shí)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；通過教學(xué)中的若干個(gè)演示實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，使學(xué)生感悟科學(xué)的探究方法和強(qiáng)化創(chuàng)新的意識(shí)?！窘虒W(xué)過程】一、引入課題請(qǐng)同學(xué)們先來觀察一組實(shí)驗(yàn)，如圖1所示。介紹有關(guān)器材：低壓交直流電源，小燈泡，3個(gè)經(jīng)過包裝的電學(xué)元件（根據(jù)外面不能判斷是何元件）。演示1：（1）將小燈泡直接接到交變電流源上，調(diào)節(jié)電壓使燈泡正常發(fā)光；（2）如果將1號(hào)電學(xué)元件串聯(lián)入電路中，觀察現(xiàn)象（燈泡變暗）；（3）再將2號(hào)電學(xué)元件串聯(lián)入電路中，觀察現(xiàn)象（燈泡變得更暗）；（4）然后將3號(hào)電學(xué)元件串聯(lián)入電路中，觀察現(xiàn)象（燈泡仍較暗）。演示2：門路1號(hào)元件接相同電壓的直流上，觀察現(xiàn)象［與演示1（1）情況相同亮度］；（2）將2號(hào)元件接相同電壓的直流上，觀察現(xiàn)象（比原來變亮）；（3）將3號(hào)元件接相同電壓的直流上，觀察現(xiàn)象（亮了一下不亮）。小結(jié)：1號(hào)元件對(duì)交直流的影響幾乎相同，2號(hào)元件對(duì)交變電流的影響較大，3號(hào)元件對(duì)直流電影響很大，且直流電不能通過3號(hào)元件。根據(jù)現(xiàn)象進(jìn)行猜想，然后經(jīng)過學(xué)生的討論分析，做出判斷。將這三個(gè)元件從暗盒中拿出，分別得出1號(hào)元件為電阻、2號(hào)元件為電感線圈、3號(hào)元件為電容器。從上面觀察到的現(xiàn)象說明：除電阻外，電感、電容對(duì)直流和交變電流的影響程度是不同的，這是我們要來研究的問題。二、研究電感線圈對(duì)交變電流的阻礙作用電感對(duì)交變電流的阻礙作用的大小用感抗的大小來表示。那么，感抗的大小可能與哪些因素有關(guān)呢？結(jié)論：L越大感抗越大、頻率f越高感抗越大、感抗與U無關(guān)。三、研究電容對(duì)交變電流的阻礙作用電容對(duì)交變電流的阻礙作用用容抗來表示。從上面的研究，可以得到推論，容抗的大小可能與電容和交變電流的頻率有關(guān)。結(jié)論：C越大容抗越小、f越高容抗越小。四、問題討論1．分析電感線圈在交直流電中的作用（學(xué)生互相議論后回答）由于交變電流的頻率越低感抗越小，而直流電的頻率等于0，在直流電中電感對(duì)它的阻礙作用幾乎沒有。所以電感線圈有“通直流阻交流”的作用。交變電流的頻率越高，感抗越大，阻礙作用越大。所以電感有“通低頻、阻高頻”作用。理論解釋：（1）電感線圈：直流電通過電感線圈時(shí)，由于電流不發(fā)生變化，電感線圈對(duì)直流電沒有阻礙作用；交變電流通過電感線圈時(shí)，在線圈中要產(chǎn)生自感現(xiàn)象（自感電流總要阻礙電路中原來電流的變化），所以電感線圈對(duì)交變電流有阻礙作用。（2）為什么線圈的自感系數(shù)越大，感抗越大？自感系數(shù)越大，對(duì)一定的交變電流產(chǎn)生的自感現(xiàn)象越明顯，阻礙作用越大，感抗也越大。（3）為什么交變電流的頻率越高，感抗越大？交變電流的頻率越高，即電流的交化越快，產(chǎn)生的自感現(xiàn)象越明顯，阻礙作用越大，感抗也越大。2．分析電容器在交直流電中的作用（學(xué)生互相議論后回答）由于交變電流的頻率越低容抗越大，而直流電的頻率為0，在直流電路中，電容對(duì)它的阻礙作用很大（無窮大），直流電不能通過電容器。所以電容器有“通交流、隔直流”作用。交變電流的頻率越高，容抗越小，阻礙作用越小，所以有“通高頻、阻低頻”作用。理論解釋：（1）電容器：因?yàn)殡娙萜鞯膬蓸O板間是絕緣的電介質(zhì)，直流電不能通過電容器。（2）交變電流能真正通過電容器嗎？當(dāng)電容器接上交變電壓時(shí)，實(shí)際上自由電行也沒有通過電容兩極板間的絕緣介質(zhì)。p．194圖8－10所示，只不過在交變電壓的作用下，當(dāng)電源的電壓升高時(shí)，電容器充電，電荷向電容極板聚集，形成了充電電流；當(dāng)電源電壓降低時(shí)，電荷從電容器的極板上放出，形成了放電電流。電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中就有了電流，表現(xiàn)為交變電流“通過”了電容器。（3）為什么電容越大，容抗越?。侩娙萜鞯碾娙菰酱?，表明電容器儲(chǔ)存電荷的能力越大，在電壓一定的條件下，單位時(shí)間內(nèi)電路中充放電移動(dòng)的電荷量越大，電流越大。所以電容對(duì)交變電流的阻礙作用越小，容抗越小。（4）為什么交變電流的頻率越高，容抗越小？在交變電流的電壓一定時(shí)，交變電流的頻率越高，電路中充放電越頻繁，單位時(shí)間內(nèi)電荷移動(dòng)速率越大，電流越大。所以電容對(duì)交變電流的阻礙作用越小，容抗越小。五、技術(shù)上的應(yīng)用（1）電工和電子技術(shù)中的扼流圈。利用電感對(duì)交變電流的阻礙作用制成的，有低頻扼流圈和高頻扼流圈兩種（示意實(shí)物）。低頻扼流圈匝數(shù)為幾乎到超過一萬，對(duì)低頻交變電流有較大的阻礙作用，線圈本身電阻較小，對(duì)直流電阻礙作用較??；高頻扼流圈匝數(shù)為幾百匝，對(duì)低頻交變電流的阻礙作用較小，對(duì)高頻交變電流的阻礙作用很大。（2）在電子技術(shù)中，從某一裝置輸出的電流常常既有交流成分，又有直流成分。如果只需要把交流成分輸送到下一級(jí)裝置，只要在兩級(jí)電路之間接入一個(gè)電容器（稱為隔直電容器）就可以了。如圖2所示，電流通過電容器，只能是交流部分通過電容器到達(dá)后一級(jí)裝置，直流電隔在前一級(jí)裝置。（3）在電子技術(shù)中，從某一裝置輸出的交流常常既有高頻成分，又有低頻成分。如果只需把低頻成分送到下一級(jí)裝置，只要在下一級(jí)電路的輸入端并聯(lián)一個(gè)電容器就可以達(dá)到目的，如圖3所示。具有這種用途的電容器叫做高頻旁路電容器。說明它的工作原理。說明：頻率越高的交流部分容抗越小，易通過電容器。高頻部分電流通過電容器分流了，低頻部分電流，由于容抗大不易通過電容器而輸入到下一級(jí)。（4）電容電感不僅在制造的現(xiàn)成電容器和電感線圈中存在。在導(dǎo)線之間，電子元件及機(jī)殼之間，有時(shí)會(huì)造成較大的影響，這是我們應(yīng)該注意到的。【教學(xué)體會(huì)】通過本節(jié)課的教學(xué)實(shí)踐，嘗試了教學(xué)方式的多樣化。教學(xué)中在體現(xiàn)了教師的主導(dǎo)作用的前提下，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主體活動(dòng)對(duì)教學(xué)效果帶來了積極的影響。課中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)的互動(dòng)探究、課題引出時(shí)設(shè)置的