还剩3页未读，
继续阅读
物理选修33 电感和电容对交变电流的影响教案设计
展开
这是一份物理选修33 电感和电容对交变电流的影响教案设计，共5页。教案主要包含了知识目标，技能目标，情感态度目标，作业，板书设计，本节优化训练设计等内容，欢迎下载使用。
第三节 电感和电容对交变电流的影响
●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 μF、15 V”与“200 μF、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 μF 、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 Hz
B.所加电源频率为100 Hz
C.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 Hz
2.有两个电容分别为C1=5 μF,C2=3 μF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.I2>I1 B.I2
C.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.
第三节 电感和电容对交变电流的影响
●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 μF、15 V”与“200 μF、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 μF 、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 Hz
B.所加电源频率为100 Hz
C.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 Hz
2.有两个电容分别为C1=5 μF,C2=3 μF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.I2>I1 B.I2
C.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.
相关教案
人教版 (新课标)选修3选修3-2第四章 电磁感应4 法拉第电磁感应定律教学设计： 这是一份人教版 (新课标)选修3选修3-2第四章 电磁感应4 法拉第电磁感应定律教学设计，共3页。
高中物理人教版 (新课标)选修33 电感和电容对交变电流的影响教学设计： 这是一份高中物理人教版 (新课标)选修33 电感和电容对交变电流的影响教学设计
人教版 (新课标)选修33 电感和电容对交变电流的影响教案： 这是一份人教版 (新课标)选修33 电感和电容对交变电流的影响教案，共4页。教案主要包含了教材分析，教学目标，教学重点难点，学情分析，教学方法，教学准备，课时安排，教学过程等内容，欢迎下载使用。
