粤教版 (2019)必修 第三册第一节 常见的电路元器件导学案

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[学习目标] 1.知道电阻器、电感器、电容器和二极管是电路中常见的元器件，知道各种元器件的符号.2.知道电路均由元器件通过连接构成，了解电路图在电子工业中的作用.3.了解电感器、电容器、二极管在电路中的作用和应用．
一、几种常见的元器件
1．电阻器
(1)分类：①阻值固定的电阻器；②阻值可变的电阻器．
(2)表示方法：①字母表示：R；②符号表示：.
2．电感器
(1)电感器通过电磁感应把外部电路的电能储存在电感器内部的磁场中．
(2)表示方法：①字母表示：L；②符号表示：、.
3．二极管
(1)分类：整流二极管、检波二极管、开关二极管等．
(2)表示方法：①字母表示：D；②符号表示：，箭头表示正向电流的方向.
二、电路
1．将需要的元器件装配在同一个电路板上，再通过金属导线连接组成闭合回路，当输入端接入电源时，电子会在闭合回路中循环流动．
2．电路图可以让人们了解电路的工作原理，工程师可以先设计电路图，确认完善后再进行实际安装．
三、常见元器件在电路中的作用
1．电感器
(1)通直流阻交流；(2)建立磁场储存磁场能．
2．电容器
(1)通交流隔直流；(2)储存电场能．
3．电阻器
调节电路中的电流和电压．
4．二极管
具有单向导电、反向阻断的特性，可作为逻辑电路的开关或对高频交流电路进行滤波整流等．
判断下列说法的正误．
(1)电感线圈对交流有限流作用，即“通直流阻交流”．( √ )
(2)电容器具有“通直流隔交流”的作用．( × )
(3)电阻器对电流有阻碍作用，无任何有用价值．( × )
(4)二极管具有单向导电性，可以作为逻辑电路的开关．( √ )
一、电感器在电路中的作用
导学探究
如图1甲、乙所示，把带铁芯的线圈L与小灯泡串联起来，先把它们接到6 V直流电源上，再把它们接到6 V交流电源上．两种情况下灯泡的亮度有什么不同？说明了什么？
图1
答案 图甲中灯泡比图乙中灯泡更亮，说明电感器对交变电流有阻碍作用．
知识深化
1．电感线圈对交流电有阻碍作用，并且交流电的频率越大，阻碍作用越大．
2．有的电感线圈的直流电阻为零，对恒定电流无阻碍作用；有的电感线圈的直流电阻不为零，当通过恒定电流时，对电流有阻碍作用，此时电感线圈相当于电阻器．
(多选)如图2所示实验电路中，若直流电源和交流电源输出电压相等，S为双刀双掷开关，下面叙述正确的是( )
图2
A．当S掷向a、b时灯较亮，掷向c、d时灯较暗
B．当S掷向a、b时灯较暗，掷向c、d时灯较亮
C．S掷向c、d，电源电压不变，而使频率变大时，灯变暗
D．S掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗
答案 AC
解析 线圈对交流电有阻碍作用，当掷向c、d时灯较暗，且交流电频率越大，阻碍作用越大，故A、C正确．
针对训练1 交变电流通过一段长直导线时，电流为I，如果把这根长直导线绕成线圈再接入原电路，通过线圈的电流为I′，则( )
A．I′>I B．I′C．I′＝I D．无法比较
答案 B
解析 长直导线对交变电流的阻碍作用较小，此时导线相当于电阻器．当把长直导线绕成线圈，此时是一个电感线圈，对交变电流有较大的阻碍作用，故I′二、电容器在电路中的作用
导学探究
如图3甲、乙所示，把灯泡和电容器串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上．
图3
(1)观察甲、乙中灯泡的发光情况，并分析原因．
(2)若把图乙中的电容器去掉，变成图丙所示电路，会发生什么现象？说明了什么？
答案 (1)题图甲中的灯泡不亮，题图乙中的灯泡亮，题图甲中的电源是直流电源，电容器在电路中相当于断路，电路中没有电流，灯泡不亮．题图乙中的电源是交流电源，把交流电源接到电容器两个极板上后，电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，好像是交流“通过”了电容器，灯泡就亮了，但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质．
(2)灯泡变得比乙中亮，说明电容器对交变电流有阻碍作用．
知识深化
1．电容器由两金属电极和绝缘介质构成，电荷不能通过绝缘介质，因此对电流有阻碍作用，直流电不能通过电容器．
2．当电容器两端接交流电源时，由于电容器反复的充电和放电，电路中有充电电流和放电电流，好像电流“通过了”电容器，因而电容器具有“通交流隔直流”的特性．
3．交流电的频率越大，电容器对交变电流的阻碍作用越小．
4．电容器也是一个储能元件，电容器带有电荷时，电容器中储存有电场能．
(多选)如图4所示，白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两端，当交流电源的频率增加时( )
图4
A．电流表示数增大B．电压表示数增大
C．灯泡变暗D．灯泡变亮
答案 AD
解析 由交流电源的频率增加可知，电容器对交变电流的阻碍作用变小，电流增大，电流表示数增大，灯泡两端电压增大，电压表示数变小，灯泡因功率增大而变亮，故选A、D.
针对训练2 (多选)如图5所示，当交流电源的输出电压U＝220 V，频率f＝50 Hz时，三只灯泡L1、L2、L3的亮度相同(L无直流电阻)，若将交流电源的频率变为f＝100 Hz，则( )
图5
A．L1灯比原来亮B．L2灯比原来亮
C．L3灯和原来一样亮D．L3灯比原来亮
答案 AC
解析 电容器的阻碍作用与交变电流的频率有关，频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用越小，选项A正确；电感器对交变电流的阻碍作用随交流频率的升高而增大，选项B错误；电阻R对交变电流的阻碍作用与电源的频率无关，选项C正确，D错误．
三、二极管在电路中的作用
如图6，左端是二极管的正极，右端是二极管的负极．电流从正极流入时的电阻很小，此时可以认为电阻为零，而从负极流入时的电阻很大，此时可以认为电路处于断路状态，电路中无电流．
图6
(多选)由电源(输出电压为6 V)、电键、电阻(3 Ω)、灯泡(6 V,3 W)和二极管组成了下图所示的四个电路，闭合电键后，小灯泡能发光的电路是( )
答案 ABC
解析 RL＝12 Ω，IL＝0.5 A，对于A、B两种电路，小灯泡中均有电流通过，I＝eq \f(U,R＋RL)＝0.4 A，小灯泡能发光，只是亮度比正常发光时暗一点．对于C电路，二极管处于正向导通状态，有电流通过小灯泡，小灯泡发光．但D电路中二极管处于反向截止状态，无电流通过小灯泡，小灯泡不发光．
1.(电感器在电路中的作用)(多选)在如图7所示的电路中，L为电感线圈，灯泡的电阻值为R，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的频率为50 Hz.若保持交流电源的电压不变，只将电源频率改为100 Hz，下列说法正确的是( )
图7
A．电流表示数增大
B．电压表示数增大
C．灯泡变暗
D．灯泡变亮
答案 BC
解析 电源的频率变为100 Hz，频率变大，电感器对电流的阻碍作用变大，灯泡变暗，电流表示数变小，电压表示数增大，故B、C正确．
2.(电容器在电路中的作用)在如图8所示电路中，u是电压为220 V的交流电源，C是电容器，R是电阻．关于理想交流电压表的示数，下列说法正确的是( )
图8
A．等于220 V
B．大于220 V
C．小于220 V
D．等于零
答案 C
解析 交变电流“通过”电容器，电阻R中有电流，电压表的示数不为零；电容器与电阻串联，电容器对交流有阻碍作用，根据串联分压原理可知电阻两端电压应小于电源电压，而电压表测量的是电阻两端的电压，故选项C正确．
3．(二极管在电路中的作用)(多选)如图9所示，AB两端接图乙所示的交流电源，uAB>0时，φA>φB.D为二极管，L为小灯泡，下列说法正确的是( )
图9
A．0～t1、t2～t3时间内，小灯泡发光
B．t1～t2、t3～t4时间内，小灯泡发光
C．0～t4时间内流过小灯泡的电流如图丙所示
D．0～t4时间内流过小灯泡的电流如图丁所示
答案 AC
解析 二极管具有单向导电性，当φA>φB时，二极管导通，小灯泡发光，故A、C正确．
4．(电感器、电容器在电路中的作用)(2019·武汉十一中期中)如图10所示，变频交变电源的频率可在20 Hz到20 kHz之间调节，在某一频率时，规格相同的两只灯泡L1、L2的亮度相同，则下列说法正确的是( )
图10
A．如果将电源频率增大，L1、L2都变亮
B．如果将电源频率增大，L1变亮，L2变暗
C．如果将电源频率减小，L1、L2都变暗
D．如果将电源频率减小，L1变亮，L2变暗
答案 B
解析 当电源频率增大时，电感器对电流的阻碍作用变大，电容器对电流的阻碍作用变小，所以流过灯泡L1所在支路的电流变大，流过灯泡L2所在支路的电流变小，故灯泡L1变亮，灯泡L2变暗，A错误，B正确；当电源频率减小时，电感器对电流的阻碍作用变小，电容器对电流的阻碍作用变大，所以流过灯泡L1所在支路的电流变小，流过灯泡L2所在支路的电流变大，故灯泡L1变暗，灯泡L2变亮，C、D错误．
5．(电感器、电容器在电路中的作用)某同学在研究电容器、电感器对恒定电流与交变电流的影响时，采用了如图11所示的电路，其中L1、L2是两个完全相同的灯泡，已知把开关置于3、4时，电路与交流电源接通，稳定后两个灯泡亮度相同，则该同学在如下操作过程中能观察到的实验现象是( )
图11
A．当开关置于1、2时，稳定后L1、L2两个灯泡均发光，且亮度相同
B．当开关置于1、2时，稳定后L1、L2两个灯泡均发光，但L1比L2亮
C．当开关置于3、4时，稳定后，若只增加交变电流的频率，则两个灯泡的亮度将同时变暗
D．当开关置于3、4时，稳定后，若只增加交变电流的频率，L1变暗，L2变亮
答案 D
解析 当开关置于1、2时，因电容器隔直流，故稳定后L2所在支路断开，L2不发光，选项A、B错误；当开关置于3、4时，稳定后，若增加交变电流的频率，电感器对电流的阻碍作用变大，电容器对电流的阻碍作用变小，L1将变暗，L2变亮，故D正确．