2024-2024學(xué)年高中物理-第二章-交變電流-第4、5節(jié)-電容器電感器在交流電路中的作用教學(xué)案?一、教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)與技能目標(biāo)理解電容器和電感器對(duì)交變電流的影響。掌握電容和電感對(duì)交變電流影響的定量關(guān)系。能解釋為什么電容器對(duì)交變電流有"通交流、隔直流"的作用，電感器對(duì)交變電流有"通直流、阻交流""通低頻、阻高頻"的作用。2.過(guò)程與方法目標(biāo)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究和理論分析相結(jié)合的方法，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析和歸納總結(jié)的能力。讓學(xué)生經(jīng)歷從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的過(guò)程，體會(huì)科學(xué)探究的方法，提高科學(xué)思維能力。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)通過(guò)對(duì)電容器和電感器在交流電路中作用的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣，激發(fā)學(xué)生探索自然規(guī)律的熱情。培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和勇于創(chuàng)新的精神，體會(huì)物理知識(shí)在實(shí)際生活中的廣泛應(yīng)用。二、教學(xué)重難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)電容器和電感器對(duì)交變電流影響的規(guī)律。用容抗和感抗分析交變電流簡(jiǎn)單電路。2.教學(xué)難點(diǎn)理解容抗和感抗與交變電流頻率的關(guān)系。解釋電容器和電感器在交變電流電路中表現(xiàn)出不同特性的微觀機(jī)制。三、教學(xué)方法講授法、實(shí)驗(yàn)法、討論法、類比法相結(jié)合四、教學(xué)過(guò)程（一）導(dǎo)入新課1.復(fù)習(xí)回顧引導(dǎo)學(xué)生回顧交變電流的概念、有效值、周期和頻率等基本知識(shí)點(diǎn)。提問(wèn)："交變電流與直流電流有什么不同？"讓學(xué)生思考并回答，為引入電容器和電感器在交流電路中的作用做鋪墊。2.情境引入展示一些包含電容器或電感器的實(shí)際電路，如收音機(jī)的調(diào)諧電路、日光燈的鎮(zhèn)流器等。提出問(wèn)題："這些電器中的電容器和電感器起到了什么作用？為什么它們能讓電路呈現(xiàn)出不同的工作狀態(tài)？"激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，從而引入本節(jié)課的主題電容器和電感器在交流電路中的作用。（二）電容器對(duì)交變電流的影響1.實(shí)驗(yàn)探究展示實(shí)驗(yàn)裝置：將電容器、燈泡、交變電源、開關(guān)串聯(lián)成電路（如圖1所示）。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作：閉合開關(guān)，觀察燈泡的發(fā)光情況。改變交變電源的頻率，再次觀察燈泡的亮度變化。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄：|頻率|燈泡亮度|||||較低頻率|較暗||較高頻率|較亮|2.現(xiàn)象分析引導(dǎo)學(xué)生思考：燈泡亮度的變化說(shuō)明了什么？為什么頻率變化會(huì)導(dǎo)致燈泡亮度改變？講解：交變電流通過(guò)電容器時(shí)，電容器不斷地進(jìn)行充電和放電。當(dāng)交變電流的頻率較低時(shí)，電容器充電和放電的時(shí)間間隔較長(zhǎng)，電容器對(duì)電流的阻礙作用較大，所以燈泡較暗；當(dāng)交變電流的頻率較高時(shí)，電容器充電和放電的時(shí)間間隔較短，電容器對(duì)電流的阻礙作用較小，所以燈泡較亮。3.理論推導(dǎo)講解電容器對(duì)交變電流的阻礙作用用容抗來(lái)表示，容抗公式為\(X_C=\frac{1}{2\pifC}\)，其中\(zhòng)(f\)是交變電流的頻率，\(C\)是電容器的電容。分析容抗與頻率的關(guān)系：從公式可以看出，容抗\(X_C\)與頻率\(f\)成反比。當(dāng)\(f\)增大時(shí)，\(X_C\)減小，電容器對(duì)交變電流的阻礙作用減小；當(dāng)\(f\)減小時(shí)，\(X_C\)增大，電容器對(duì)交變電流的阻礙作用增大。4.總結(jié)歸納得出結(jié)論：電容器對(duì)交變電流有"通交流、隔直流"的作用。因?yàn)橹绷麟姷念l率\(f=0\)，根據(jù)容抗公式\(X_C=\frac{1}{2\pifC}\)，此時(shí)容抗\(X_C\)趨于無(wú)窮大，相當(dāng)于斷路，所以電容器能隔直流。而對(duì)于交變電流，由于\(f\neq0\)，容抗\(X_C\)有限，所以電容器能通交流。并且交變電流的頻率越高，容抗越小，電容器對(duì)交變電流的阻礙作用越小，越容易通過(guò)。（三）電感器對(duì)交變電流的影響1.實(shí)驗(yàn)探究展示實(shí)驗(yàn)裝置：將電感器、燈泡、交變電源、開關(guān)串聯(lián)成電路（如圖2所示）。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作：閉合開關(guān)，觀察燈泡的發(fā)光情況。改變交變電源的頻率，再次觀察燈泡的亮度變化。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄：|頻率|燈泡亮度|||||較低頻率|較亮||較高頻率|較暗|2.現(xiàn)象分析引導(dǎo)學(xué)生思考：與電容器的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比，為什么電感器會(huì)有不同的表現(xiàn)？燈泡亮度變化的原因是什么？講解：當(dāng)交變電流通過(guò)電感器時(shí)，電感器會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向總是阻礙電流的變化。當(dāng)交變電流的頻率較低時(shí)，電流變化較慢，自感電動(dòng)勢(shì)較小，對(duì)電流的阻礙作用較小，所以燈泡較亮；當(dāng)交變電流的頻率較高時(shí)，電流變化較快，自感電動(dòng)勢(shì)較大，對(duì)電流的阻礙作用較大，所以燈泡較暗。3.理論推導(dǎo)講解電感器對(duì)交變電流的阻礙作用用感抗來(lái)表示，感抗公式為\(X_L=2\pifL\)，其中\(zhòng)(f\)是交變電流的頻率，\(L\)是電感器的自感系數(shù)。分析感抗與頻率的關(guān)系：從公式可以看出，感抗\(X_L\)與頻率\(f\)成正比。當(dāng)\(f\)增大時(shí)，\(X_L\)增大，電感器對(duì)交變電流的阻礙作用增大；當(dāng)\(f\)減小時(shí)，\(X_L\)減小，電感器對(duì)交變電流的阻礙作用減小。4.總結(jié)歸納得出結(jié)論：電感器對(duì)交變電流有"通直流、阻交流""通低頻、阻高頻"的作用。因?yàn)橹绷麟姷念l率\(f=0\)，根據(jù)感抗公式\(X_L=2\pifL\)，此時(shí)感抗\(X_L=0\)，相當(dāng)于短路，所以電感器能通直流。而對(duì)于交變電流，由于\(f\neq0\)，感抗\(X_L\)不為零，所以電感器能阻交流。并且交變電流的頻率越高，感抗越大，電感器對(duì)交變電流的阻礙作用越大，越不容易通過(guò)。（四）典型例題分析1.例1題目：在如圖3所示的電路中，電源電壓\(U\)保持不變，交變電流的頻率\(f\)增大，關(guān)于各電表的示數(shù)變化情況，下列說(shuō)法正確的是（）A.電流表\(A\)的示數(shù)增大B.電流表\(A\)的示數(shù)減小C.電壓表\(V\)的示數(shù)增大D.電壓表\(V\)的示數(shù)減小分析：該電路中電容器與燈泡串聯(lián)。當(dāng)交變電流頻率\(f\)增大時(shí)，根據(jù)容抗公式\(X_C=\frac{1}{2\pifC}\)，容抗\(X_C\)減小，電容器對(duì)交變電流的阻礙作用減小，電路中電流增大，所以電流表\(A\)的示數(shù)增大。而燈泡兩端的電壓\(U_{燈}=IR\)，電流\(I\)增大，燈泡電阻\(R\)不變，所以燈泡兩端電壓增大，電壓表\(V\)測(cè)燈泡兩端電壓，其示數(shù)增大。答案：AC2.例2題目：如圖4所示，\(L\)是電感足夠大的線圈，其直流電阻可忽略不計(jì)，\(D_1\)和\(D_2\)是兩個(gè)完全相同的燈泡，若將開關(guān)\(S\)閉合，等燈泡亮度穩(wěn)定后，再斷開開關(guān)\(S\)，則（）A.開關(guān)\(S\)閉合時(shí)，\(D_1\)、\(D_2\)同時(shí)亮，以后\(D_1\)熄滅，\(D_2\)變亮B.開關(guān)\(S\)閉合時(shí)，\(D_1\)先亮，\(D_2\)后亮，最后\(D_1\)、\(D_2\)亮度一樣C.開關(guān)\(S\)斷開時(shí)，\(D_2\)立即熄滅，\(D_1\)逐漸熄滅D.開關(guān)\(S\)斷開時(shí)，\(D_1\)和\(D_2\)都將逐漸熄滅分析：開關(guān)\(S\)閉合時(shí)，由于電感對(duì)交變電流有阻礙作用，電流逐漸增大，所以\(D_1\)、\(D_2\)同時(shí)亮，以后電感對(duì)交變電流的阻礙作用減小為零（直流電阻可忽略不計(jì)），\(D_1\)熄滅，\(D_2\)變亮，A正確，B錯(cuò)誤。開關(guān)\(S\)斷開時(shí)，電感會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流減小，\(D_2\)立即熄滅，\(D_1\)中電流從原來(lái)的值逐漸減小，即\(D_1\)逐漸熄滅，C正確，D錯(cuò)誤。答案：AC（五）課堂小結(jié)1.引導(dǎo)學(xué)生回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，包括電容器和電感器對(duì)交變電流影響的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、理論分析以及容抗和感抗的概念和公式。2.強(qiáng)調(diào)電容器"通交流、隔直流"，電感器"通直流、阻交流""通低頻、阻高頻"的特點(diǎn)，以及容抗和感抗與交變電流頻率的關(guān)系。3.總結(jié)利用容抗和感抗分析交變電流簡(jiǎn)單電路的方法和步驟。（六）課堂練習(xí)1.關(guān)于電容器對(duì)交變電流的影響，以下說(shuō)法正確的是（）A.電容器對(duì)交變電流有阻礙作用B.電容器對(duì)交變電流的阻礙作用越小，容抗越大C.電容器具有"通直流、隔交流"的作用D.電容器的電容越大，交變電流的頻率越高，電容器對(duì)交變電流的阻礙作用就越大2.關(guān)于電感器對(duì)交變電流的影響，以下說(shuō)法正確的是（）A.電感器對(duì)交變電流有阻礙作用B.電感器對(duì)交變電流的阻礙作用越大，感抗越小C.電感器具有"通交流、阻直流"的作用D.電感器的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，電感器對(duì)交變電流的阻礙作用就越大3.在如圖5所示的電路中，電源電壓\(U\)恒定，\(L\)是自感系數(shù)較大的線圈，其直流電阻忽略不計(jì)，\(C\)是電容器。下列說(shuō)法正確的是（）A.開關(guān)\(S\)閉合瞬間，\(L\)和\(C\)都相當(dāng)于斷路B.開關(guān)\(S\)閉合穩(wěn)定后，\(L\)和\(C\)都相當(dāng)于短路C.開關(guān)\(S\)斷開瞬間，\(L\)相當(dāng)于電源，給\(C\)充電D.開關(guān)\(S\)斷開瞬間，\(C\)相當(dāng)于電源，通過(guò)\(L\)放電（七）課后作業(yè)1.書面作業(yè)完成課本上相關(guān)章節(jié)的練習(xí)題，加深對(duì)電容器和電感器在交流電路中作用的理解。思考生活中還有哪些地方應(yīng)用了電容器和電感器對(duì)交變電流的特性，舉例說(shuō)明并分析其工作原理。2.拓展作業(yè)查閱資料，了解電容濾波和電感濾波的原理，并比較它們?cè)诓煌娐分械膽?yīng)用特點(diǎn)。設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，利用電容器和電感器實(shí)現(xiàn)對(duì)特定頻率交變電流的篩選，畫出電路圖并說(shuō)明工作過(guò)程。五、教學(xué)反思通過(guò)本節(jié)課的教學(xué)，學(xué)生對(duì)電容器和電感器在交流電路中的作用有了較為清晰的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)探究環(huán)