物理（心得）之几个电感、电容对交流电影响的实验设计

物理（心得）之几个电感、电容对交流电影响的实验设计

物理论文之几个电感、电容对交流电影响的实验设计 ‎ 几个电感、电容对交流电影响的实验设计杨小平（温岭中学，浙江  温岭 317500）    在高中物理《电感电容对交变电流的影响》一节中，课本上设计的演示实验很少，只能够比较电感电容对直流与交流的影响区别，而对于交变电流频率发生变化时电容电感对其的影响没有相对应的实验演示，课本只是进行理论阐述，这样使学生缺乏感性认识，半信半疑，学生对其规律基本上以记忆为主，缺乏深入的理解，教学效果不理想。在教学中我们摸索出一套演示实验，取材方便、操作简单、现象明显，能够增强形象性，增加说服力，提高学生的学习兴趣和理解能力。 1材料准备：     手摇发电机、学生电源、2.5V的小灯泡两只、发光二极管两只(一红色、一绿色)、与电感电阻相同的电阻一只、电感（带铁芯）、电容器（220uF以上）、导线若干。 2系列实验： 2.1电容器“通电”原理的演示：    实验原理：电容器的“通电原理”，由于交流电的电流方向不断改变，恰好是不断地充放电过程，因此交流电能够“通过”电容器，学生理解难点在于：由于电容器使电路断开，那么电路中是否真的会有电流流过呢？这时有同学就提出：如果我用直流电也不断地充放电，那电流是否也可以“通过”电容器，答案是肯定的。    实验操作：设计实验如下：（电源用6V ‎ DC），采用红、绿2个不同颜色的发光二极管并联，接入电路中。电容器应该选择电容大一点的，这样在进行充放电时电流比较大，实验现象比较明显。在开关打到1闭合的瞬间，直流电源给电容器充电过程，发光二极管L1会发光闪烁一下。当充电结束时，发光二极管L1熄灭，这时电容器充满电，电容器的电容值只要大于220uF就可以。然后，当开关打到2闭合瞬间，电容器放电过程，电容器L2会发光闪烁一下，当放电结束时，发光二极管L2熄灭。这个过程能够清楚地表示电容器的“通电”原理的。用发光二极管可以感知电容器的充放电的存在以及电流的短暂性，方向相反。    另外，在有条件的学校可以用电流传感器记录电流变化：在以上的电路中拿掉发光二极管，接入电流传感器，再进行对电容器的充放电的实验，我们可以利用电流传感器得到电容器充放电的I-t图像。先把开关打到1位置，充电结束（电流显示为零），再把开关打到2位置。通过观察电容器充放电的I-t图像能够比较直观地看到电流随时间变化的过程。通过对图像的分析可以了解电容器充放电时电流随时间变化的规律及变化的快慢。下图是电流传感器记录下来的交流电“通过”‎ 电容器的电流变化，非常直观。2.2不同电容对交流电影响的对比演示实验实验原理：电容器的电容越大，容抗越小，即电容器电容的大小不同，对交流电的阻碍作用是不同。实验操作：选择2个电容分别为1000uF和10000uF的电容器进行对比实验。设计电路图如左图，两个电容器分别与相同的灯泡串联，再并联在手摇发电机两端。实验现象：随着手摇发电机的转速的增加，电压随之增加，两灯均开始发光，但是电容为10000uF的支路的小灯泡明显比电容为1000 uF的支路的小灯泡亮（此实验现象十分明显）。说明在同样的频率下、同样大小的交流电压下，电容器的电容越大，容抗就越小。实验说明：因为电容器的电容越大，容抗越小，为了使实验现象明显应该选择电容相差比较大的电容器，所以选择的2个电容器电容分别为1000uF和10000uF，实验效果比较好。电源也可以采用学生电源，采用恒定值的交流电来做。此外，此实验也可以用电流传感器进行监测，电路如右图所示：电源可以采用学生电源，选用交流电2V。因为电流传感器的测量范围为1A ~ -1A,所以在电路中串入一个分压电阻，用于减小电流。分压电阻采用电阻箱，选择电阻值为5Ω，电容器可选择470μF、1000μF。监测电路中电流随时间的变化。    通过实验可以得出如下结论：在同样频率、同样大小的交流电压下，得到2幅电流随时间变化的图像，从图像上看图像的峰值有明显的差异，其中串入470μF电容器的支路电流峰值达到0.32A、支路中串入1000μF电容器的电流峰值达到0.52A，我们可以明显地看到电容值大的对交流电的阻碍作用小，所以电容器的电容越大容抗越小。2.3电容对不同频率的交流电影响的对比实验实验原理：电容器对交流电是“通低频、阻高频”‎ ‎，即：当交流电频率增大时，电容器对其的阻碍作用变小。实验操作：设计电路图如图，选用2个相同的小灯泡，电容选择为6000uF的电容器，转动手摇发电机，在刚开始阶段灯2马上开始发光，灯1不亮，说明电容对交流电有阻碍效果，随着转速的增加，两灯的亮度增加（因为输出的电压在增加），而且两灯的亮度越来越接近，到了转速最大时，2灯几乎一样量，说明随着转速的增加，电容对交流电的阻碍作用    越来越小，即容抗随电流的频率的增加而减小。实验说明：如果电容比较小，容抗就比较大，小灯就难以发光，所以电容可以选择相对大一些，容抗比较小，这样可以使小灯发光；同时电容也不能太大，如果容抗非常小的话，2盏小灯的对比实验就不明显。另外，此实验也可以在两个支路上接入传感器，进行电流的检测，找到电流随时间的具体变化过程。变化幅度大的线条显示的是支路2（没有电容器的），变化幅度小的线条显示的是支路1（串联电容），仔细观察下图我们会发现电流越大时，两者的峰值相差越小；而电流较小时（在初始状态和快结束状态，转速比较小时），两者的峰值相差比较大。………………………………点击下载浏览全部    点击下载此文件     ‎