關于“電感和電容對交流電的影響”實驗改進與自制

李俊麗

(海鹽高級中學 浙江 海鹽 314300)

人教版普通高中課程標準實驗教科書《物理·選修3-2》第五章第3節電感和電容對交流電的影響，課本上的演示實驗效果不是十分理想.通過多方面的實踐探究，不斷總結經驗，筆者設計和自制了兩塊實驗板，分別就電感、電容對交流電影響進行研究，采取兩燈泡明暗對比法，效果明顯直觀.

1 制作材料

木工板，電位器2個，小燈座4只，小燈泡4個，可拆變壓器上的舊線圈1個，紅、綠發光二極管各1個，開關2只，紅、黑接線柱各2個.

2 制作方法

木工板加工成600 mm×500 mm兩塊，用小木塊制成支承示教板的支架.用白漆刷兩次，待漆風干后，將上述元件分別按圖1、圖2所示安裝.

圖1

圖2

3 實驗步驟

3.1 電感對交流電的影響

(1)電感對交流電的阻礙作用.

接學生電源的交流擋3 V，電位器置于最小.閉合開關S1，也就是說接200匝線圈，燈A2比A1暗.

(2)線圈的自感系數變大，對交流電的阻礙作用明顯變大.調節電位器使兩燈明亮程度相同，再在線圈中插入鐵心，燈A2明顯變暗.

(3)線圈匝數越多、半徑越大，自感系數越大，電感對交流電的阻礙作用也越大.

接學生電源的交流擋12 V，電位器置于最大位置，閉合開關S2，接不同的線圈匝數,通過燈泡不同的明亮程度顯示實驗現象.

(4)交流電的頻率越高，電感對交流電的阻礙作用就越大.

接J2462-1型低頻信號發生器的功率輸出，以提供頻率變化的交流電；倍頻選×10.通過頻率的不同變化， 可以看到A1亮度不變，A2亮度隨交流電頻率的增加而逐漸變暗；反方向轉動頻率旋紐，使交流電的頻率逐漸降低，這時燈泡A1亮度仍不變，A2的亮度隨頻率的降低而逐漸變亮.如圖3所示.

圖3

3.2 電容對交流電的影響

(1)演示電容器隔直流.接學生電源直流擋，電容接100 μF，閉合開關后，發光二極管D1和小燈泡A1亮，而發光二極管D2以及燈A2不亮，說明直流電不能夠通過電容器，也就是說電容器阻直流.

(2)演示電容器通交流，并演示電容量越大，阻礙作用越小，如圖4所示.

圖4

接學生電源交流擋，電容器仍選擇100 μF，閉合開關后，互相反接的發光二極管D1、D2以及小燈泡A1、A2都亮，但小燈泡A2明顯比小燈泡A1暗，說明電容器通交流，但對交流電有阻礙作用；換用200 μF的電容器，重做實驗，可以看到燈泡亮度明顯變亮，換47 μF的電容器，燈泡亮度明顯變暗，說明電容量越大，對交流電的阻礙作用越小.

(3)演示電容器對交流電的阻礙作用隨頻率變化關系.

接低頻信號發生器，倍率×10，C選用100 μF電容.將頻率調至最高，合上開關S，調節滑動變阻器R使小燈泡A1、A2亮度一樣，慢慢轉動低頻信號發生器的頻率旋紐，調節交流電的頻率，可以看到A1亮度不變，A2的亮度隨交流電頻率的減小而變暗，A2的亮度隨頻率的增加而變亮，說明電容器對交流電的阻礙作用隨交流電的頻率增大而變小.

4 改進后的優點

通過上述改進后的實驗板，服務于實驗教學，演示效果良好，優點如下.

(1)實驗板操作方便，并采用對比法，現象更明顯、直觀.

(2)所選元件中可拆變壓器線圈，是廢舊利用；其他都是通用元件，價格低廉.

(3)通過該實驗演示板能加深學生對知識的理解，做到對實驗原理、現象的融會貫通.