自制改進(jìn)版“電阻、電感和電容對(duì)交變電流的作用”演示儀

（廣東省廣州市協(xié)和中學(xué) 廣東廣州 510160）

摘 要：教材中“電感和電容對(duì)交變電流的影響”這一節(jié)內(nèi)容對(duì)學(xué)生來說比較抽象，必須要通過演示實(shí)驗(yàn)來幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解。而教材中設(shè)計(jì)的演示實(shí)驗(yàn)獨(dú)立性太強(qiáng)，沒有很強(qiáng)的同步對(duì)比性和直觀效果，教學(xué)效率比較低。本文針對(duì)以上問題一一進(jìn)行了改進(jìn)，集成度高、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀明顯，對(duì)比性強(qiáng)，簡(jiǎn)單易操作，大大提高了課堂效率和教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：電感 電容 交變電流 作用 自制 演示實(shí)驗(yàn)電板

中學(xué)物理選修3-2人教版教材，第五章第3節(jié)“電感和電容對(duì)交變電流的影響”，新課標(biāo)在知識(shí)和技能上對(duì)此節(jié)內(nèi)容要求并不是很高，但學(xué)生對(duì)電感和電容的理解有一定的難度。在教學(xué)過程中教師一般是通過演示實(shí)驗(yàn)來讓學(xué)生體驗(yàn)電感和電容對(duì)交變電流的影響。課本中設(shè)計(jì)的演示實(shí)驗(yàn)是分別將電感和小燈泡串聯(lián)、電容和小燈泡串聯(lián)，再依次接在6V的直流電源和交流電源上，通過觀察小燈泡的亮暗程度去對(duì)比分析電感和電容對(duì)交變電流的影響。實(shí)驗(yàn)的演示沒有同步對(duì)比的效果，不利于學(xué)生觀察分析，且操作繁瑣，要不停更換安裝演示電路，效率低下。[1]

為了讓演示實(shí)驗(yàn)更具對(duì)比性，操作起來更簡(jiǎn)潔方便，本文介紹的自制實(shí)驗(yàn)演示電路板集電阻、電感和電容對(duì)交變電流的作用演示為一體，且在電板中直接接入變壓器電路集成塊，舍去了學(xué)生電源，可直接接市電對(duì)演示電路提供6V的交流電源和的直流電源。這樣，教師到課室上課只需要搬一個(gè)演示電板就可以達(dá)到整節(jié)內(nèi)容的演示目的。且筆者選用的材料大多都是實(shí)驗(yàn)室中廢舊儀器上拆下的可用元器件，既環(huán)保又經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。現(xiàn)將整個(gè)制作和成品展示介紹如下：

一、電路原理設(shè)計(jì)及選材制作

1.設(shè)計(jì)原理電路圖

2.器材選取：

1000?F的電容С1 、100?F的電容С2 、三個(gè)燈具座、三個(gè)完全相同的小燈泡（6V，0.5A）、一個(gè)滑動(dòng)變阻器（50Ω，0.5A）、廢棄熒光燈上拆下的鎮(zhèn)流器一個(gè)（即電感L）、雙刀雙擲開關(guān)、廢舊儀器中拆下的變壓器、萬能板、2200?F電容、四個(gè)微小電容、廢舊平拋運(yùn)動(dòng)演示器、三角插線、導(dǎo)線若干、螺絲螺帽若干、墊片若干。

3.制作過程

用廢舊平拋運(yùn)動(dòng)演示器充當(dāng)演示電板的底板，并在上面畫上原理圖，按零件的具體大小定位鉆孔，將零器件按上圖1-1的電路設(shè)計(jì)用螺絲固定在底板上并用導(dǎo)線連接好。在萬能板上焊接好電子電路接上從廢舊儀器中拆下的變壓器，使接入的220V市電能通過變壓器整流成我們演示電板需要的6V交流電和直流電，接入雙刀雙擲開關(guān)處。（成品展示如圖1-2）

首先，演示電板接上電源后，S1接通電容器C1，將雙刀雙擲開關(guān)S接到右邊6V直流電源處，可以觀察到小燈泡L1不亮，燈L2、L3亮，說明電感和電阻對(duì)恒定電流是導(dǎo)通的，電容對(duì)恒定電流是不導(dǎo)通的；將開關(guān)接到左邊6V交流電源處時(shí)，可以觀察到燈L1亮了，燈L2也是亮的，此時(shí)燈L3不亮，說明交變電流能夠通過電阻，也能夠“通過”電容器，而電感器對(duì)交變電流有阻礙作用。從以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)比我們可以很直觀的得出：電感具有“通直流、阻交流”的特性，電容具有“隔直流、通交流”的特性。實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象直觀

明顯。[2]

其次，此演示電板還可以對(duì)不同的電容器對(duì)交流電的作用再具體演示說明。我們知道，電容能讓交流電“通過”其實(shí)是因?yàn)榻蛔冸姷碾妷阂恢痹谧兓沟秒娐分械碾姾稍陔妷荷邥r(shí)聚集在電容極板上，使電路中形成充電電流；當(dāng)電壓降低時(shí)，電荷離開極板，使電路中形成放電電流。如此，就好像交流電“通過”了電容器。其實(shí)，電容器對(duì)交流電也有一定的阻礙作用，且這種阻礙作用的大小跟電容器的電容量有關(guān)。怎么向?qū)W生展示電容的大小對(duì)交流電的阻礙作用呢？我們可以將開關(guān)S接到交流電源檔，將開關(guān)S1接到1000?F的電容С1上，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使得燈L1與燈L2一樣亮，然后再將開關(guān)S1接到100?F的電容С2上，觀察此時(shí)燈L1的亮度與燈L2的亮度，會(huì)發(fā)現(xiàn)燈L1比L2暗了。這說明接在同樣的交流電源上，電容量越小，電容對(duì)交流電的阻礙作用就越大；電容量越大，對(duì)交流電的阻礙作用就越小。此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比也是非常的直觀明顯。

最后說明，之所以不在電板中設(shè)計(jì)兩個(gè)不同的電感器對(duì)交流電的作用對(duì)比，是因?yàn)樵谥袑W(xué)物理考察內(nèi)容中對(duì)電感的要求比較低，只需要學(xué)生掌握電感“通直流、阻交流”的特性即可。筆者所選的日光燈鎮(zhèn)流器（就是一個(gè)電感器）也是因其自感系數(shù)很大，有幾十亨，對(duì)50Hz的低頻市電有很大的阻礙作用，所以通上交流電源時(shí)，接在該支路中的小燈泡直接不亮，已達(dá)到演示其“通直流、阻交流”的目的。

結(jié)語

此自制演示電板，最大的特點(diǎn)是集成度高、所演示的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比同步且明顯，直觀性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單方便，取材經(jīng)濟(jì)實(shí)惠又環(huán)保。這套儀器經(jīng)多年使用仍不影響其實(shí)驗(yàn)效果，深受任課教師認(rèn)可，對(duì)學(xué)生理解和掌握本節(jié)知識(shí)提供了深刻的感性認(rèn)知，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，更大大提高了課堂的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 物理課程教材研究開發(fā)中心：高中物理（選修3-2）[M].第3版.人民教育出版社.2010，37-40

[2] 廣東基礎(chǔ)教育課程資源研究開發(fā)中心：高中物理（選修3-2）[M].第1版.廣東教育出版社.2005，48-54

作者簡(jiǎn)介

張礦香（1984.04），性別：女，籍貫：廣東省梅州市，學(xué)歷/學(xué)位：大學(xué)本科，職稱：助理實(shí)驗(yàn)師，現(xiàn)就職于廣東省廣州市協(xié)和中學(xué)，任物理實(shí)驗(yàn)員兼物理教師。