电感和电容对交变电流的影响——“建构—合作学习”物理课堂例说，本文主要内容关键词为：电感论文,电容论文,电流论文,合作学习论文,课堂论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
本节课所用教材为人教版《物理》（选修3-2）第五章第三节。
电感、电容、电阻作为基础电学元器件在直流电路中的运用，学生已经基本了解。在交流电路中运用，学生刚刚接触。教材在介绍了交流电的基本知识后，安排这两个电学元件在交流电路中的运用，讨论其对交流电路的影响，目的是从运用的角度加强学生对交流电的理解。教材运用对比的方法，通过实验，比较电感电容对直流和交流的阻碍作用，学生很容易理解。教材安排了三个小节：电感对交变电流的阻碍作用，交变电流能够通过电容器，电容对交变电流的阻碍作用。本节课按照合作学习型课堂设计，在教学中先增加电阻在交流和直流电路中的对比，帮助学生理解对比的原理和实验电路，再安排师生合作探究，最后学生合作探究。这样层层放手，让学生有一个思维提升和能力形成的过程，有更多实践和讨论的机会，最后形成完整的知识体系。
一、教学设计
设计环节一
认识电阻、电容、电感元件，电阻在交、直流电路中的比较。
师生活动1
每组配发一块计算机主板，教师指导学生观察电路板，让学生认识基本元件，说出一些元件的特点及应用（电阻、二极管、电容、电感、三极管等）。
设问：电阻对直流电及交流电的阻碍作用是否相同？
演示1：电阻对直流电及交流电的作用。
(1)将双刀双掷开关分别接入学生电源的直流与交流的输出端。
(2)将电阻与小灯泡串联接入电路中，观察电阻接入直流电路和交流电路时，灯泡发光的现象。
操作1：（学生动手）每组学生利用提供的器材自己接线，记录现象，归纳结论，并试着从理论上进行解释。
交流1：在小组得出结论的基础上，全班的交流。
总结1：（结合交流电有效值的定义）电阻对交变电流与直流电流的阻碍作用一致。
设计目的1
实验引入，引导建构。在教师演示的基础上学生自己动手实验，熟悉双刀双掷开关的使用方法；利用比较法研究电阻在交流和直流电路中的表现，为后面的电容电感的研究提供方法指导。
师：电感和电容对交流电路和直流电路的影响一样吗？说说你的想法并用实验来验证你的结论。
设计环节二
教师和学生合作探究电感线圈对交流电路的影响，并从理论上予以解释。
师生活动2
演示2：在刚才电路中取下电阻，将可拆变压器中的一个线圈串联入电路（如下页图1所示）中，观察现象；拆去元件，再观察灯泡的亮度变化。
现象：交流电路中小灯泡较暗，拆去元件，灯泡变亮。
结论：电感对直流电和交流电都有阻碍作用，对交变电流的阻碍作用更大。
图1
师问：为什么电感线圈对交流电的阻碍作用更大？你能够用学过的原理解释吗？阻碍作用的大小与哪些因素有关呢？
生：……（生回答，师总结归纳，列出表格）
演示3：改变线圈的匝数，（使用变压器上端的接线柱来实现）观察小灯泡的亮度变化现象：匝数越多，灯泡越暗。
演示4：插入铁芯，随着铁芯的插入深度的变化，观察灯泡亮度的变化。
现象：灯泡变暗（随着深度增加）。
结论：匝数及铁芯的加入都是使自感系数变大，即L变大，说明L越大，阻碍能力越强，即感抗越大。
问题：感抗与交变电流的频率有关系吗？
引导学生分析：从自感电动势的大小分析频率对感抗的影响。
结论：交流电频率f越高，线圈对交变电流的阻碍越大，感抗越大。
应用1：（阅读课本）电工和电子技术中的扼流圈。利用电感对交变电流的阻碍作用制成的，有低频扼流圈和高频扼流圈两种（播放视频短片）。低频扼流圈匝数为几千到超过一万，有铁芯，对低频交变电流有较大的阻碍作用，线圈本身电阻较小，对直流电阻碍作用较小；高频扼流圈匝数为几百匝，无铁芯或铁氧体芯，对低频交变电流的阻碍作用较小，对高频交变电流的阻碍作用很大。
［例］分析课本中低频扼流圈的作用。
总结2：电感线圈对交流电的阻碍作用
(1)电感对交变电流的阻碍作用的大小称为感抗
，感抗公式：
(2)电感对交变电流的影响：“通直流、阻交流”
(3)交变电流的频率越高，感抗越大，阻碍作用越大。所以电感有“通低频、阻高频”作用。
设计目的2
师生合作，过程示范。教师带着学生从理论和实验两个层面分析电感对交流电路的影响，研究的顺序是先提出问题，学生自我构建；然后教师演示实验，学生校正思路；再少部分优秀学生提出解释；再师生一起实验验证，归纳结论，最后了解实际应用。这样，一方面帮助学生掌握这一知识，另一方面也为后面学生自主合作探究“电容对交流电路的影响”进行研究过程示范。
师总结：“电感对交变电流的影响”的研究方法：交直流对比、猜想—实验验证—理论解释—归纳结论—实际运用。
设计环节三
观察电容器串联在交流和直流电路中灯泡的亮度，多媒体演示交变电流“通过”电容器；研究电容对交流电的影响。
师生活动3
操作2：在刚才分组实验的电路中取下电阻，将一个22μF的电容器串联入如图2所示的电路中，观察灯泡的亮度；拆去电容器，再观察灯泡的亮度。
图2
现象：直流电路中灯泡不亮，交流电路中灯泡亮，拆去电容器，灯泡变亮。
结论：交流电能够通过电容器，电容器对交流电有阻碍作用。
问：为什么？
理论解释：电容器中绝缘介质阻碍直流电流通过电容器；当电容器接入交流电路时，电容器极板上不断发生充电放电，电路中有电流流过，灯泡亮。
操作3：小组合作，观察不同大小的电容对交流电的阻碍作用，纪录实验现象，归纳结论，并试着从理论上予以解释。
……（学生活动，教师巡视指导）
交流：小组讨论的基础上，全班交流，其他小组进行评价并予以补充。
总结3：电容对交变电流的阻碍作用的大小称为容抗
(1)
(2)电容器有“通交流、隔直流”作用。
(3)容抗与电容的大小和交流电的频率有关，电容器有“通高频、阻低频”作用。
应用2：
(1)教材P.38“说一说”
(2)如下页图3所示两电路是电容器的两种不同连接方式，它们各在什么情况下采用？应该怎样选择电容器？
图3
(3)电容、电感不仅在现成电容器和电感线圈中存在，在导线之间、电子元件及机壳之间都存在电感或电容，有时会造成较大的影响。洗衣机外壳与机芯之间是一个电容器（家用电器的外壳需要接地就是这个道理），输电导线由金属丝拧成，就是电感线圈，会产生电能损耗。
设计目的3
生生合作，提升能力。这段是本节课的核心部分，需要20分钟的时间，组织学生合作实验探究，归纳结论，理论解释，集体交流，相互评价。需要教师有效组织和管理，教师要调动学生参与积极性，不断帮助学生接近正确的结论，这样的知识才是学生自己得出的知识。
设计环节四
趣味实验：（教师演示）音乐中的高音和低音分别对应着高频、低频信号，当不同电容器串联到电路中的时候，我们可以听到音乐高音、低音的变化。
作业：
(1)课本P.39“问题与练习”1、2、3。
(2)试着去寻找一块旧电路板，分析一下各个元件的作用（注意安全）。
(3)课外阅读材料：音响分频器的原理
设计目的4
激发兴趣，学以致用
二、板书设计
［合作学习任务卡］
(1)电阻在交流和直流电路中的影响研究
(2)电感在直流和交流电路中的比较（图1）
(3)探究感抗与哪些因素有关
(4)探究电容器对交变电流的影响（图2）
三、教学札记
1.合作学习需要教师的有效示范与组织
学生能否开展有效的合作学习，关键是教师的组织是否有效，这节课要运用对比的研究方法，因此，课堂的切入点应从学生熟悉的电阻在交流、直流电路中的比较入手，教师演示后，学生也动手接线，让学生掌握双刀双掷开关的使用方法，让学生记录并总结，从理论上予以解释，这都是为后续的合作研究打基础。课堂的第二个环节是研究电感对交流电的阻碍作用，这里教师带着学生观察演示实验，记录实验现象，总结规律，进行理论解释，了解实际应用，逐步掌握研究过程。这个过程教师是主导，指明研究方向，学生是主体，在自我建构的基础上生成新知识，师生合作，得出结论。最后，放手让学生在第三个环节中小组合作学习。教师在教学中创设物理情景，组织实践、思考与讨论，激发学习兴趣，示范研究过程，引导学生完善认知，使学习过程朝着更有利于学生建构意义的方向发展。
2.合作学习的能力需要逐步培养
物理合作学习的能力包括制订方案的能力，实验操作的能力，记录现象归纳结论的能力，交流的能力等。学生对绝大部分物理问题的认识并非一张白纸，教学中，要充分利用好这些前认知，帮助学生生成新认知，但是，如何生成系统的新认知？很多学生却并不掌握，因此，物理教学中要通过研究方法的渗透，让学生掌握研究物理问题的流程，再结合教师指导、个人思考、小组合作、班级交流，逐步形成自己的新知识体系。教学中既不能包办代替，也不能放任不管，需要根据学生的能力水平逐步安排。
3.合作学习需要教师教学观的根本改变
经过这些年新课程的实施，感觉自己的教学理念已经改变了，但是，在这堂课上，一个教学现象的处理还是暴露出问题：学生在自己动手比较电阻在交流、直流电路中阻碍时，发现灯泡在交流电路中更亮，在班级交流时，学生提出了这个问题。对这个问题，我在课前实验中已经发现了，因此我直接告诉同学，这是由于学生电源的直流挡与交流挡的输出电压不完全一样造成的，然后，学生带着将信将疑的神色坐下了。课后评课时，有老师指出：这里学生发现了一个问题，为什么急不可耐地把问题“掐断”呢？为什么不把万用表递给学生，让学生自己研究一下呢？这个小插曲的处理，说明我们教师的教学观还需要不断提升。