單相交流電路教法探討

交流電路中最常見的負載有電阻、電感、電容及它們的等效串聯、并聯電路，電阻、電感和電容對交流電都有阻礙作用，但方式不同。為研究電阻、電感、電容三種負載的性質及對交流電路的影響，教學中我引導學生通過實驗來分析和對比，最后得出結論。

先做如圖1所示的實驗，開關S1處在不同位置可以選擇電阻R、電感L、電容C中的一種負載，S2可以接通或者斷開電源。轉換S1選擇不同的負載 ，在撥動S2接通或者斷開電源時，仔細觀察燈泡HL的發光情況、表針的擺動情況及示波器的波形情況，觀察到的現象匯總如圖2所示。

從實驗中我們可以得出如下結論:(1)在開關通斷的瞬間，電阻上電壓與電流是同時出現、同時結束，并且電壓表和電流表指針擺動變化快慢一致，斷開電源后燈立即熄滅。(2)在開關通斷瞬間，電感/電容電路中，電壓表和電流表指針擺動變化的快慢不一致，電感/電容電路在斷開電源后還能看到燈亮，說明電感、電容均是儲能元件。(3)在開關通斷的瞬間，電感上電壓的變化比電流快，電感上的電壓與電流的變化率(曲線的斜率)成正比，并且該電壓阻礙電流的變化，電感能讓穩定的直流電通過。(4)在開關通斷的瞬間，電容上電壓的變化比電流慢。電容是存放電荷的容器。電容上的電壓隨著存入電荷而升高、隨著移出電荷而降低，并且在電壓接近直流電源電壓時，電路中電流最小，電容對直流電有阻斷作用。

在上述實驗中，不斷地接通和斷開電源開關，就類似于交流電路，進而可以引導學生分析，在正弦交流電路中，電阻、電感和電容的性質與作用。(1)電阻:總是阻礙電荷的移動，它對變化的電流和不變化的電流都有著相同的阻礙作用，電阻上的電壓與電流是同頻率同相位的，其關系式為:I= 或 i=。(2)電感:由于變化的電流總是要在電感中產生感應電動勢，該感應電動勢也總是阻礙電流的變化，所以電感對穩恒直流電沒有阻礙作用(忽略電感的直流電阻)，而對交流電有阻礙作用。該阻礙作用記作XL，電感上電壓與電流間的關系為:I=而i≠。其中:XL=2?仔fL，L為自感系數，與線圈的匝數、介質及形狀有關。f為電源頻率，頻率越高，對電流的阻礙作用越大。(3)電容:電容是儲存電荷的容器。存入電荷的過程，稱為充電，取出電荷的過程稱為放電，在充電和放電的過程中，電路中都會產生電流，電容對電流的阻礙作用記作Xc，電容上電壓與電流的關系為: I=而 i≠。其中:XC= ; C為電容的容量，容量越大，對交流的阻礙作用越小。f為電源頻率，頻率越高，電容對電流的阻礙作用就越小。

參考文獻:

[1]李靜.電工基礎[M].北京:中國勞動社會保障出版社，2001.

[2]劉仁平.紡織電氣基礎[M]. 北京:中國紡織出版社，2005.

(河南工業技師學院)