自制改進版“電阻、電感和電容對交變電流的作用”演示儀

（廣東省廣州市協和中學 廣東廣州 510160）

摘 要：教材中“電感和電容對交變電流的影響”這一節內容對學生來說比較抽象，必須要通過演示實驗來幫助學生認識和理解。而教材中設計的演示實驗獨立性太強，沒有很強的同步對比性和直觀效果，教學效率比較低。本文針對以上問題一一進行了改進，集成度高、實驗現象直觀明顯，對比性強，簡單易操作，大大提高了課堂效率和教學效果。

關鍵詞：電感 電容 交變電流 作用 自制 演示實驗電板

中學物理選修3-2人教版教材，第五章第3節“電感和電容對交變電流的影響”，新課標在知識和技能上對此節內容要求并不是很高，但學生對電感和電容的理解有一定的難度。在教學過程中教師一般是通過演示實驗來讓學生體驗電感和電容對交變電流的影響。課本中設計的演示實驗是分別將電感和小燈泡串聯、電容和小燈泡串聯，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比分析電感和電容對交變電流的影響。實驗的演示沒有同步對比的效果，不利于學生觀察分析，且操作繁瑣，要不停更換安裝演示電路，效率低下。[1]

為了讓演示實驗更具對比性，操作起來更簡潔方便，本文介紹的自制實驗演示電路板集電阻、電感和電容對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，舍去了學生電源，可直接接市電對演示電路提供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演示電板就可以達到整節內容的演示目的。且筆者選用的材料大多都是實驗室中廢舊儀器上拆下的可用元器件，既環保又經濟實惠。現將整個制作和成品展示介紹如下：

一、電路原理設計及選材制作

1.設計原理電路圖

2.器材選取：

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

3.制作過程

用廢舊平拋運動演示器充當演示電板的底板，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的電路設計用螺絲固定在底板上并用導線連接好。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，說明電感和電阻對恒定電流是導通的，電容對恒定電流是不導通的；將開關接到左邊6V交流電源處時，可以觀察到燈L1亮了，燈L2也是亮的，此時燈L3不亮，說明交變電流能夠通過電阻，也能夠“通過”電容器，而電感器對交變電流有阻礙作用。從以上兩個實驗對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。實驗操作簡單，現象直觀

明顯。[2]

其次，此演示電板還可以對不同的電容器對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”其實是因為交變電的電壓一直在變化，使得電路中的電荷在電壓升高時聚集在電容極板上，使電路中形成充電電流；當電壓降低時，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，電容器對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。怎么向學生展示電容的大小對交流電的阻礙作用呢？我們可以將開關S接到交流電源檔，將開關S1接到1000?F的電容С1上，調節滑動變阻器使得燈L1與燈L2一樣亮，然后再將開關S1接到100?F的電容С2上，觀察此時燈L1的亮度與燈L2的亮度，會發現燈L1比L2暗了。這說明接在同樣的交流電源上，電容量越小，電容對交流電的阻礙作用就越大；電容量越大，對交流電的阻礙作用就越小。此實驗現象對比也是非常的直觀明顯。

最后說明，之所以不在電板中設計兩個不同的電感器對交流電的作用對比，是因為在中學物理考察內容中對電感的要求比較低，只需要學生掌握電感“通直流、阻交流”的特性即可。筆者所選的日光燈鎮流器（就是一個電感器）也是因其自感系數很大，有幾十亨，對50Hz的低頻市電有很大的阻礙作用，所以通上交流電源時，接在該支路中的小燈泡直接不亮，已達到演示其“通直流、阻交流”的目的。

結語

此自制演示電板，最大的特點是集成度高、所演示的實驗現象對比同步且明顯，直觀性強，操作簡單方便，取材經濟實惠又環保。這套儀器經多年使用仍不影響其實驗效果，深受任課教師認可，對學生理解和掌握本節知識提供了深刻的感性認知，增強了學生學習物理的興趣，更大大提高了課堂的教學效果。

參考文獻

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

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

作者簡介

張礦香（1984.04），性別：女，籍貫：廣東省梅州市，學歷/學位：大學本科，職稱：助理實驗師，現就職于廣東省廣州市協和中學，任物理實驗員兼物理教師。