“電容電感對交流電路影響”的設(shè)計與改進(jìn)

陳璋

(無錫市第一中學(xué) 江蘇 無錫 214000)

刁品全

(無錫市輔仁高級中學(xué) 江蘇 無錫 214000)

我們知道，在中學(xué)物理教學(xué)過程中，物理實驗是生成物理規(guī)律與物理概念的最為重要的平臺之一．“電容、電感對交流電路影響”是交流電路部分一個重要的知識點，而理論分析顯得相當(dāng)煩瑣、生澀．此時物理實驗演示就顯得尤為重要了．但在中學(xué)里這個實驗一直是欠缺的，主要原因是中學(xué)物理實驗室的交流電源頻率一般是不可調(diào)節(jié)的．針對這種情況，我們嘗試從不同角度來設(shè)計這一實驗．

方案一：基于信號發(fā)生器的設(shè)計

圖1 信號發(fā)生器

泡也幾乎不亮．

于是我們就采用發(fā)光二極管演示這一實驗(說明：在演示時我們神奇地發(fā)現(xiàn)，需要將其中一只發(fā)光二極管正極腳與另一只二極管負(fù)極腳并聯(lián)，發(fā)光二極管才能很好發(fā)光，這里我們不對此現(xiàn)象做分析)，設(shè)計的電路如圖2所示，實驗思路如下.

圖2 方案一設(shè)計電路

該實驗設(shè)計的電子元件參數(shù)如表1所示.

表1 方案一電子元件參數(shù)

實驗步驟：

(1)首先將信號發(fā)生器接入自制電路板上，并選擇正弦波信號輸出、將信號幅值調(diào)至最大；

(2)演示電容器對交流電路的影響

調(diào)查表明，高管交互、協(xié)同激勵對技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)生顯著影響。高管激勵方式很多，通常采用“基本薪酬+獎金+股份”的多元化經(jīng)濟(jì)獎勵方式，還可以有職位上的獎勵。在企業(yè)發(fā)展過程中，通常采用激勵方式激發(fā)員工的積極性，讓其發(fā)揮更大的潛能。在實際應(yīng)用中，采用多元化的激勵方式更能提高員工的積極性。對于技術(shù)員工，應(yīng)當(dāng)對其潛能進(jìn)行激勵，促使其在技術(shù)上不斷創(chuàng)新。

1)在相同頻率下分別連接不同電容器(C1、C2)，觀察并比較發(fā)光二極管的亮暗變化；

2)信號發(fā)生器與同一電容器連接，通過選擇信號輸出頻率的不同倍率擋位，改變信號發(fā)生器輸出頻率，觀察發(fā)光二極管亮暗變化；

(3)演示電感對交流電路的影響

將發(fā)光二極管與線圈串聯(lián)，調(diào)節(jié)輸出信號頻率，觀察發(fā)現(xiàn)：頻率越高，發(fā)光二極管燈越暗．

實驗說明：

(1)該實驗中雖然用了發(fā)光二極管，也能夠看到二極管亮暗變化，但在演示過程中可見度仍不是很高．于是我們在設(shè)計實驗時采用了將幾只發(fā)光二極管并聯(lián)起來；

(2)由于實驗條件限制，未能找到合適的電感線圈，于是我們采用了實驗室里一只小型變壓器．當(dāng)然也可以用兩個不同匝數(shù)變壓器來比較不同電感對交流電路的影響．

通過實驗演示，我們幾乎“完美地”展示出電容、電感對交流電路影響，化解了教學(xué)的困境．

方案二：基于變頻電源的實驗設(shè)計

針對方案一存在的不足——電源輸出信號弱、功率不足等缺點，于是我們采用了變頻電源．設(shè)計的電路如圖3所示．

該實驗設(shè)計的電子元件參數(shù)如表2所示.

圖3 方案二設(shè)計電路

電源(變頻電源)燈泡電容器1電容器2線圈(及鐵芯)APS4000A系列變頻電源(頻率在45～250 Hz調(diào)節(jié))輸出電壓設(shè)置為8 V 10 V,20 W50 V,1 500 μF15 V,220 μF演示楞次定律時采用的螺線管(具體參數(shù)未知)

實驗思路如下：

(1)將電源接入自制的電路板；

(2)演示電容器對交流電路的影響

1)觀察在相同電壓及頻率下分別與電容值不同的電容器串聯(lián)，觀察到電容值大時，串聯(lián)的燈泡的更亮；

2)接同一電容器，保證電源輸出電壓一定，改變電源輸出的頻率，觀察到頻率越高，串聯(lián)的燈泡越亮；

(3)演示電感對交流電路的影響

1)在頻率頻率逐漸變大時與電感線圈器相連的燈泡逐漸變暗；

2)在其他條件不變情況下，通過在線圈中插入鐵芯來改變線圈的自感系數(shù)，觀察燈泡變暗．

實驗說明：

(1)由于變頻電源輸出電壓相對于音頻信號發(fā)生器而言，輸出電壓較大，因而我們采用額定電壓較大的燈泡，增加了可見度．相對于方案一而言，實驗效果更好；

(2)該變頻交流電源的另一顯著優(yōu)點是，在實驗過程中，當(dāng)電源頻率發(fā)生變化時，電源兩端輸出電壓不發(fā)生變化，這個可以通過電源顯示面板讀出；

(3)在實驗過程中，我們將電源電壓設(shè)置為8V而沒有設(shè)置為10V，主要由于我們在實驗探究過程中發(fā)現(xiàn)，這樣設(shè)置時燈泡的亮度變化會更明顯．

以上是我們從兩個電源出發(fā)設(shè)計了兩個小實驗，彌補(bǔ)了“電容、電感對交流電路影響”實驗教學(xué)不足．