纯电容电路教案

第 周

第 课时 月 日

课 题 纯电容电路

知识目标 掌握纯电容电路电容元件电压与电流关系及旋转矢量图。

能力目标 掌握容抗、有功功率及无功功率。

教学内容及组织教法

[课题引入]

1、 提问相关知识

2、 引入本节课题

[新课内容]（以讲解为主）

把电容器接到交流电源上，如果电容器的漏电电阻和分布电感可以忽略不计，这种电路叫做纯电容电路，如左下图所示。

一、电流、电压间数量关系

通过图5—25所示的实验，来研究纯电容电路电流与电压间的数量关系。按图连接好电路，在保证电源频率一定的条件下，任意改变信号源的电压值，从电流表和电压表的读数可知，电压与电流成正比，即

式中 Uc——电容器两端电压的有效值，单位是伏[特]，符号为V；

I——电路中的电流有效值，单位是安[培]，符号为A；

Xc——电容的电抗，简称容抗，单位是欧[姆]，符号为Ω。

上式叫纯电容电路的欧姆定律。容抗表示电容器对电路中的交流电流所呈现的阻碍作用。

将上式两端同时乘以，得

这说明纯电容电路中，电流、电压的最大值也服从欧姆定律。

理论和实验证明，容抗的大小与电源频率成反比，与电容器的电容成反比。容抗的公式为 式中 厂——电源频率，单位是赫[兹]，符号为Hz；

C——电容器的电容，单位是法[拉]，符号为F；

Xc——电容器的容抗，单位是欧[姆]，符号为Ω。

显然，当频率一定时，在同样大小的电压作用下，电容越大的电容器所储存的电荷量就越多，电路中的电流也就越大，电容器对电流的阻碍作用也就越小；当外加电压和电容一定时，电源频率越高，电容器充、放电的速度越快，电荷移动速度也越快，则电路中电流也就越大，电容器对电流的阻碍作用也就越小。对直流电，它的频率f=0，则Xc趋于无穷大，可视为断路。电容器这种“通交流、阻直流；通高频、阻低频”的性能广泛应用于电子技术中。

纯电容电路

纯电容电路

由绝缘电阻很大、介质损耗很小的电容器组成的交流电路.可以近似认为纯电容电路。

1) 电压与电流的相位关系

当电容器接到交流电流上时，由于外加交变电压在不断变化，电容器就不断进行充、放电，电路中就产生交变电流，其数值等于电容极板上电荷量的变化率，即

式中——电容两端电压变化率。

纯电容电路中正弦电压和电流的波形如图2 -26所示。把一个周期内的电压变化也分为 四个阶段来分析：

(1)在电压的第一个1/4周期内，电容两端电压由零增加到正向的最大值，电压变化率 为正，所以电流为正，这就是充电电流。电压为零时，电压变化率最大，充电电流最大;电压为最大值时，电压变化率为零，充电电流为零。 (2)在电压的第二个1/4周期内，电容两端电压由正的最大减小到零，电压变化率为负，电流为负，这就是放电电流。在电压最大时，放电电流为零;在电压为零时，放电电流与充电电流相反。

(3)在电压的第三个1/4周期内，电压由零变化到负的最大，电容器反向充电，电流为 负值。

(4)在电压的第四个1/4周期内，电压由负的最大变化到零，电容器反向放电，电流变为 正值图2-26中画出了电容上电流的波形图。

由图可见，电容电流的变化规律为正弦波形图,其频率与电压相同；电容上的电流超前电压90°，它们的相量图如图2-27所示。

2)电流与电压的关系

我们也可以像纯电感电路那样做一个交流电压加在纯电容上的实验，通过分析数据，也能得到与纯电感类似的结论。在纯电容电路中，电压与电流有效值之比为一常数.用Xc来表示.称为容抗, 或 与感抗类似，容抗Xc在电容电路中起着阻碍电流通过的作用，它的单位也是欧姆(Ω).

经分析证明，容抗Xc与电容C、频率f的乘积成反比，即

式中C—电容器的电容量(F);

f—电源电压的频率(Hz)

Ω—电源电压的角频率(rad/s),ω=2Πf

3)纯电容电路的功率

纯电容电路中的瞬时功率与纯电感电路中的功率很相似,其瞬时电压值与瞬时电流值逐 点相乘，就可以画出如图2-28所示的瞬时功率波形图。

纯电容电路教案

标题：纯电容电路教案

教案概述：

本教案旨在引导学生深入理解纯电容电路的基本原理和特性，掌握相关计算方法，并通过实验操作加深对电容电路的认识。通过本教案的学习，学生将能够理解电容器的工作原理、电容的定义和计算方法，以及纯电容电路中的电流和电压变化规律。

教学目标：

1. 理解电容器的基本原理和工作方式；

2. 掌握电容的定义和计算方法；

3. 理解纯电容电路中电流和电压的变化规律；

4. 能够通过实验操作验证电容电路的特性。

教学重点：

1. 电容器的工作原理和电容的定义；

2. 纯电容电路中电流和电压的变化规律。

教学难点：

1. 纯电容电路中电流和电压的相位关系；

2. 通过实验操作验证电容电路的特性。

教学准备：

1. 教师准备：电容器、电源、电阻、示波器等实验设备；

2. 学生准备：笔记本电脑、实验报告本等。

教学过程： Step 1：导入新知

- 引导学生回顾电容器的基本概念和符号表示；

- 提问学生：电容器的工作原理是什么？电容的计算公式是什么？

Step 2：理论讲解

- 通过幻灯片或板书，讲解电容器的工作原理和电容的计算方法；

- 解释纯电容电路中电流和电压的变化规律，并强调电流和电压的相位关系。

Step 3：示例分析

- 给出一个纯电容电路的示例，引导学生计算电流和电压的数值，并分析其相位关系；

- 解释电容电路中的充电和放电过程。

Step 4：实验操作

- 将学生分成小组，每组配备相应的实验设备；

- 引导学生进行纯电容电路的实验操作，观察电流和电压的变化，并记录实验数据；

- 引导学生分析实验结果，验证纯电容电路的特性。

Step 5：讨论与总结

- 引导学生讨论实验结果，总结纯电容电路的特性和应用；

- 解答学生提出的问题，并巩固学生对纯电容电路的理解。

Step 6：作业布置

- 布置相关的练习题，巩固学生对纯电容电路的计算方法和特性的掌握；

- 要求学生撰写实验报告，包括实验目的、步骤、结果分析和心得体会等。

《电容器的电容》说课稿

一．教材分析

《电容器的电容》是人教版高中物理选修3-1第一章静电场中第8节内容。其主要内容包括：电容器、电容、平行板电容器的电容和常用电容器。本节中包含两个考纲中的Ⅰ级知识点，即常用的电容器,电容器的电压、 电量和电容的关系,是高考中的重要知识点，也是电场一章的重点。它是学完匀强电场后的一个重要应用，也是后面学习交流电路（电感和电容对交流电流的影响）和电子线路（电磁振荡）的预备知识，在教材中起承上启下的作用。

二．学情分析

由于本节要用到静电场中电荷、电势差的知识，若学生对这部分知识理解不够，分析起问题来就会显得吃力。同时，在学习电容器的充、放电过程时，需要学生具备较好的概括及抽象思维能力，而高中生抽象思维能力水平不高，所以此处易成为学习本节的难点。探究影响平行板电容器电容大小的因素，需学生猜想、设计实验并验证，学生的探究能力和较弱的动手能力会影响实验过程。

三．教学目标

1．知识与技能

⑴．知道电容器的概念及构造，认识常见的电容器；

⑵．理解电容的概念及定义方法，掌握电容的定义式、单位，并会用定义式进行简单的计算；

⑶．通过探究实验了解影响平行板电容器电容大小的因素；了解平行板电容器的电容公式，知道改变平行板电容器的电容大小的方法。

2．过程与方法

⑴．通过实验感知电容器的充、放电过程；

⑵．通过电容与水容器的类比，体会电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量；

⑶．通过探究试验找出影响平行板电容器电容大小的因素。

3．情感态度与价值观

通过本节学习，让同学体会电子元件的奇妙，增强探索物理世界的奥秘的好奇心，通过探究试验，增强学生设计实验、处理实验数据的能力，并在实验中体会探索规律的艰辛以及获得成功的喜悦。

四．教学重点和难点

本节的重点内容是常用的电容器，电容器的电压、电量和电容的关系。其难点一是电容器的构造和充、放电；二是对电容概念的理解和定义式，为突破该点我首先利用传感器形象展示电容器的电量和电压，再用水容器和电容器类比，理解电容；三是如何探究影响平行板电容器电容的相关因素，针对操作难点我对实验器材进行改进以降低实验难度。