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虽然电容器能让交流“通过”,但是我们知道电容器对交流有阻碍作用——容抗.当电容器电容越大,交流的频率越高,这种阻碍作用越小,即容抗越小.在教学中,有这样的一类问题,电学元件如电阻和电容器构成的并联电路中,并不是所有的电流成分都能通过支路,这与电流可通过支路分流的知识看似矛盾,学生也不易理解,下面就谈谈我对这个问题的思考和解决方法.
在人教版选修3-2第39页“说一说”提到:有些电源输出的电流既有交流成分又有直流成分,而我们只需要稳定的直流,不希望其中混有太多的交流成分,这时可采用图1的电路,如果同时使用电感和电容器,是不是可以使负载电阻R2上的交流成分更少?
“教师教学用书”中是这样解释的:如图2,由于电容器具有“隔直流,通交流”的作用,将电容器C与电阻R2并联,交流成分经过电阻R2“旁边”的电容器C,直流成分不能通过电容器而通过电阻R2,这样负载电阻R2上的交流成分就更少了.为尽量减少R2上的交流成分,应该选用自感L较大的线圈和电容C较大的电容器.对学生来说,其中“交流成分经过电阻R2旁边的电容器C,直流成分不能通过电容器而通过电阻R2”不好理解.
在电路知识中,图3中由于导线支路的存在,使得R2没有电流通过——R2被短路;图4中断开的这个支路,可以认为阻值无限大,所以无电流通过.因此可这样解释:当电容较大时,电容器对交流的阻碍很小,几乎为零,就如图3中的导线支路,则交流不会通过R2;而对于直流来说,电容器阻值无限大,相当于图4中断开的支路,因此直流只会流过R2,从而达到预期的效果.
又例如对应课本第40页“问题与练习”第3题:在电子技术中,从某一装置输出的交流常常既有高频成分,又有低频成分.如果只需要把低频成分输送到下一级装置,可以在下一级电路的输入端并联一个电容器(如图5).这样,进入下一级的高频成分就很少了.这种电容器叫做高频旁路电容.说一说,这个电容器怎样起到高频旁路的作用.
学生的难理解之处:根据并联电路的特点,后面这个支路应该有两种交流成分,而实际怎么只有一种?我们可以这样解释:电容器的电容大小适当时,对于高频成分,阻值几乎为零,相当于短路,所以高频成分不会通过后一个支路到下一级;但对于低频成分,其阻值很大,相当于断路,所以低频成分被输送到下一级.
再来看这样一个题目.
如图6所示两个电路都是从左端输入信号,从右端输出信号.图6(a)中输入的是高频、低频混合的交流信号,要求只输出低频信号;图6(b)中输入的是直流和低频交流的混合信号,要求只输出低频交流信号.那么C1、C2中哪个该用大电容?哪个该用小电容?
在教学过程中可以给出容抗的公式便于学生理解.容抗相当于电阻,其表达式为xC=112πfC,(其中f是交流电的频率,C是电容器的电容),当电容C很大时,就算是对于低频交流容抗也很小,即相当于短路;当电容C很小时,对于高频交流,容抗仍然很小,相当于短路,但是对于低频交流,容抗就不能忽略了,而且很大,即相当于断路.因此,我们说:当电容较大时,电容器的作用是“隔直流,通交流”;当电容较小时,电容器的作用是“通高频,阻低频”.
回到刚才的题目,图6(a)中要使电容器让高频交流通过,相当于短路,阻碍低频交流通过,相当于断路,可见是“通高频,阻低频”,选用电容小的电容器;图6(b)中要使电容器让低频交流通过,相当于短路,阻碍直流电通过,相当于断路,可见是“隔直流,通交流”,因此选用电容大的电容器.
以上就是本人对“电容器对电流影响”的一點思考,如果这样去理解电容器对电流的影响,学生会更容易理解一些.
在人教版选修3-2第39页“说一说”提到:有些电源输出的电流既有交流成分又有直流成分,而我们只需要稳定的直流,不希望其中混有太多的交流成分,这时可采用图1的电路,如果同时使用电感和电容器,是不是可以使负载电阻R2上的交流成分更少?
“教师教学用书”中是这样解释的:如图2,由于电容器具有“隔直流,通交流”的作用,将电容器C与电阻R2并联,交流成分经过电阻R2“旁边”的电容器C,直流成分不能通过电容器而通过电阻R2,这样负载电阻R2上的交流成分就更少了.为尽量减少R2上的交流成分,应该选用自感L较大的线圈和电容C较大的电容器.对学生来说,其中“交流成分经过电阻R2旁边的电容器C,直流成分不能通过电容器而通过电阻R2”不好理解.
在电路知识中,图3中由于导线支路的存在,使得R2没有电流通过——R2被短路;图4中断开的这个支路,可以认为阻值无限大,所以无电流通过.因此可这样解释:当电容较大时,电容器对交流的阻碍很小,几乎为零,就如图3中的导线支路,则交流不会通过R2;而对于直流来说,电容器阻值无限大,相当于图4中断开的支路,因此直流只会流过R2,从而达到预期的效果.
又例如对应课本第40页“问题与练习”第3题:在电子技术中,从某一装置输出的交流常常既有高频成分,又有低频成分.如果只需要把低频成分输送到下一级装置,可以在下一级电路的输入端并联一个电容器(如图5).这样,进入下一级的高频成分就很少了.这种电容器叫做高频旁路电容.说一说,这个电容器怎样起到高频旁路的作用.
学生的难理解之处:根据并联电路的特点,后面这个支路应该有两种交流成分,而实际怎么只有一种?我们可以这样解释:电容器的电容大小适当时,对于高频成分,阻值几乎为零,相当于短路,所以高频成分不会通过后一个支路到下一级;但对于低频成分,其阻值很大,相当于断路,所以低频成分被输送到下一级.
再来看这样一个题目.
如图6所示两个电路都是从左端输入信号,从右端输出信号.图6(a)中输入的是高频、低频混合的交流信号,要求只输出低频信号;图6(b)中输入的是直流和低频交流的混合信号,要求只输出低频交流信号.那么C1、C2中哪个该用大电容?哪个该用小电容?
在教学过程中可以给出容抗的公式便于学生理解.容抗相当于电阻,其表达式为xC=112πfC,(其中f是交流电的频率,C是电容器的电容),当电容C很大时,就算是对于低频交流容抗也很小,即相当于短路;当电容C很小时,对于高频交流,容抗仍然很小,相当于短路,但是对于低频交流,容抗就不能忽略了,而且很大,即相当于断路.因此,我们说:当电容较大时,电容器的作用是“隔直流,通交流”;当电容较小时,电容器的作用是“通高频,阻低频”.
回到刚才的题目,图6(a)中要使电容器让高频交流通过,相当于短路,阻碍低频交流通过,相当于断路,可见是“通高频,阻低频”,选用电容小的电容器;图6(b)中要使电容器让低频交流通过,相当于短路,阻碍直流电通过,相当于断路,可见是“隔直流,通交流”,因此选用电容大的电容器.
以上就是本人对“电容器对电流影响”的一點思考,如果这样去理解电容器对电流的影响,学生会更容易理解一些.