电工技术基础 教案 5.5 纯电容交流电路（教案）

PAGEPAGE25.5纯电容交流电路教案课程名称电工技术基础项目名称正弦交流电路教学对象中职电子技术应用专业班同步教材电工技术基础课型新授£复习教材主编欧小东课程性质理论教学£实践教学授课时间年月日授课教师计划课时2课时教学平台多媒体网络教室、学习通课堂教学资源教科书、教学课件、视频线上学习资源教学视频、学习讨论、课堂练习题、在线开放课程教学目标知识目标：（1）了解纯电容交流电路的基本概念；(2)掌握纯电容交流电路的电压、电流关系;（3）理解纯电容交流电路的功率。能力目标：（1）能够分析纯电容交流电路的电压、电流的关系；（2）能够计算纯电容交流电路的功率。素质目标：引导学生树立科学严谨的学习态度，培养他们尊重事实、追求真理的科学品质。教学重点掌握电压和电流的相位关系；理解纯电容交流电路的基本特性教学难点教学方法自主学习法、任务驱动法、合作探究法、分析法课前准备教师：发布任务、推送资源，在线答疑解惑。学生：接收学习任务，查找相关资料自主学习；提出疑问。线下教学过程批注Ⅰ.导入：复习提问：纯电感交流电路的特点？电容器的特点？II.新课纯电容交流电路的定义：一个忽略了漏电电阻和分布电感的电容器，称为理想电容器。由正弦交流电源和理想电容器组成的交流电路模型，称为纯电容交流电路，如图5-5-1所示。1．电压、电流的数量关系实验过程：按图5-5-2连接好电路，在保证正弦交流电源频率一定的条件下，任意改变信号源的电压，同步记录电压表与电流表的示数。实验现象及结论：从电压表和电流表的示数可知，电压与电流始终成正比，比值等于一个特定的常数，即上式叫作纯电容交流电路的欧姆定律。容抗表示电容器对静电感应电流所呈现的阻碍作用。在纯电容交流电路中，电压与电流的最大值也服从欧姆定律。对于直流电，f=0，XC趋近于无穷大，可视为开路线。电容器这种隔直流，通交流；阻低频，通高频的性能被广泛应用于电子技术中。依公式画出的电容器的电抗特性曲线（频率与容抗的关系曲线）如图5-5-3所示。2．电流、电压的相位关系我们通过图5-5-4所示的实验，开关S闭合以后，仔细观察电压表、电流表的指针摆动情况，从中可以得出结论：电压滞后电流，正好与纯电感交流电路的情况相反。下面通过理论分析，对纯电容交流电路电压、电流的相位关系做进一步说明。根据电容的定义式可以得到电荷的变化量与电容、电压变化的关系式为则纯电容交流电路中的电流为设，绘出图5-5-5所示的波形，仿照纯电感交流电路进行分析。在uC从零增大的瞬间，电压变化率最大，电流iC也最大。随着电压的增大，电压变化率逐渐减小，电流iC也逐渐减小。当uC达到最大值时，电压变化率为零，电流iC也变为零。然后uC逐渐减小，ΔuC为负值，电压变化率为负值，电流也为负值。当uC到达零时，电压变化率达到负的最大值，电流达到负的最大值。通过以上分析得出结论：在纯电容交流电路中，电流iC超前电压uC，且与电源频率无关。设电容器两端的电压为则电路中的电流为根据电压和电流的解析式，画出电流和电压的波形和相量图如图5-5-6和图5-5-7所示。3．纯电容交流电路的瞬时功率纯电容交流电路的瞬时功率等于电压瞬时值与电流瞬时值的乘积，即将和代入上式得 由上式可以看出，纯电容交流电路的瞬时功率p是随时间按正弦规律变化的，其频率为电源频率的两倍，振幅为UCIC，瞬时功率曲线如图5-5-8所示。从图中可以看出，纯电容交流电路的有功功率为零，这说明纯电容交流电路并不吸收电能。同纯电感交流电路相似，虽然纯电容交流电路不吸收能量，但是电容器和电源之间进行着可逆的能量交换。为了表示电容器与电源之间能量转换的能力，把瞬时功率的最大值称为纯电容交流电路的无功功率，用符号QC表示，即计算电容器的无功功率公式还可以变换为III.例题解析略。（见教材§5-5例题1，例题2）知应会知识小结：（1）在纯电容交流电路中，电流和电压是同频率正弦量（在恒定直流电路中，电容充满电后电流恒为零，相当于开路线）。（2）电流iC与电压的变化率成正比，无论频率高低，电流始终超前电压。（3）电流、电压最大值和有效值都服从欧姆定律，而瞬时值不服从欧姆定律，要特别注意。（4）电容器是储能元件，它不吸收电能，其有功功率为零