资源简介

任务14 安装与测试电容串联电路
课 时：4课时
一、教材分析与处理
本课题选自高等教育出版社出版、崔陵主编的浙江省电气技术应用专业课程改革成果教材《电工基本电路安装与测试》项目四安装与测试电容器电路，任务3安装与测试电容串联电路。
教材中将“安装与测试电阻串联电路”作为“安装与测试电容器电路”的基本知识与技能来处理，主要包括“安装电容串联电路、测量电容串联电路、分析电容串联电路”等内容。电电容串联电路是学生在该课程中学习的第一个电容器电路，教材中根据给定的直流电源、电容器、直流电压表、开关、导线等器材和材料，按图连接电容串联电路，测试电容串联电路的电压，分析电容串联电路的特点。因此，根据“做中学、做中教”的教学理念，围绕“安装与测试电容串联电路”这一具体的工作任务，将教材中的教学内容划分为“安装电容串联电路、测量电容串联电路、分析电容串联电路”等具体的任务。
二、学情分析
授课对象是电气技术应用、电气运行与控制等专业一年级学生，《电工基本电路安装与测试》是学生专业学习的第一门专业核心课程。高一学生学习基础一般，学生学习能力较弱。通过安装与测试电阻器电路的学习，已经具备一定的电阻器电路的安装、测试与分析能力。电容串联电路是学生学习的第一个简电容器电路，学生缺乏学习电容器电路的基本方法，但学生对学习本课程的知识、技能有较强烈的兴趣与愿望。
三、设计理念
电工基本电路的识图、安装、测试与应用是本课程的核心技能。基于现代教育思想和教学理论，充分利用信息化技术、数字化资源和理实一体教学环境，通过转换教师角色、优化教学内容、创新教学方法、加强师生互动、注重过程评价等手段，通过“安装电容串联电路、测量电容串联电路、分析电容串联电路”等具体的任务学习，引导学生主动探索、勤于动手、相互竞争学习，激发学生学习兴趣和参与意识，体验“学中做”、“做中学”的乐趣，引导学生通过学习安装、测试与分析电容串联电路的过程，提高学习兴趣，激发学习动力，初步掌握电路的安装、测试与应用核心技能。
四、教学目标
1.知识目标
（1）会表述电容串联的连接方式。
（2）会表述电容串联电路的特点。
2.技能目标
（1）会连接与测量电容串联电路。
（2）会分析电容串联电路。
3.情感目标
（1）感受学习电气技术的乐趣，激发学习兴趣。
（2）养成仔细观察、认真记录、规范操作和安全文明生产的职业素养。
五、教学重点与难点
1.教学重点：电容串联电路分析
2.教学难点：电容串联电路分析
六、教法与学法
1.学法
建议根据学情设计任务书，学生根据任务书，通过小组合作学习，按步骤连接、测量与分析电容串联电路，养成仔细观察、认真记录、规范操作和安全文明生产的职业素养。
2.教法
主要采用任务驱动法，以“安装、测试与分析电容串联电路”为任务主线，利用信息技术，变抽象为直观，突出重点，突破难点；应用实践操作法，让学生做中学，达成教学目标。
七、教学准备
1.教师准备
学习任务书1份/人，电容器、直流电源、直流电压表，1套/组。
2.学生准备
按同组异质对学生进行分组，每组2人，1人为检测员，1人为记录员，操作过程中，2人互换角色。
八、课时安排
4课时
九、教学资源
教学课件（高等教育出版社中职网站http://sve..cn下载）、任务书（教师根据学情设计）。
十、教学实施建议
1．建议本课在具有理实一体教学功能的“电工基本电路安装与测试实训室”进行，要求实训室设置理论学习区和实践操作训练区，配备多媒体教学设备、计算机及互联网、参考资料柜、器材柜、工具柜等设施，使实训室具备知识讲授、实践操作、小组讨论、成果展示、资料检索等功能，保障学习性工作任务的实施，为完成课程设计目标提供有力支撑。
2．为了保证教学效果，建议课前培养“小导师”，作为课堂教学的助手。
3．建议为每组学生配备电容串联电路一套，以保证每位学生都能进行实践操作。
4．课堂教学组织建议采用“任务导入—任务实施—任务小结—任务拓展—评价反馈”的流程形式。
十一、教学过程
（一）任务导入
教师结合课件或实物讲解电容串联电路的应用实例，激发学生学习兴趣，明确本次课的学习任务。
（二）任务实施
教师讲解电容串联电路连接与测量操作要点。
学生小组合作，根据任务书，对照电容串联电路的安装与测量的操作步骤，安装与测量电容串联电路，并将相关数据填入任务书中。
教师巡视、指导、答疑，并根据学生操作情况解疑，点评学生学习情况。
任务1 安装电容串联电路
将两个电容按图（a）所示依次连接，图（b）是它的实物图。
（a）电路图 （b）实物图
两个电容串联电路
任务2 测量电容串联电路
用直流电压表分别测量两个电容串联电路的分电压，将测量结果记入表中。
表 两个电容串联电路测量记录
测量电压 电源电压U/V C1两端电压U1/V C1两端电压U2/V
数据
任务3 分析电容串联电路
师生共同分析：
如图所示，将两个或两个以上的电容器首尾依次相联，中间无分支的电路，就组成了电容串联电路。如图（a）所示是由三个电容组成的串联电路。
（a）电路图 （b）等效电路
三个电容串联电路
（1）电压特点
由表可以看出，电容串联电路的电压特点是：电容串联电路的总电压等于每个电容两端电压之和。即
U=U1+U2+U3
（2）电量特点
电容串联电路的电量特点是：电容串联电路各电容所带的电量相等。即：
Q=Q1=Q2=Q3
（3）电容特点
如果用一个电容代替几个串联电容，两者具有相同的电压、电量关系，这个电容称为串联电路的等效电容。等效电容也就是电路的总电容，图（b）所示电路是图（a）的等效电路。
将式U=U1+U2+U3同除以电量Q，得
因为
Q=Q1=Q2=Q3
所以
即电容串联电路的等效电容的倒数等于各个分电容的倒数之和。
（4）电压分配
因为
Q=Q1=Q2=Q3
所以
C1U1=C2U2=C3U3
即电容串联电路中各电容器两端的电压与电容量成反比。
PPT出示例题，学生尝试练习，教师精讲点评，强调解题规范。
【例】有两只电容器，其中一只C1=10μF，耐压400V，另一只C2=20μF，耐压500V。求：（1）它们串联使用时等效电容量；（2）两电容器串联后接到电压为800V的电源上，电路能否正常工作？
【分析】电路能否正常工作，需求电容串联后的能承受的最大电压是否超过电源电压。若超过电源电压，电容串联电路是安全可靠的，否则会发生危险。
解：（1）串联使用的总电容==6.67F
（2）电容C1能储存的最大电量Q1=C1U1=10×106×400=4000×106C
电容C2能储存的最大电量Q2=C2U2=20×106×500=10000×106C
因此，电容器串联后能储存的最大电量Q=Q1=4000×106C
电路能承受的最大电压U===600V<800V
因此，电路不能正常工作。
（三）任务小结
学生小结本次课知识与技能要点，以小组为单位完成任务评价表。
任务评价表
序号 考核项目 配分 评分细则 得分
1 电容串联电路连接 30 1.能正确连接电容串联电路，连接错误每处扣5分 2.能正确记录测量数据，记录错误每处扣5分
2 电容串联电路分析 50 1.能正确分析电容串联电路的电流、电压特点，分析错误每处扣5分 2.能正确分析电容串联电路的电阻、功率特点，分析错误每处扣5分
3 安全文明生产 20 1.劳动保护品穿戴符合要求，不符合要求每次扣5分 2．严格遵守操作规程，违规操作每次扣10分 3．安全文明操作，工完场清，不整理工位扣10分
4 合计 100
教师小结；点评、分析学生学习情况；布置作业。
（四）任务拓展
本内容视教学情况，可安排为学生课后延伸拓展作业。
学习电容器的充电与放电等相关知识。
十二、作业布置
1.教材P112第4题。
2.学习辅导与练习P67－68任务2安装与测试电容串联电路。
3.完成任务评价表相关内容。
十三、教学反思
1.学生学习情况反馈
2.教学的亮点、不足及改进策略
教学附件：
课后拓展材料
1.电容器的充电与放电
电容器的充电与放电就是指电容器储存电荷与释放电荷的过程。电容器充电、放电实验电路如图所示。C为大容量电解电容器，R为电位器，指示灯串联在RC电路中，电流表A测量RC电路的电流，电压表V测量电容器两端电压，S为单刀双掷开关，S拨在“1”时，电源E对电容器充电；充电结束后，再将S拨在“2”时，电容器放电。电容器的充、放电电路的实验现象见表。
电容器充电、放电实验电路
表 电容器的充、放电电路的实验现象记录表
序号 过程 实验现象 结束标志
指示灯 电流表 电压表
1 充电 由亮逐渐变暗，最后熄灭 读数由大逐渐变小，最后为0 读数由0逐渐变大，最后为E IC=0，UC=E
2 放电 由亮逐渐变暗，最后熄灭 读数由大逐渐变小，最后为0 读数由E逐渐变小，最后为0 IC=0，UC=0
由电容器的充放电过程可知，电容器具有以下特点。
（1）电容器是一种储能元件
电容器的充电过程就是极板上电荷不断积累的过程。电容器充满电荷时，相当于一个等效电源。随着放电的进行，原来储存的电场能量又全部释放出来。即电容器本身只与电源进行能量交换，而并不损耗能量，因此电容器是一种储能元件。
（2）电容器能够隔直流、通交流
当电容器接通直流电源时，仅仅在刚接通瞬间发生充电过程。充电结束后，电路处于开路状态，即“隔直流”；当电容器接通交流电源时，由于交流电流的大小和方向不断交替变化，使电容器反复进行充电和放电，电路中就出现连续的交流“电流”，即“通交流”。
2.电容器的电场能量
电容器在充电过程中，电容器两个极板上有电荷积累。两极板间形成电场，电场具有能量。电容器充电时，电源把自由电子由一个极板上移到另一个极板上，电源克服正极板对电子的吸引力和负极板对电子的斥力而做功，使正、负极板上储存的电荷量不断增加。整个充电过程是电源不断地搬运电荷过程，所消耗的能量转化为电场能储存在电容器之中。
电容器充电时所储存的电场能为

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