资源简介

任务23 安装与测试纯电容交流电路
课 时：3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》项目六安装与测试单相交流电路，任务3安装与测试纯电容感交流电路。
纯电容交流电路是学生学习单相交流电路的第三个电路，“安装与测试纯电容交流电路”是“安装与测试单相交流电路”的基本知识与技能，主要包括“安装纯电容交流电路、测试纯电容交流电路、分析纯电容交流电路的电压与电流关系、分析纯电容交流电路的功率”等内容。教材中根据给定的电容器、交流电源、开关、导线等器件和材料，按图连接纯电容交流电路，测试纯电容交流电路的电压和电流，并分析纯电容交流电路的特点。因此，根据“做中学、做中教”的教学理念，围绕“安装与测试纯电容交流电路”这一具体的工作任务，将教材中的教学内容划分为“安装纯电容感交流电路、测试纯电容交流电路、分析纯电容交流电路的电压与电流关系、分析纯电容交流电路的功率”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。通过前面五个项目的学习，已具备一定直流电路的分析方法，且已学过纯电阻、电感交流电路，初步具有学习交流电路的基础。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“安装纯电容交流电路、测试纯电容交流电路、分析纯电容交流电路的电压与电流关系、分析纯电容交流电路的功率”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、测试与分析纯电容交流电路的过程，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）会表述容抗的意义，写出容抗的表达式。
（2）会表述纯电容交流电路的特点。
2.技能目标
（1）会安装与测试纯电容感交流电路。
（2）会分析纯电容交流电路。
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：纯电容交流电路分析
2.教学难点：纯电容交流电路分析
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，学习安装与测试纯电容交流电路，养成仔细观察、认真记录的职业素养。
2.教法
主要采用任务驱动法，以“安装、测试与分析电容交流电路”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，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、交流电源、交流电流表、交流电压表，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
3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）、仿真动画纯电容交流电路、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纯电容交流电路一套，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纯电容交流电路的应用实例，激发学生学习兴趣，明确本次课的学习任务。
（二）任务实施
教师讲解容抗。学生小组合作，根据任务书，完成任务书相关内容。
电容器对交流电的阻碍作用称为电容电抗，简称容抗，用符号XC表示，单位是欧〔姆〕。
容抗的大小与电源频率成反比，与电容器的电容量成反比，其表达式为
XC==
公式表明容抗XC与通过电容的电流的频率成反比。电容器在交流电路中有“隔直流通交流，阻低频通高频”的特性。
教师讲解纯电容交流电路安装与测试操作要点。
学生小组合作，根据任务书，对照纯容交流电路安装与测试的操作步骤，安装与测试纯电容交流电路，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 安装纯容交流电路
忽略电容器的漏电电阻和分布电感的电容器称为纯电容元件。在纯电容元件两端接上交流电源，就组成了纯电容交流电路，如图（a）所示，图（b）是它的实物图。
（a）电路图 （b）实物图
纯电容交流电路
任务2 测试纯电容交流电路的电压与电流
用交流电压表和交流电流表分别测量电容器C两端的电压和流过电路的电流，将测量结果填入表中。
表 纯电容电路交流电路测量记录
测量次数 容抗XC/Ω 电压U/V 电流I/A
1
2
任务3 分析纯电容交流电路的电压与电流关系
师生共同分析：
由表中数据可以看出：
纯电容交流电路的电流与电压的数量关系为
Im=或I=
即纯电容交流电路的电流与电压的最大值（或有效值）符合欧姆定律。
纯电容交流电路的电流与电压的相位关系为纯电容交流电路两端的电压滞后电流，或者说电流超前电压。
纯电容交流电路的电流与电压的矢量图如图（a）所示，波形图如图（b）所示。
（a）矢量图　　 　　　　　　　　　（b）波形图
　纯电容交流电路的矢量图和波形图
任务4 分析纯电容交流电路的功率
师生共同分析：
纯电容交流电路的瞬时功率为
p=uC i=UCmsin t Imsin=UCmImsin t cos t=UmImsin2 t=UCIsin2 t
纯电容交流电路的瞬时功率的大小随时间作周期性变化，如图所示。瞬时功率的平均值为零，即纯电容交流电路的有功功率为零，表示电容元件不消耗功率。
　纯电容交流电路的功率
电容元件虽然不消耗功率，但与电源之间不断进行能量交换，即电容器的充电和放电。纯电容交流电路的无功功率为
QC=UC I
无功功率还可以表示为
QC=UC I=I2XC=
PPT出示例题，学生尝试练习，教师精讲点评，强调解题规范。
【例】一个容量为40μF的电容器，接在电压u=220sin(314t＋45°)V的电源上。求：（1）通过电容器的电流；（2）电路的无功功率。
【分析】从电压表达式中先读出电压的有效值、角频率和初相位，再根据欧姆定律和无功功率的计算公式，求出电流和无功功率。
解：由u=220sin(314t＋45°)V可知：
电源电压有效值U=220V，角频率=314rad/s
（1）电容器的容抗XC===80
通过线圈的电流I===2.75A
（2）电路的无功功率QC=UCI=220×2.75=605 var
（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 纯电容交流电路安装 20 1.能正确安装纯电容交流电路，连接错误每处扣5分
2 纯电容交流电路测试 10 1.能正确测量数据，测量错误每处扣5分 2.能正确记录测量数据，记录错误每处扣5分
3 纯电容交流电路分析 50 1.能正确分析纯电容交流电路的电流与电压关系，分析错误每处扣5分 2.能正确分析纯电容交流电路的功率，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。
学习安装电容器等相关知识。
十二、作业布置
1.教材P213第3题。
2.学习辅导与练习P110－112任务3安装与测试纯电容交流电路。
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
电容器在交流电路中有“隔直流通交流，阻低频通高频”的特性。在工程上，常用作隔直电容器和旁路电容器。
隔直电容器是指将信号中直流成分阻断，而让交流成分顺利传递到后级电路的电容器。在电子技术中，从某一装置输出的电流常常既有交流成分，又有直流成分。如果只需要把交流成分输送到下一级装置，只要在两级电路之间接入一个隔直电容器就可以了。隔直电容器一般容量较大。
旁路电容器是将混有高频电流和低频电流的交流电中的高频成分旁路掉的电容器。对于同一个电路来说，旁路电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除。通常将交直流中的交流部分被去除，而允许直流部分通过加有旁路电容的元件。旁路电容器一般容量较小。
隔直电容器 旁路电容器

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