淺談新儀器“RCL電學實驗箱”在教學中的應用

張穎康　郭均妹

最近我校購進幾臺新款的電學演示器材——《電阻、電容、電感對交流直流電的作用》，簡稱“RCL電學實驗箱”（見圖1）。這種實驗箱既可以在高二學習新知識時使用，又可以在高三總復習時使用，具有形象、直觀、生動的效果，使用后教師們認為它非常有利于學生學習和掌握相關知識。

1 儀器概述

這套RCL電學實驗箱是通過對同樣電壓下不同支路中的同規(guī)格小燈泡亮度的對比，演示R、C、L 3種元件在交、直流電路中的電學特性，以及元件在不同數值情況下對交、直流電的阻礙作用的強弱。K1支路是條導線，K2支路接了1個電阻，K3支路接了1個大電容，K4支路接了1個小電容，K5支路接了1個自感系數小的線圈，K6接了1個自感系數大的線圈，電路原理見圖2。

2 使用方法

2.1 R、C、L元件對直流電的作用

（1）如圖1所示，將附件中2根電源線上的2個插頭分別插入RCL實驗箱上的3 V直流、3 V交流電源插口，電源線另一端分別接到學生電源的直流輸出、交流輸出端口，將學生電源電壓選擇開關置于3 V位置，所有開關都置于斷開狀態(tài)。

（2）將RCL實驗箱上的交、直流轉換開關K置于直流位置。

（3）將開關K1、K3、K5依次閉合，觀察對應支路燈泡發(fā)光情況（K1、K5支路燈泡亮度一樣，而K3支路不亮）。

（4）觀察電阻對直流電的作用：將K1斷開，K2閉合，觀察發(fā)光情況（K2比接通K1時燈泡暗很多）。

表明：電阻對直流電有阻礙作用，電阻越大，阻礙作用也越大。

（5）觀察電容器對直流電的作用：將K3斷開，K4閉合，觀察發(fā)光情況（無論K3還是K4接通，燈泡都不亮）。

表明：無論多大容量，電容器對直流電有隔斷作用。

（6）觀察電感對直流電的作用：將K5斷開，K6閉合，觀察發(fā)光情況（K1、K6支路燈泡亮度一樣），K5、K6交替接通與斷開，對比觀察燈泡發(fā)光情況。

表明：電感線圈對直流電無阻礙作用，無論線圈的自感系數多大，電感線圈都等效于一條導線。

注：不經過此番比較，學生很難接受“電感線圈等效于一條導線”這個重要結論的。

2.2 R、C、L元件對交流電的作用

（1）將開關K切換到交流位置。

（2）將K1、K3、K5接通，其余開關斷開，觀察此時各支路燈泡發(fā)光情況（剛才不亮的K3支路燈泡此時也亮了，且和K1、K5支路燈泡亮度一樣）。

（3）觀察電阻對交流電的作用：將K1斷開，K2閉合，觀察發(fā)光情況（K2比接通K1時燈泡暗很多）。

（4）觀察電阻對交、直流電的作用：將開關K作直流、交流交替切換，觀察發(fā)光情況（正常情況是無論是直流還是交流，只要電壓相同，燈泡亮度就相同）。

表明：電阻對交流電有阻礙作用，電阻越大，阻礙作用也越大。電阻對交流電和對直流電的阻礙作用效果是相同的。

（5）觀察電容器對交流電的作用：將K3斷開，K4閉合，觀察發(fā)光情況（K3或K4接通，燈泡都亮，但接通K3比接通K4時明顯更亮了）。

表明：電容器能“通”交流電，且電容量越大，電容器對直流電的阻礙作用越小。電容器“通”交流，阻斷直流。

（6）觀察電感對交流電的作用：將K5斷開，K6閉合，觀察發(fā)光情況（接通K5、K6，燈泡都能亮，但接通K5比接通K6明顯更亮了），K5、K6交替接通與斷開，對比觀察燈泡發(fā)光情況。

表明：電感線圈對交流電有阻礙作用，線圈的自感系數越大，阻礙作用越強；如果線圈的自感系數極小，則阻礙作用很小。

3 小結

（1）通過這幾步的操作演示，能說明電阻和電感既能通直流電，也能通交流電，而電容只能“通”交流電。

（2）電阻對交流、直流的阻礙效果是一樣的，電阻越大，阻礙作用越強。

（3）電容對直流電，等效于斷路，對交流電，電容量越大，阻礙作用越小。

（4）電感對直流無作用，等效于導線，對交流電，自感系數越大，阻礙作用越強。