一种电感器和电容器对电流影响的探究实验演示仪及演示方法
【技术领域】
[0001]本发明属于物理交变电流实验教学领域，具体涉及一种电感器和电容器对电流影响的探究实验演示仪及演示方法。
【背景技术】
[0002]对于电感器和电容器对交变电流影响的研究是目前我国高中物理课本学习中的重点内容。并且中学物理课本中明确地讲到电感器具有通直流、阻交流、通低频、阻高频的特性，而电容器具有隔直流、通交流、阻低频、通高频的特性，但是由于这部分的内容比较抽象，中学生在学习过程中不易理解。虽然在中学物理课本中演示了电感器、电容器对交、直流的阻通作用，但是要使中学生透彻的理解电感器和电容器对电流的影响还有很大的不足之处:
[0003]1.中学物理课本中没有详细的实验案例演示电感器的感抗与自感系数、交变电流频率的关系，电容器的容抗与电容器容值、交变电流频率的关系。课本中只是提到:实验和理论分析都表明，线圈的自感系数越大、交流的频率越高，线圈的感抗就越大。电容器的电容越大、交流的频率越高，电容器的容抗就越小。以上理论叙述不足以让学生有个透彻的理解。
[0004]2.目前电子市场上几乎没有小功率、低电压、频率可调的逆变电源，大部分都是大功率且输出为220V交流、频率固定为50Hz或60Hz的电源，而在中学物理实验室中也没有配备相应的变频电源，这使得实验室中学生电源的频率只是固定的交流50Hz，所以电感器感抗和电容器容抗随交流频率变化的实验也无法在实验室中用现有的仪器完成演示。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种电感器和电容器对电流影响的探究实验演示仪及演示方法，该装置具有适合实验用的小功率低压变频电源以及用于实际控制演示的示教板电路，操作方便，效果直观，能够全面地实现教学演示，帮助学生加深理解。
[0006]为了实现上述目的，本发明探究实验演示仪包括交流变频电源以及与之相连的示教演示装置;所述的交流变频电源包括与220V交流电网相接的变压器，变压器降压之后形成两个小电压信号，其中一个小电压信号经过第一整流、滤波、稳压电路连接示教演示装置直流电压输入端，另一个小电压信号经过第二整流、滤波、稳压电路连接逆变器功放板，逆变器功放板连接示教演示装置交流电压输入端;所述的示教演示装置包括直流支路、交流支路以及总电源开关，直流支路与交流支路上设置有负载供电开关以及并联设置的电感器支路和电容器支路，电感器支路和电容器支路之间设置有电感器和电容器选择开关，直流支路与交流支路之间设置有电流类型转换开关;直流支路与交流支路上均设有实验效果显示灯。
[0007]所述的变压器降压之后形成的两个小电压信号分别为交流18V以及交流12V信号，其中交流12V信号经过第一整流、滤波、稳压电路连接示教演示装置直流电压输入端，交流18V信号经过第二整流、滤波、稳压电路连接逆变器功放板。
[0008]所述的逆变器功放板连接逆变器驱动板;逆变器驱动板采用EG8010+IR2110S电路板，第二整流、滤波、稳压电路的输出端经过第一降压、稳压电路输出直流12V信号，第一降压、稳压电路的输出端经过第二降压、稳压电路输出直流5V信号，输出的直流12V信号与直流5V信号均连接至逆变器驱动板。
[0009]所述的示教演示装置包括频率调节端子和频率表、直流电压调节端子和直流电压表、交流电压调节端子和交流电压表;频率调节范围为50HZ-150HZ，直流电压与交流电压调节范围为0-12V。
[0010]所述的直流支路上设置有一组并联的电感器支路和电容器支路，交流支路上设置有两组并联的电感器支路和电容器支路，这两组并联电感器支路和电容器支路上的电感器以及电容器规格不同，且其中一组并联的电感器支路和电容器支路与直流支路上设置的电感器以及电容器规格相同。
[0011]所述的总电源开关为单刀双掷开关；负载供电开关为双刀双掷开关，第一供电开关刀头与第二供电开关刀头分别设置在直流支路与交流支路上；电流类型转换开关为双刀双掷开关，第一转换开关刀头与第二转换开关刀头之间设有第一实验效果显示灯；电感器和电容器选择开关为三刀双掷开关，第一选择开关刀头、第二选择开关刀头及第三选择开关刀头分别设在直流支路的电感器支路和电容器支路之间、交流支路的两组电感器支路和电容器支路之间。
[0012]所述的第二供电开关刀头和电流类型转换开关交流档位与第二实验效果显示灯的一端连接，第二实验效果显示灯的另一端连接电感器支路和电容器支路。
[0013]所述的直流支路上设置的电感器为10mH，电容器为82uF/50V，交流支路上一组电感器为24mH，电容器为56uF/50V，另一组电感器为10mH，电容器为82uF/50V;
[0014]所述的实验效果显示灯均为3.8V/0.3A。
[0015]本发明电感器和电容器对电流影响的探究实验演示方法，包括以下步骤:
[0016]一、演示电感器对交变电流的影响；
[0017]1.探究电感器对交、直流阻通作用；
[0018](1-1)将总电源开关打开；
[0019](1-2)将负载供电开关打开，使得直流支路与交流支路接通电源；
[0020](1-3)将电流类型转换开关调至直流档位，使得直流支路接通，两个实验效果显示灯分别处在直流支路和交流支路上；
[0021](1-4)将电感器和电容器选择开关调至电感档位，使得所有电感器支路接通；
[0022](1-5)调节直流支路与交流支路上的输入电压，对比观察两个实验效果显示灯的亮度，能够看到直流支路的实验效果显示灯比交流支路亮，说明电感器起到了通直流阻交流的作用；
[0023]2.探究电感器感抗与自感系数以及交流频率的关系；
[0024](2-1)将直流支路与交流支路上的输入电压均调为O;
[0025](2-2)将负载供电开关打开，并使得交流支路闭合；
[0026](2-3)将电流类型转换开关调至交流档位，使得两个实验效果显示灯分别处于两个交流支路上；
[0027](2-4)将电感器和电容器选择开关调至电感档位，组成并联的两个电感器直流支路；
[0028](2-5)调节交流电源的频率和输入电压，此时两个实验效果显示灯分别与交流支路两组不同规格的电感器支路接通，对比观察两个实验效果显示灯的亮度，能够得出线圈的自感系数越大电感器的感抗越大，自感系数越小电感器的感抗越小；
[0029](2-6)保持交流输入电压值不变，增大交流电源频率再次对比观察两个实验效果显示灯的亮度，能够得出交流电源的频率越大，电感器的感抗越大；
[0030]二、演示电容器对交变电流的影响；
[0031]A.电容器对交、直流阻通作用；
[0032](Al)将直流支路和交流支路的输入电压均调为O;
[0033](A2)将负载供电开关打开，使得直流支路与交流支路接通电源；
[0034](A3)将电流类型转换开关调至直流档位，使得直流支路接通，且两个实验效果显示灯分别处在直流支路和交流支路上；
[0035](A4)将电感器和电容器选择开关调至电容档位，使得所有电容器支路接通；
[0036](A5)调节直流支路与交流支路上输入电压值，对比观察两个实验效果显示灯的亮度，能够看到交流支路的实验效果显示灯比直流支路亮，说明电容器能起到隔直流通交流的作用；
[0037]B.