第一节电磁感应现象要点.docx
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第一节电磁感应现象要点.docx
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第一节电磁感应现象要点
第三节、磁场对通电导体的作用
一、安培力
说明:
既然通电导线能产生磁场,它本身也相当于一个磁体,那么通电导线在磁场中是否受到力的作用呢?
我们通过实验来研究。
演示实验
实验仪器:
一条直导线、磁场、电源
实验步骤:
①将导线放入磁场中,使导线方向和磁场方向相垂直
②给导线通电
③观察导线运动状态
实验现象:
导线由静止运动起来
实验结论:
通电导体在磁场中受到力的作用
说明:
磁场对通电导线的作用力称为安培力
说明:
把一段通电直导线放在磁场里,当导线方向与磁场方向垂直时,它所受的安培力最大.当导线方向与磁场方向一致时,导线不受安培力.当导线方向与磁场方向斜交时,所受安培力介于最大值和0之间。
我们只研究导线所受安培力最大的情形。
演示实验:
实验仪器:
三块相同的蹄形磁铁、一根直导线、直流电源、支架
实验步骤:
①保持电流大小不变,分别接通“2、3”和“l、4’可以改变导线通电部分的长度,观察摆角的变化
实验现象:
保持电流大小不变,长度越大,摆角越大
实验结论:
安培力跟长度的大小成正比
②保特导线通电部分的长度不变,改变电流
实验现象:
保持长度大小不变,电流越大,摆角越大
实验结论:
安培力跟电流的大小成正比
实验结论:
安培力跟电流和长度的乘积成正比
说明:
用公式表示就是F=BIL,式中B是比例系数。
二、磁感应强度
说明:
对于不同的磁场,F=BIL都成立,但在强弱不同的磁场中,比例系数B是不一样的。
B反映了磁场的强弱,叫做磁感应强度。
即B=F/IL
问:
磁感应强度是什么性质的物理量?
(磁感应强度是个矢量,它不仅有大小,还有方向。
小磁针的N极在磁场中某点受力的方向,就是这点磁感应强度的方向。
过去所说的磁场的方向实际上就是磁感应强度的方向)
问:
磁感应强度的大小由谁决定?
(由磁场本身的性质决定)
问:
磁感应强度的单位是什么?
(特斯拉,简称特,符号T )
三、安培力的方向
问:
在前面的实验中,如果调换磁铁两极的位置而使磁场的方向改变,则导线受力的方向就相反。
这说明了什么?
(安培的方向跟磁感应强度的方向有关)
问:
在前面的实验中,这保持磁场的方向不变而电流方向改变时,导线的受力方向也相反。
这说明了什么?
(安培的方向跟电流的方向有关)
说明:
由上面的分析可知,安培力的方向跟磁场方向和电流方向有关
说明:
分析大量的实验结果后可以发现,安培力的方向既跟磁感应强度的方向垂直,又跟电流方向垂直.三个方向之间的关系可以用左手定则来判定,具体内容是:
伸开左手.使拇指跟其余四指垂直.并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线穿入手心.并使四指指向电流的方向.那么.拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向。
四、电动机
思考与讨论P40
问:
如果放在磁场中的不是一段通电的导线.而是一个通电的矩形线圈,会发生什么现象?
(ab边垂直直面向外运动,cd边垂直直面向里运动,这个线圈发生旋转)
阅读电动机这一节
问:
电动机的原理是什么?
(线圈在磁场中受到安培力的作用,适时改变电流的方向使线圈不断朝同一方向转动)
第三节、磁场对通电导体的作用
板书设计
一、安培力
1、安培力:
通电导体在磁场中受到力的作用
2、F=BIL,式中B是比例系数
二、磁感应强度------磁场的强弱
1、B=F/IL
2、矢量 方向:
小磁针的N极在磁场中某点受力的方向
磁感应强度的大小由磁场本身的性质决定
3、单位:
特斯拉,简称特,符号T
三、安培力的方向
1、左手定则:
伸开左手.使拇指跟其余四指垂直.并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线穿入手心.并使四指指向电流的方向.那么.拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向。
四、电动机
1、原理:
线圈在磁场中旋转
第四节、磁场对运动电荷的作用
一、洛仑兹力
问:
电流和电荷的运动之间存在怎样的关系?
(运动的电荷形成电流)
说明:
磁场对电荷安培力作用,那么磁场对运动电荷是否有力的作用呢?
请看下面的实验
演示实验
实验仪器:
安装一个阴极、一个阳极的真空玻璃管、高压电源、磁铁
实验原理:
电子束由阴极出发,穿过真空到达阳极,形成一种电流,电流作用在荧光物质上产生荧光
实验步骤:
(l)没有磁场时,瑰察电于束的径迹
(2)把电子射线管放在蹄形磁长的两极之间,瑰察电子束的径迹
(3)调换磁铁N、S极的位置,再次观察电子束的径迹
实验结果:
磁场对运动的电荷有力的作用,保持电子的运动方向不变,改变磁场的方向,受力的方向
也改变,
说明:
磁场对运动的电荷有力的作用,这个力我们称之为洛仑兹力
问:
洛仑兹力和安培力之间是什么关系?
(微观和宏观的关系)
二、洛仑兹力的方向
问:
既然洛仑兹力和安培力之间是微观和宏观的关系,那么能够根据安培力方向的判断方法来总结洛仑兹力方向的判断方法呢?
(若运动电荷是正电荷,则可以这样表示:
伸开左手.使拇指跟其余四指垂直.并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线穿入手心.并使四指指向正电荷的运动方向.那么.拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向)
问:
若运动电荷是负电荷,又该如何表示洛仑兹力的方向呢?
(伸开左手.使拇指跟其余四指垂直.并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线穿入手心.并使四指指向负电荷的运动方向的反方向.那么.拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向)
说明:
综上所述可以这样判断洛仑兹力的方向:
伸开左手.使拇指跟其余四指垂直.并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线穿入手心.并使四指指向正电荷的运动方向(负电荷的运动方向的反方向).那么.拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向
三、电子束的磁偏转
说明:
图2.4-2所示的实验装置叫做洛伦兹力演示仪,可以演示洛伦兹力的方向和大小。
问:
洛仑兹力演示仪的构造如何?
(它由一个球形电子射线管和一组线圈组成,电子射线管可以发射电子,通过改变电子枪两极间的电压可以改变电子的速度,两组线圈之间可以残生磁场,通过改变线圈中电流的强弱可以改变磁感应强度的大小)
实验过程:
接通射线管,不给线圈通电
实验现象:
电子束沿直线运动
实验过程:
接通射线管,并且给线圈通电
实验现象:
电子束沿曲线运动
实验过程:
保持电子射线管的电压不变,改变线圈的电流
实验现象:
电子束沿曲线运动的半径发生变化
实验过程:
保持线圈的电流不变,改变电子射线管的电压
实验现象:
电子束沿曲线运动的半径发生变化
综上所述:
磁场的强弱和电子的速度都能影响圆的半径
四、显像管的工作原理
说明:
电视显像管应用了电子束偏转的原理,显像管中的阴极在工作时发射电子,荧光屏上涂有荧光物质,电子束打在荧光屏上会发光,但是,很细的一束电子打在荧光屏上只能使一个点发光,如图3.5-4所示,在不加电场的情况下,电子束直接打在O点。
问:
要使电子束在水平方向偏离中心,打在荧光屏上的A点,偏转磁场应该沿什么方向?
(应用左手定则,应该垂直打在纸面向上)
问:
要使电子束在水平方向偏离中心,打在荧光屏上的B点,偏转磁场应该沿什么方向?
(应用左手定则,应该垂直打在纸面向下)
问:
如果要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A点移动,偏转磁场应该怎样变化?
(由垂直直面向下逐渐减小,然后变成垂直纸面向上逐渐增大)
说明:
实际上,在偏转区的水平方向和竖直方向都加有偏转磁场,其方向、强弱都在不断变化,水平方向的磁场是电子上下移动,竖直方向的磁场使电子左右移动,这样电子束打在荧光屏上的光点就能够布满整个区域,这种电视技术就就称之为扫描,电视机中每秒要进行50场扫描,使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的,叫做偏转线圈。
偏转线圈通常做成马鞍型。
第四节、磁场对运动电荷的作用
板书设计
一、洛仑兹力
1、洛仑兹力:
磁场对运动电荷力的作用
2、洛仑兹力和安培力是微观和宏观的关系
二、洛仑兹力的方向
1、判断洛仑兹力的方向:
伸开左手.使拇指跟其余四指垂直.并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线穿入手心.并使四指指向正电荷的运动方向(负电荷的运动方向的反方向).那么.拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向
三、电子束的磁偏转
1、磁场的强弱和电子的速度都能影响圆的半径
四、显像管的工作原理
1、原理:
磁场对运动电荷的偏转作用
第五节、磁性材料
教学目标:
1、了解磁化与退磁的概念。
2、了解磁性材料及其应用
教学过程:
一、磁化和退磁
说明:
缝衣针、螺丝刀等钢铁物体,与磁铁接触后就会显示出磁性,我们把钢性材料与磁铁接触后显示出磁性的现象称之为磁化
说明:
原来有磁性的物体,经过高温、剧烈震动或者逐渐减弱的交变磁场的作用,就会失去磁性,这种现象叫做退磁
说明:
铁、钴、镍以及它们的合金.还有一些氧化物,磁化后的磁性比其他物质强得多,这些物质叫做铁磁性物质,也叫强磁性物质
问:
为什么铁磁性物质磁化后能有很强的磁性?
(铁磁性物质的结构与其他物质有所不同,物质是由原子构成的,原子是由原子核和电子构成,电子绕核旋转,这就相当于一个小磁体,称之为磁畴,磁化前,各个磁畴的磁化方向不同,杂乱无章地混在一起,各个磁畴的作用在宏观上互相抵消,物体对外不显磁性。
磁化过程中,由于外磁场的影响,磁畴的磁化方向有规律地排列起来,使得磁场大大加强。
这个过程就是磁化的过程,高温下,磁性材料的磁畴会被破坏.在受到剧烈震动时,磁畴的排列会被打乱,这些悄况下材料都会产生退磁现象。
有些铁磁性材料,在外磁场撤去以后,各磁畴的方向仍能很好地保持一致,物体具有很强的剩磁.这样的材料叫做硬磁性材料。
有的铁磁性材料,外磁场撤去以后,磁畴的磁化的方向又变得杂乱,物体没有明显的剩磁,这样的材料叫做软磁性材料。
永磁体要有很强的剩磁,所以要用硬磁性材料制造.电磁铁要在通电时有磁性,断电时失去磁性,所以要用软磁性材料制造。
)
二、磁性材料的发展
阅读
三、磁记录
阅读
四、地球磁场留下的记录
阅读
第五节、磁性材料
一、磁化和退磁
1、磁化:
钢性材料与磁铁接触后显示出磁性的现象
2、退磁:
原来有磁性的物体,经过高温、剧烈震动或者逐渐减弱的交变磁场的作用,就会失去磁性
3、铁磁性物质(强磁性物质):
铁、钴、镍以及它们的合金.还有一些氧化物,磁化后的磁性比较强
4、磁化和退磁解释:
物质是由原子构成的,原子是由原子核和电子构成,电子绕核旋转,这就相当于一个小磁体,称之为磁畴,磁化前,各个磁畴的磁化方向不同,杂乱无章地混在一起,各个磁畴的作用在宏观上互相抵消,物体对外不显磁性。
磁化过程中,由于外磁场的影响,磁畴的磁化方向有规律地排列起来,使得磁场大大加强。
这个过程就是磁化的过程,高温下,磁性材料的磁畴会被破坏.在受到剧烈震动时,磁畴的排列会被打乱,这些悄况下材料都会产生退磁现象
5、硬磁性材料:
磁化后撤去外磁场,物体具有很强的剩磁
软磁性材料:
磁化后磁畴的磁化的方向又变得杂乱,物体没有明显的剩磁
二、磁性材料的发展
三、磁记录
四、地球磁场留下的记录
第一节、电磁感应现象
教学目标:
1、收集有关物理学史资料,了解电磁感应现象发现过程,体会人类探索自然规律的科学方法、科学态度和科学精神
2、知道磁通量,会比较“穿过不同闭合电路磁通量”的大小
3、通过实验,了解感应电流的产生条件
教学过程:
一、划时代的发现
说明:
1820年奥斯特发现了电流磁效应,说明电流能够产生磁场,人们很自然地思考,能不能根据磁来产生电呢,为此很多科学家做出了很多的尝试,其中最著名的科学家就是法拉第,他进行了长达10年的艰苦探索。
最初,法拉第认为.很强的磁铁或很强的电流可能会在邻近的闭合导线中感应出电流。
他做了多次尝试,经历了一次次失败,都没有得到预想的结果。
但是,法拉第坚信:
电与磁有联系,电流能产生磁场,磁场也就一定能产生电流。
在这些信念的支持下,1831年他终于发现了电磁感应现象:
把两个线圈绕在一个铁环上,一个线圈接电源,另一个线圈接“电流表”,当给一个线圈通电或断电的瞬间,在另一个线圈上出现了电流。
二、电磁感应现象
问:
什么是电磁感应现象?
(闭合电路的一部分在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就产生电流)
三、电磁感应的产生条件
说明:
在什么条件下能够产生电磁感应?
要产生感应电流的前提条件线圈当然要是闭合线圈,
那还有什么条件呢?
请看下面的实验
说明:
为了说明产生电磁感应的条件.要用到一个物理盘--磁通量。
什么是磁通量?
我们可以
用“穿过一个闭合电路的磁感线的多少”来形象地理解:
“穿过这个闭合电路的磁通量”
思考与讨论:
P55、思考与讨论 磁通量发生变化
演示实脸
实验仪器:
磁铁、螺线管、电流表
实验过程:
①将螺线管和电流表连接
②N极插入线圈的过程中,观察指针有没有偏转?
如何偏转?
N极停在线圈中,观察指针有没有偏转?
如何偏转?
N极从线圈中抽出的过程中,观察指针有没有偏转?
如何偏转?
S极插入线圈的过程中,观察指针有没有偏转?
如何偏转?
S极停在线圈中,观察指针有没有偏转?
如何偏转?
S极从线圈中抽出的过程中,观察指针有没有偏转?
如何偏转?
问:
N极在插入线圈的过程中,磁通量是否发生变化?
(变化)
N极停在线圈中,磁通量是否发生变化?
(不变化)
N极从线圈中抽出的过程中,磁通量是否发生变化?
(变化)
S极在插入线圈的过程中,磁通量是否发生变化?
(变化)
S极停在线圈中,磁通量是否发生变化?
(不变化)
S极从线圈中抽出的过程中,磁通量是否发生变化?
(变化)
演示实脸
实验仪器:
学生电源、电键、滑动变阻器、小螺线管A、大螺线管B、电流表
实验过程:
①将小螺线管A套在大螺线管B中;将大螺线管B和电流表连接;将学生电源、电键、
滑动变阻器、小螺线管A连接
②开关闭合的瞬间,观察指针有没有偏转?
如何偏转?
开关断开的瞬间,观察指针有没有偏转?
如何偏转?
开关总是闭合的,滑动变限器也不动,观察指针有没有偏转?
如何偏转?
开关总是闭含的,但迅速移动滑动变阻器的滑片,观察指针有没有偏转?
如何偏转?
问:
归纳以上的实验,你能得出什么结论?
(产生感应电流的条件是①闭合线圈②磁通量发生
变化。
大量实验事实表明:
只要穿过闭合电路的磁通,发生变化.闭合电路中就有感应电流产生)
板书设计
一、划时代的发现
二、电磁感应现象
1、产生感应电流的条件:
①闭合线圈 ②磁通量发生
2、只要穿过闭合电路的磁通,发生变化.闭合电路中就有感应电流产生
第二节、法拉第电磁感应定律
教学目标:
1、知道什么是感应电动势。
2、了解什么是磁通量以及磁通量的变化量和磁通量的变化率。
3、在实验基础上,了解法拉第电磁感应定律内容及数学表达式,学会用该定律分析与解决一些简单的问题。
4、培养类比推理和通过观察、实验、归纳寻找物理规律的能力。
教学过程:
一、感应电动势
说明:
既然在闭合电路中产生了感应电流,这个电路中就一定有电动势。
我们把电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。
在闭合电路里,产生感应电动势的那部分导体相当十电源。
在同一个电路中,感应电动势越大,感应电流越大。
那么,感应电动势的大小跟什么因素有关呢?
请看实验
演示实验:
实验装置:
图3.1-2和图3.1-3
实验过程:
在图3.1-2中,使导体捧以不同的速度切割磁感线,砚察电流表指针偏转的幅度。
实验结论:
在导线切割磁感线的过程中,切割速度越大,感应电动势越大
实验过程:
在图3.1-3中,使磁铁以不同的速度插入线圈和从线圈中抽出,观察电流表指针偏转的幅度。
实验结论:
在磁铁插入和从线圈中拔出的过程中,插入和拔出的速度越大,感应电动势越大
说明:
导体捧以较大的速度切割磁感线,和磁体以较大的速度插入线圈和从线圈中抽出,都使线圈中的磁通量发生变化,且磁通量变化的速度比较大
说明:
许多实验都表明,感应电动势的大小跟磁通变化的快慢有关。
我们用磁通量的变化率来描述磁通量变化的快慢,它是磁通量的变化量跟产生这个变化所用时间的比值。
问:
如果时刻t1的磁通量是Φ1,时刻t2的磁通量变为Φ2。
在这段时间里磁通量的变化量是什么?
(△Φ=Φ2-Φ1);磁通量的变化率应该表示为什么?
【△Φ/t=(Φ2-Φ1)/t】
二、法拉第电磁感应定律
说明:
精确的实验表明:
电路中感应电动势的大小.跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。
这就是法拉第电磁感应定律
问:
该定律的数学表达式是什么?
(E=△Φ/△t)
问:
E的单位是什么?
(伏特)磁通量的变化量的单位是什么?
(韦伯)和秒(s)
说明:
现在我们来探究一下多匝线圈的感应电动势,首先想一想.线圈的匝数与感应电动势可能有什么关系。
一个闭合电路可以看做由1个线圈组成。
如果线圈是多匝的,由于每一匝线圈中都会产生感应电功势,在多匝线圈上产生的感应电动势要比l匝线圈产生的感应电动势大。
我们仍然用前面的实脸装置来研究.但这次选用匝数不同的两个线圈。
演示实验
实验装置:
图3.1-3的装置,螺线管要准备10匝和100匝的两个
实验过程:
实验时把条形磁铁插入一个10匝的线圈和从这个线圈中抽出,然后以相同的速度插入另一个匝数为100的线圈和从这个线圈抽出,比较电流表指针的偏转情况。
实验结论:
匝数越多,感应电动势越大
说明:
精确的实验告诉我们,在n匝线圈组成的电路上,产生的感应电动势是E=n△Φ/△t
说明:
在实际工作中,为了获得较大的感应电动势,常常采用几百匝甚至几千匝的线圈。
问:
导体切割磁感线和磁铁插人线圈或从线圈中抽出过程中,能量转化情况如何?
(机械能转化为电能)电池能量转化情况如何?
(化学能转变成了电能)
说明:
法拉第电磁感应定律进一步揭示了电与磁的相互联系,同时也告诉我们:
电能的产生一定是以消耗其他形式的能量为代价的。
今天,我们使用的电能从各种形式的能转化而来:
风力发电,是把空气流动的动能转化为电能.水力发电,是利用水的机械能带动发电机来发电.火力发电,是利用石油、天然气或煤嫩烧时的内能,推动蒸汽轮机再带动发电机来发电,一随着社会对电力需求的不断增大,人们一直在探索获取电能的更好方法。
但是到目前为止,各种获得大规模电能的实用方案,都是以法拉第电磁感应定律为理论基础的,不同的只是如何来推动发电机而已。
第二节、法拉第电磁感应定律
一、感应电动势
1、感应电动势:
电磁感应现象中产生的电动势
2、实验表明:
感应电动势的大小跟磁通变化的快慢有关。
3、时刻t1的磁通量是Φ1,时刻t2的磁通量变为Φ2
磁通量的变化量:
△Φ=Φ2-Φ1
磁通量的变化率:
△Φ/t=(Φ2-Φ1)/(t2-t1)
二、法拉第电磁感应定律
1、法拉第电磁感应定律:
电路中感应电动势的大小.跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比
2、单匝:
E=△Φ/△t n匝:
E=n△Φ/△t
3、发电:
其他形式的能转化为电能
原理:
法拉第电磁感应定律
第三节、交变电流
教学目标:
1、理解交变电流是怎样产生的。
2、定性了解交流的变化规律及其图像表示和主要特征物理量。
3、知道交流能通过电容器的原因,了解交流这一特性在电子技术中的应用。
4、初步了解发电机、交变电流的发明和利用对促进人类社会进步的作用,进一步体验科学、技术与社会生活之间的密切关系。
教学过程:
一、交流发电机
说明:
交流发电机是由定子和转子构成,有的发电机的磁体转动,线圈不动;有的发电机的磁体转动,线圈不动。
问:
无论是线圈转动,还是磁体转动,转子的作用是什么?
(转子的转动使得穿过线圈的磁通量发生变化)
演示实验
实验仪器:
交流发电机、电灯、电流表
实验过程:
将交流发电机、电灯、电流表连接成电路,摇动交流发电机,观察电灯的亮度有什么变化?
电流表的示数有什么变化?
实验结果:
电灯的亮度忽明忽暗,电流表的指针忽左忽右
实验结论:
发电机发出的电流大小和方向都在不断变化,大小、方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流,简称交流。
各种电池供给的电流只沿一个方向流动,叫做直流
二、交流的变化规律
演示实验:
实验仪器:
示波器、小灯泡、导线、学生电源
实验过程:
将示波器和灯泡并联接入电路中,用示波器演示加在灯泡两端的电压
实验现象:
显示的电压图象为正弦曲线
说明:
严格的数学分析表明,电网中的交变电流,它的电流、电压随时间按正弦函数的规律变化,这样的电流称之为正弦式电流
问:
如何表示正弦式电流在某一时刻的电流、电压?
(i=Imsinωt u=Umsinωt )
说明:
Im、Um分别是电流和电压的最大值,叫做交流的峰值
说明:
交变电流的大小和方向在不断地变化,我们把交流完成一次周期性变化所用的时间叫做交流的周期,通常用T表示,它的单位是秒。
交流在1s内发生周期性变化的次数,叫做交流的颇率通常用f表示,它的单位是赫兹,简称赫,符号是Hz。
问:
频率和周期有怎样的关系?
(T=1/f)
说明:
我国使用的交变电流,频率是50Hz
三、交流的有效值
说明:
交变电流有电压最大值和电流最大值,但如果按照峰值来标志交流的大小,存在许多不合理的因素。
例如,在计算用电量时,如果用峰值计算,所得结果必然超过实际用电的数值。
因此在描述交流的电压、电流时,要找一个合理的数值,这就是交流电压、电流的有效值。
问:
如何求交流电压、电流的有效值呢?
(交流的有效值,是根据电流的热效应规定的:
把交流和直流分别通过相同的电阻,如果在相等的时间里它们产生的热t相等,我们就把这个直流电压、电流的数值称做交流电压、电流的有效值)
说明:
经过实验和理论分析表明有效值和最大值之间存在着这样的关系:
Ie=Im/√2 Ue=Um/√2
其中Ue、Ie分别代表交流电压、电流的有效值
说明:
在各种使用交变电流的电器设备上,所标注的额定电压、额定电流值,都是交流的有效值。
四、交流能够通过电容器
说明:
当电容器上两端连接直流电源时,正负电荷聚集在极板上,不能移动,因此电路中不会形成长时间的电流,因此我们说电容器具有隔直流的特点
说明:
但当电容器两端连接上交流电压后,当电压升高时,正负电荷在电容器两块极板上聚集,当电压降低时,正负电荷从电容器两块极板上释放,因此能够形成较长时间的电流,我们称电容器具有通交流的特点。
说明:
总而言之,电容器具有隔直通交的特点,注意电容器接
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