直流电与交流电相互转换的实验研究

　　教育部于2000年颁发的高中物理教学大纲首次提出了物理课题研究.2003年颁布的《普通高中物理课程标准》甚至将课题研究上升至物理实验专题并建议有条件的学校开设.本案例主要以高中物理选修3-2，怎样把交流电转变为直流电为基点，尝试采用自主探究、合作学习模式，引导学生通过理论分析、模拟实验等活动对交流电与直流电相互转换的机制进行探究，取得了较好的教学效果.

　　1本课题的研究过程

　　1.1课题的选定

　　有一天，班级里人声嘈杂，气氛热烈，原来有些同学正在讨论如下问题：

　　我们都知道由电流可以得到磁场，反过来由磁场也可以得到电流.交流电与直流电在我们的生活中得到了广泛的应用.同样的道理交流电经过二级管整流就会转换成直流电.而直流电采用所谓的“逆变电路”也可转换为交流电，那么我们能不能设计出简易的转换电路？在两种电流相互转换的过程中究竟蕴含着怎样的物理原理？同学们认为“直流电与交流电相互转换的实验研究”这个题目可以作为研究性学习的课题.

　　1.2研究起讫时间

　　2011年9月20日，成立研究小组，并分工.2011年10月17日至10月26日，网上查阅资料及选购电子元器件.2011年10月2日至10月18日，做实验并收集整理相关数据.2011年10月21日至10月26日，组织材料.2011年10月30日形成报告.

　　2课题的实施过程

　　2.1交流电变为直流电的实验研究

　　组员凌蕾、方敏丽、张佳琪

　　实验材料整流二级管、电容器、电位器、带有中心抽头的220V转12V变压器、插头、DIS电压传感器及数据采集器、笔记本电脑及朗威DISlab6.0通用软件.

　　实验原理二极管最重要的特性就是单方向导电性.因此，我们可以根据这个特性设计制作出可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电的整流二极管，通过变压器降压，将整流二极管进行不同的组合，结合电容器的滤波功能，可以探究如何将交流电变为直流电.

　　实验步骤

　　（1）观察交流发电机，解剖发电机结构，改变发电机电刷结构，用电压传感器观察交流电波形的改变，研讨改变的原因.

　　（2）研究学生电源结构，尝试用一个晶体二级管（图1）来改变交流电的波形，对获得的电流波形进行分析，并提出进一步的研究课题：怎样将获得较为理想的直流电？

　　（3）探究尝试用两个晶体二极管（图3）来改变交流电的波形，对实验结果进行分析.

　　（4）教师指导：学生研究全波整流的电路图（图5），研讨整流原理，连接电路，用传感器观察交流电波形.

　　（5）教师指导：插装不同容量的电容，连接电路（图7），用传感器观察交流电波形.

　　实验结果讨论利用两个二级管进行整流电路设计方案二虽然能够将交流电转变为直流电，但是这个电路中所使用的变压器必须有中心抽头，二级管承受的反向电压高，二[HJ1.5mm]级管容易被击穿.从电路安全角度考虑采用全波整流电路，利用桥式整流电路中整流桥的作用，使得交流电在转变成单向的脉动电流过程中，可以大大降低二级管承受的反向电压.通过插装电容量较大的电容，可以获得电压波动幅度较小的单一方向的脉动电流.