山东省高中物理第五章交变电流第3节电感和电容对交变电流的影响讲义（含解析）新人教版.docx

第3节电感和电容对交变电流的影响1电感器对交变电流的阻碍作用的大小用感抗表示，感抗的大小与线圈的自感系数和交流的频率有关。2低频扼流圈可以“通直流，阻交流”，而高频扼流圈可以“通直流、通低频，阻高频”。3交变电流可以通过电容器，电容器对交流的阻碍作用可以用容抗表示，容抗的大小与电容和交流的频率有关。4电容具有“隔直流、通交流”、“阻低频、通高频”的作用。一、电感器对交变电流的阻碍作用 1实验探究2感抗(1)物理意义：表示电感器对电流的阻碍作用的大小。(2)影响感抗大小的因素：线圈的自感系数，交流的频率。线圈的自感系数越大，交流的频率越高，感抗越大。3感抗的应用低频扼流圈高频扼流圈自感系数较大较小感抗大小较大较小作用通直流、阻交流通直流、通低频，阻高频二、电容器对交变电流的阻碍作用1交变电流能够通过电容器(1)实验电路(如图所示)(2)实验现象电路中串有电容器时，接通直流电源，灯泡不亮，接通交流电源，灯泡亮。(3)实验结论交变电流能够通过电容器，直流不能通过电容器。2电容器对交变电流的阻碍作用(1)容抗：表示电容器对交变电流阻碍作用的大小。(2)影响容抗大小的因素：电容器的电容越大，交变电流的频率越高，容抗越小。(3)应用：电容器具有“隔直流，通交流”的作用。1自主思考判一判(1)电感线圈对交变电流有阻碍作用。()(2)低频扼流圈只能阻碍低频交变电流，不能阻碍高频交变电流。()(3)电感线圈中通入交变电流后，交变电流的瞬时值为0的瞬间，线圈仍然对交变电流有阻碍作用。()(4)直流电不能通过电容器。()(5)交变电流“通过”电容器的实质是电容器不断充电放电，并不是真正流过电容器。()(6)交变电流的电流值越大，越容易通过电容器，与交变电流的频率无关。()2合作探究议一议(1)为什么电感器对交变电流有阻碍作用？提示：交变电流通过线圈(电感器)时，电流时刻在变化，由于线圈的自感现象，必然产生感应电动势阻碍电流的变化，就形成了电感器对交变电流的阻碍作用。(2)电容器两极板之间是绝缘介质，它阻隔导体中自由电子的通过，为什么交变电流能通过电容器呢？提示：电流是由电荷的定向移动形成的，把交流电源接到电容器的两个极板上后，当电源电压升高时，电源给电容器充电，电荷向电容器极板上聚集，在电路中形成充电电流；当电源电压降低时，电容器放电，原来聚集在极板上的电荷又放出，在电路中形成放电电流。电容器交替地进行充电和放电，电路中就形成了电流，好像是交流“通过”了电容器(实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质)。(3)电容器对交变电流为什么有阻碍作用？提示：因为同种电荷相互排斥，当电容器充电时，已经到达电容器极板上的电荷对后来流向极板的电荷有阻碍作用，所以电容器对交变电流有阻碍作用。对感抗的认识1线圈对交变电流的阻碍作用的原因交变电流通过线圈时，由于电流的变化引起通过线圈的磁通量发生变化，在线圈中产生自感电动势而阻碍电流的变化，也就阻碍了交变电流的通过形成感抗。2影响感抗大小的因素(1)交变电流的频率。交变电流的频率大时，交变电流变化得快，磁场变化得就快，通过线圈的磁通量变化率就大，自感电动势就大，从而阻碍磁通量的变化的能力也大，也就是阻碍交变电流的通过的作用就大，则感抗也就大。(2)线圈的自感系数。线圈的自感系数大时，同样的交变电流和磁通量的变化率，产生的自感电动势大，也就是阻碍交变电流通过的作用就大，则感抗也就大。3感抗大小分析思路1交流电通过一段长直导线时电流为I，如果把这根长直导线绕成线圈，再接入原电路，则通过线圈的电流I与原电流I相比()AIIBIP2CP1P2，B正确。3多选在如图所示的电路中，L为电感线圈，R为灯泡的电阻，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u220 sin 100t(V)。若保持电源电压有效值不变，只将电源频率改为100 Hz，下列说法正确的有()A电流表示数增大B电压表示数增大C灯泡变暗D灯泡变亮解析：选BC由u220 sin 100t(V)，可得电源原来的频率为f Hz50 Hz。当电源频率由原来的50 Hz增为100 Hz时，线圈的感抗增大；在电压不变的情况下，电路中的电流减小，选项A错误。灯泡的电阻R是一定的，电流减小时，实际消耗的电功率(PI2R)减小，灯泡变暗，选项C正确，D错误。电压表与电感线圈并联，其示数为线圈两端的电压UL；设灯泡两端电压为UR，则电源电压的有效值为UULUR，因URIR，电流I减小时，UR减小，因电源电压有效值保持不变，故UL(UUR)增大，选项B正确。电容器通交变电流又有阻碍作用的分析1交变电流“通过”电容器的分析电容器两极板间是绝缘材料，当电容器接到交流电源上时，自由电荷不会通过两极板间的绝缘电介质，只不过在交变电压的作用下，电容器交替进行充电和放电，电路中就有电流了，表现为交变电流“通过”了电容器。2电容器对电流有阻碍作用的原因电容器充电的过程中，电容器两极板上聚集着等量异种电荷，从而在两极板间存在着电场，此电场的电场力阻碍着电荷的充电和放电，其表现就是电容器在交变电流“通过”中的阻碍作用。3电阻、感抗、容抗的比较电阻感抗容抗产生原因定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变化电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用在电路中特点对直流、交流均有阻碍作用阻交流通直流阻高频通低频隔直流通交流阻低频通高频决定因素由导体本身(长短、粗细、材料)决定，与温度有关由线圈本身的自感系数和交流电的频率f决定由电容的大小和交流电的频率f决定电能的转化电能转化为内能电能和磁场能往复转化电能与电场能往复转化典例如图所示的电路中，交流电的有效值不变，如果交流电的频率增大，三盏电灯的亮度将如何改变？为什么？解析当交变电流的频率增大时，线圈对交变电流的阻碍作用增大，通过灯泡L1的电流将减小，所以灯泡L1的亮度将变暗；而电容器对交变电流的阻碍作用随交变电流频率的增大而减小，即流过灯泡L2的电流增大，所以灯泡L2的亮度将变亮；由于电阻的大小与交变电流的频率无关，流过灯泡L3的电流不变，因此其亮度不变。答案见解析(1)电阻的大小与交变电流的频率无关。(2)感抗的大小随交变电流频率的增大而增大。(3)容抗的大小随交变电流频率的增大而减小。 1.如图所示，白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两端，当交流电源的频率增加时()A电容器电容增大B电容器电容减小C电灯变暗D电灯变亮解析：选D电容器的电容是由电容器本身的特性所决定的，与外加的交流电源的频率无关，故选项A和B是错误的。当交流电源的频率增大时，电容器充、放电的过程加快，电容器的容抗减小，电流增大，电灯变亮，故选项C错误，D正确。2.多选在频率为f的交变电流电路中，如图所示，当开关S依次分别接通R、C、L支路，这时通过各支路的电流有效值相等。若将交变电流的频率提高到2f，维持其他条件不变，则下列几种情况可能的是()A通过R的电流有效值不变B通过C的电流有效值变大C通过L的电流有效值减小D通过R、C、L的电流有效值都不变解析：选ABC电阻对交变电流的阻碍作用即电阻大小，与电流的频率无关，因此通过电阻的电流有效值不变，A对；电感对交变电流的阻碍作用即感抗随交变电流频率变大而变大，通过L的电流有效值减小，C对；电容的容抗随交变电流频率变大而变小，通过C的电流有效值变大，B对，D错。3.如图所示，三个灯泡相同，而且足够耐压，电源内阻忽略。单刀双掷开关S接A时，三个灯亮度相同，那么S接B时()A三个灯亮度相同B甲灯最亮，丙灯不亮C甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮D只有丙灯不亮，乙灯最亮解析：选D开关S接A时，甲、乙、丙三个支路均有交流电通过。开关S接B时，电路处于直流工作状态，电容器C“隔直流、通交流”；电感线圈L“阻交流、通直流”；R对交流和直流有相同的阻抗。可判断此时电路中I丙0，I甲不变，I乙增大；又因为灯泡亮度与电功率(PI2R)成正比，所以只有丙灯不亮，乙灯最亮。电感和电容的综合应用典例如图所示， 线圈的自感系数L和电容器的电容C都很小(如L1 mH，C200 pF)，此电路的重要作用是()A阻直流通交流，输出交流B阻交流通直流，输出直流C阻低频通高频，输出高频交流D阻高频通低频，输出低频交流和直流思路点拨解答本题时，应把握以下两点：(1)弄清楚电路中包含哪些元件及电路的连接方式；(2)明确电感器、电容器对交变电流的阻碍作用的特点。解析因线圈自感系数L很小，所以对低频成分的阻碍作用很小，这样直流和低频成分能顺利通过线圈，电容器并联在电路中，起旁路作用，因电容C很小，对低频成分的阻碍作用很大，而对部分通过线圈的高频成分阻碍作用很小，被它旁路，最终输出的是低频交流和直流。答案D电感和电容的组合应用连接方式作用能够更好地滤掉电流中的交流成分或高频成分能够更好地滤掉电流中的直流成分和低频成分1在收音机线路中，天线接收下来的电信号既有高频成分又有低频成分，经放大后送给下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输入给下一级，我们采用了如图装置电路，其中代号a、b应选择的元件是()Aa是电容较大的电容器，b是低频扼流线圈Ba是电容较大的电容器，b是高频扼流线圈Ca是电容较小的电容器，b是高频扼流线圈Da是电容较小的电容器，b是低频扼流线圈解析：选C电容器具有“通高频、阻低频”作用，这样的电容器电容应较小，故a处接电容较小的电容器。电感线圈在该电路中要求做“通低频、阻高频”，所以b处应接一个高频扼流线圈。2.多选(2017江苏高考)某音响电路的简化电路图如图所示，输入信号既有高频成分，也有低频成分，则()A电感L1的作用是通高频B电容C2的作用是通高频C扬声器甲用于输出高频成分D扬声器乙用于输出高频成分解析：选BD电感线圈有通低频、阻高频的作用，因此A项错误；电容器有通高频、阻低频的作用，因此B项正确；由此可以判断，扬声器甲主要用于输出低频成分，扬声器乙用于输出高频成分，C项错误，D项正确。1.一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接，如图所示。一铁芯插进线圈之后，该灯将()A变亮B变暗C对灯没影响D无法判断解析：选B加入铁芯改变了电感线圈的自感系数，自感系数增大，感抗增大，降落的电压增大，降落在灯上的电压减小，所以灯变暗。2.如图所示的电路，F为一交流发电机，C为平行板电容器，为使电流表A的示数增加，可行的办法是()A使发电机F的转速增加B使发电机F的转速减小C在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质D使电容器两极板间的距离增大解析：选A当发电机转速增加时，交变电流的频率增大，容抗减小，电流表A的读数增大，A项正确，B项错误；在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质时，电容器的电容减小，使电容器两极板间距离增大时电容也减小，当电容减小时，容抗增大，对交变电流的阻碍作用增大，电流表A示数减小，C、D两项均错误。3以下关于电阻、电感器、电容器对电流作用的说法正确的是()A电阻对直流电和交流电都有阻碍作用B电感器对交流电没有阻碍作用C电容器对直流电没有阻碍作用D电容器两极板间呈断路，因此串联着电容器的电路不能通过交变电流解析：选A电阻对直流电和交流电均有阻碍作用，故A正确。电感器有“通直流，阻交流”的作用，电容器有“通交流，阻直流”的作用，故B、C、D错误。4多选对电容器能通过交变电流的原因，下列说法中正确的是()A当电容器接到交流电源上时，因为有自由电荷通过电容器，电路中才有交变电流B当电容器接到交流电源上时，电容器交替进行充电和放电，电路中才有交变电流C在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动D在有电容器的交流电路中，没有电荷通过电容器解析：选BD直流电不能通过电容器，将电容器接在交流电路中，由于电容器上电压改变，电容器充放电交替进行，在电路上形成了电流，相当于交变电流“通过”了电容器。电容器通电实质是反复充放电来实现通电的，实际并无电荷通过电容器。5.多选如图所示，变频交变电源的频率可在20 Hz到20 kHz之间调节，在某一频率时，A1、A2两只灯泡的炽热程度相同，则下列说法中正确的是()A如果将频率增大，A1炽热程度减弱、A2炽热程度加强B如果将频率增大，A1炽热程度加强、A2炽热程度减弱C如果将频率减小，A1炽热程度减弱、A2炽热程度加强D如果将频率减小，A1炽热程度加强、A2炽热程度减弱解析：选BC两个支路的电压相同，当交变电流的频率变大时，电感的感抗增大，电容的容抗减小，所以A1炽热程度加强，A2炽热程度减弱，A错误，B正确；同理，可以分析当交变电流的频率减小时，电感的感抗减小，电容的容抗增加，A1炽热程度减弱，A2炽热程度加强，C正确，D错误。6.在电子技术中，从某一装置输出的电流既有高频成分又有低频成分，如果需把高频、低频成分分开，只让低频成分输送到下一级装置，如图所示，则下列做法合理的是()A在a、b间接入一个电容器B在a、b间接入一个低频扼流圈C在a、b间接入一个高频扼流圈D在a、b间接入一个电容器或高频扼流圈或低频扼流圈都可以解析：选C电容在交流电路中的作用是“通高频，阻低频”，电感在交流电路中的作用是“通低频，阻高频”，因在a、b间接入一个元件要让低频信号通过，阻止高频信号通过，故应接入的元件是一个高频扼流圈，选项C正确。7多选电路如图甲所示，电阻R的阻值为484 ，C为电容器，L为直流电阻不计的自感线圈，开关S断开，当接上如图乙所示的电压u时，下列说法正确的是()AR两端的电压应等于155.5 VB电压表的示数为220 VC电阻R消耗的功率小于50 WD为保证闭合开关S后电容器不被击穿，该电容器的耐压值不得小于311 V解析：选CD根据有效值的定义知，0.010.02，解得U110 V155.5 V，因电感线圈L对交流电有感抗，故R上的电压应小于155.5 V，选项A错误；电压表的示数等于交流电的有效值为155.5 V，选项B错误；若R两端的电压为155.5 V，其消耗的功率为PR W50 W，而R上的电压应小于155.5 V，故电阻R消耗的功率小于50 W，选项C正确；为保证闭合开关S后电容器不被击穿，该电容器的耐压值不得小于此交流电的最大值311 V，选项D正确。8某信号源中有直流成分、交流高频成分和交流低频成分，为使放大器仅得到交流低频成分，电路中可行的选项是()解析：选D信号中含有三种成分，去掉直流成分用隔直电容即可，因此排除A、B。而C项中交流高、低频成分均进入放大器，需加入另一旁路电容C2，所以D项正确。9.多选如图所示，矩形线圈abcd与可变电容器C、理想电流表A组成闭合电路。线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动，转动的角速度100 rad/s。线圈的匝数N100匝，边长ab0.2 m、ad0.4 m，电阻不计。磁场只分布在bc边的左侧，磁感应强度大小B T。电容器充、放电时间不计。下列说法正确的是()A该线圈产生的交流电动势的峰值为50 VB该线圈产生的交流电动势的有效值为25 VC电容器的耐压值至少为50 VD电容器的电容C变大时，电流表的指针会左右往复摆动解析：选AC该线圈产生的交流电动势峰值为EmNBS1000.20.4100