2019年高中物理第3章第3节交变电路中的电容和电感讲义（含解析）鲁科版.docx

交变电路中的电容和电感1电阻、电容、电感对直流和交流的影响(1)电阻器：对直流和交流的影响是相同的。(2)电容器：不让直流通过却让交流通过，但对交流有一定的阻碍作用。(3)电感器：既让直流通过也让交流通过，但对交流有一定的阻碍作用。电容器能让交变电流通过，是自由电荷通过了电容器吗？解析：不是。电容器让交变电流通过是电容器交替进行充电和放电的结果，而不是自由电荷通过了电容器。2容抗、感抗及其应用(1)容抗、感抗的比较 两种作用比较内容容抗感抗概念电容器对交流的阻碍作用电感器对交流的阻碍作用影响因素电容器的电容量和交变电流的频率电感器的自感系数和交变电流的频率应用隔直流，通交流阻交流，通直流阻低频，通高频阻高频，通低频(2)电容器、电感器的分类按对交变电流的作用电容分为隔直电容器、高频旁路电容器；扼流圈分为低频扼流圈、高频扼流圈。1电感对恒定电流和交变电流均有阻碍作用()2电容器的电容越大，交变电流的频率越高，容抗就越大()3电阻对直流电和交变电流的阻碍作用相同()解析：1.电感对恒定电流没有阻碍作用，对交变电流有阻碍作用，1错误。2电容器的电容越大，交变电流的频率越高，容抗就越小，2错误。3根据电阻对电流阻碍作用特点可知，3正确。1交变电流“通过”电容器的本质把交流电源接到电容器两个极板上后，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。电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，好像是交流电“通过”了电容器，但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质。2容抗电容器对交流的阻碍作用。容抗用“XC”表示，XC。其中f是交流电频率，C是电容器的电容。3容抗与电容的关系电容器的电容量越大，交变电流的频率越高，则容抗就越小；反之，电容量越小，交变电流频率越低，容抗就越大。4电容器对交变电流阻碍作用的实质当交变电流“通过”电容器时，给电容器充电或放电，使电容器两极板间形成和原电压相反的电压，阻碍电流变化。典例1如图所示，白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交流电源的频率增加时()A电容器的电容增加B电容器的电容减小C电灯变暗D电灯变亮解析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，A、B错误；当交流电源的频率增加时，电容器充放电的速度加快，电容器的容抗减小，电流增大，电灯变亮，C错误，D正确。答案D总结提能电容器在电路中的作用(1)“隔直流、通交流”的作用：因为电容器两极板间是绝缘的，所以有“隔直流”作用，而对交变电流，电容器交替进行充电、放电，电路中就有了电流，所以有“通交流”作用，如隔直电容器。(2)“阻低频、通高频”的作用：电容较小的电容器，对高频交流电的容抗小，阻碍小；对低频交流电的容抗大、阻碍大，因此这种电容器用来“阻低频、通高频”，如高频旁路电容器。1关于电容器能够通交变电流的原因，下列说法正确的是()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，电路中才有电流C在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动D以上说法均不正确解析：选B当把电容器接到交流电源上时，因为电流的大小和方向随时间做周期性变化，使电容器交替充电、放电，电路中就有了电流，B正确。1电感线圈对交变电流的阻碍作用的本质交变电流通过线圈时，由于电流时刻都在变化，所以自感现象就不断地发生，而自感电动势总是要阻碍电流的变化，这就是线圈的电感对交变电流的阻碍作用。因此，感抗的产生是由线圈的自感现象引起的。直流电通过线圈时，电流的大小、方向都不变，线圈中不产生自感电动势，也就没有感抗。2感抗电感线圈对电流的阻碍作用。感抗用“XL”表示，XL2fL。其中f是交流电的频率，L是线圈的自感系数。3感抗与电感的关系电感线圈对交变电流阻碍作用的大小用感抗来表示，线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，产生的自感电动势就越大，感抗就越大，对交变电流的阻碍作用也就越大，反之就越小。4两类扼流圈(1)低频扼流圈构造：闭合铁芯、绕在铁芯上的线圈；特点：匝数多、自感系数L大、电阻很小。它对低频交流电流会产生很大的阻碍作用，而对直流电流的阻碍作用则较小，故低频扼流圈的作用为“阻交流、通直流”。(2)高频扼流圈构造：它的线圈有的是绕在圆柱形的铁氧体芯上；特点：匝数少，自感系数L小。它只对频率很高的交流电流产生很大的阻碍作用，而对低频交流电流的阻碍作用较小，故高频扼流圈的作用为“阻高频、通低频”。典例2在如图所示电路中，L为电感线圈，灯泡电阻为R，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u220sin 100t V。若保持电压的有效值不变，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电压表示数减小C灯泡变暗 D灯泡变亮思路探究(1)明确电感线圈阻碍作用与交变电流频率的大小有关。(2)比较电源频率改变前后的大小关系。解析由u220sin 100t V，可得电源原来的频率为f50 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，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，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，故电流I减小时，UR减小，因电源电压有效值保持不变，故ULUUR，UL增大，B错误。答案C总结提能电感器在电路中的作用(1)通直流、阻交流直流电(恒定)的电流不变化，不能引起自感现象，所以电感线圈能通直流电；交变电流随时间变化，电感线圈中必产生自感电动势以阻碍电流变化，所以电感线圈对交变电流有阻碍作用，这种线圈的自感系数应很大。(2)通低频、阻高频对于不同频率的交变电流来说，同一线圈自感系数一定，频率较低的交变电流通过它时，电流变化慢，产生的自感电动势小，感抗小；高频交变电流通过它时，电流变化快，产生的自感电动势大，感抗大，这种线圈的自感系数较小。2关于电子技术中的扼流圈，下列说法错误的是()A扼流圈是利用电感线圈对交流电的阻碍作用来工作的B高频扼流圈的作用是允许低频交流通过，而阻碍高频交流通过C低频扼流圈的作用是不仅要阻碍高频交流通过，还要阻碍低频交流通过D高频扼流圈的电感比低频扼流圈的电感大解析：选D扼流圈是利用变化的电流通过线圈时，感应出感应电动势，从而来阻碍电流的变化，A正确；高频扼流圈是“通低频、阻高频”，B正确；低频扼流圈是“阻高频、阻低频、通直流”，C正确；高频扼流圈比低频扼流圈自感系数小，D错误。电阻感抗容抗产生的原因定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞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的特点对直流、交流均有阻碍作用只对变化的电流有阻碍作用，如交变电流不能通直流，只能通变化的电流。对直流的阻碍作用无限大，对交流的阻碍作用随频率的降低而增大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流的频率f决定由电容的大小和交流电流的频率决定电能的转化与做功电流通过电阻做功，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3多选如图所示，在频率为f的交流电路中，把开关S依次分别接通R、C、L所在支路，这时通过各支路的电流的有效值相等。若将交变电流的频率提高到2f，维持其他条件不变，则下列几种情况中正确的是()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的电流有效值变小D通过R、C、L的电流有效值都不变思路探究(1)知道电阻对电流的阻碍作用与频率无关。(2)理解电容器、电感线圈对交变电流的阻碍作用与频率大小的关系。解析电阻对交变电流阻碍作用的大小与电流的频率无关，因此通过电阻的电流的有效值不变；电感对交变电流阻碍作用的大小用感抗表示，线圈的自感系数越大，电流的频率越高，自感电动势就越大，即线圈对电流的阻碍作用就越大，感抗也就越大，因此通过电感的电流的有效值变小；电容器对交变电流阻碍作用的大小用容抗表示，电容一定时，在相同的电压下电容器容纳的电荷量一定，频率越高，充、放电的时间越短，充、放电的电流越大，容抗越小，因此通过电容器的电流的有效值变大。综上可知，D错误，A、B、C正确。答案ABC3如图所示，完全相同的三只灯泡a、b、c分别与电阻R、电感器L、电容器C串联，然后再并联到220 V、50 Hz的交流电路上，三只灯泡的亮度恰好相同。若保持交变电压的有效值不变，将交变电流的频率增大到60 Hz，则发生的现象是()A三灯亮度不变B三灯均变亮Ca亮度不变，b变亮，c变暗Da亮度不变，b变暗，c变亮解析：选D当交变电流的频率增大时，电感器的感抗变大，电容器的容抗变小，因此b变暗，c变亮，又电阻的大小与交变电流的频率无关，故a灯亮度不变，D正确。1.在如图所示电路中，u是有效值为220 V的交流电源，C是电容器，R是电阻。关于交流电压表的示数，下列说法正确的是()A等于220 VB大于220 VC小于220 V D等于零解析：选C交变电流“通过”电容器，电阻R中有电流，电压表的示数不为零；电容器与电阻串联，根据串联分压原理可知电阻两端电压应小于电源电压，C正确。2.一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。将一块铁插进线圈之后，该灯将()A变亮B变暗C亮度不变 D无法判断解析：选B在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势，总是反抗电流变化的，正是这种反抗变化的特性，使线圈产生了感抗。加入铁芯改变了线圈的自感系数，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，B正确。3交流电源的电压与直流电源电压的有效值相同，自感线圈的直流电阻不计，则灯泡发光最亮的是图中的()解析：选D电容C、电感L都对交流电有阻碍作用，故A、B两图中灯不是最亮的；C图中灯被短路，不亮；D图中电容C有隔直流作用，D正确。4交变电流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，通过线圈的电流为I，则()AIIBIICII D无法比较解析：选B长直导线的自感系数很小，其对交变电流的阻碍作用可以看做是纯电阻，流经它的交变电流只受到导线电阻的阻碍作用；当导线绕成线圈后，电阻值未变，但自感系数增大，对交变电流的阻碍作用不但有电阻，而且有线圈的阻碍作用(感抗)，阻碍作用增大，电流减小，B正确。5.如图所示是电