高中物理第二章交变电流第4节电感器对交变电流的作用第5节电感器对交变电流的作用学案粤教版选修.docx

第四节电感器对交变电流的作用第五节电容器对交变电流的作用学 习 目 标知 识 脉 络1.通过实验了解电感对交变电流的阻碍作用，知道感抗与哪些因素有关(重点)2通过实验了解电容对交变电流的阻碍作用，能够理解交变电流能“通过”电容器，并知道容抗与哪些因素有关(重点)3了解电感器“通直流、阻交流 ”和“通低频、阻高频”的特点及其具体应用，能从能量的角度分析各元件的性能，并将其作为电路设计的选择基础(难点)4了解电容器“隔直流、通交流”和“阻低频、通高频”的特点及其具体应用(难点)电 感 器 对 交 变 电 流 的 阻 碍作 用1实验电路图2感抗(1)物理意义：表示电感器对交变电流的阻碍作用的大小(2)影响感抗大小的因素：线圈的自感系数越大，交流的频率越高，感抗越大3感抗的应用类型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1电感对交变电流阻碍作用越大，感抗就越小()2交流电的频率越高，电感对交流的阻碍作用越大()3电感线圈之所以对交变电流有阻碍作用，是由于自感电动势总是阻碍电流的变化()为什么电感线圈对交变电流的阻碍作用随线圈的自感系数、交变电流的频率的增大而增大？【提示】电感线圈的阻碍作用是由交变电流通过线圈时产生的自感电动势引起的，自感系数越大时产生的自感电动势也越大；交变电流的频率越高，电流的变化率也越大，自感电动势也就越大，所以阻碍作用就越大，感抗也就越大如图241所示，闭合开关后灯泡发光，交流电源的频率可以改变，但输出电压的有效值不变探讨1：当交流电源的频率增大时，小灯泡的亮度会如何变化？图241【提示】电源的频率增大时，电感线圈的感抗增大，小灯泡变暗些探讨2：当交流电源的频率减小时，小灯泡的亮度会如何变化？【提示】电源的频率减小时，电感线圈的感抗减小，小灯泡变亮些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变化的，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，XL2fLL，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4线圈(扼流圈)的分类根据不同线圈对交流电的阻碍作用不同分类：(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会产生很大的阻碍作用，而对直流的阻碍作用则较小，故低频扼流圈的作用为“通直流、阻交流”(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或空心特点：匝数少，自感系数L小它只对频率很高的交流产生很大的阻碍作用，而对低频交流的阻碍作用较小，故高频扼流圈的作用为“通直流、通低频，阻高频”1(多选)关于电子技术中的扼流圈，下列说法正确的是()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】扼流圈是利用变化的电流通过线圈时，感应出自感电动势，从而来阻碍电流的变化，故A正确；高频扼流圈是“通低频，阻高频”，故B正确；低频扼流圈是“阻高频，阻低频，通直流”，故C正确；高频扼流圈比低频扼流圈自感系数小，故D错误【答案】ABC2如图242所示电路由交变电流供电，如果交变电流的频率升高，则() 【导学号：97192078】图242A线圈的自感系数增大B线圈的感抗减小C电路中的电流增大D电路中的电流减小【解析】线圈的自感系数是线圈自身的属性，选项A错误；交变电流的频率升高，感抗增大，线圈对电流的阻碍作用增大，电路中的电流减小，故选项B、C错误，D正确【答案】D含电感器交流电路的动态分析方法1分析电路中各元件的串、并联关系2明确交流电源频率的变化情况3根据电感器中线圈匝数、形状、横截面积、长短和是否插入铁芯，判断自感系数的情况4判断感抗的变化情况5确定含电感器支路电流、电压的变化情况电 容 器 对 交 变 电 流 的 阻 碍 作 用1实验电路(如图243所示)图2432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，直流电流不能通过电容器4容抗：表示电容器对交变电流阻碍作用的大小5影响容抗的因素：电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗越小6应用：电容器具有“隔直流，通交流”的作用1电容器在交变电路中，相当于一个电阻，具有分压作用()2电容器接到交流电源时，有自由电荷通过电容器()3电容器是“通直流、阻交流，通高频、阻低频”()使用220 V交流电源的电气设备和电子仪器，金属外壳和电源之间都有良好的绝缘，但是有时用手触摸外壳时会有“麻手”的感觉，用测电笔测试时氖管也会发光，这是为什么呢？采取什么措施可解决这一问题？【提示】与电源连接的机芯和金属外壳构成一个电容器，交变电流能够通过这个电容器，也就是说机芯、外壳间始终在进行着充放电，所以能感觉到“漏电”解决方案就是金属外壳接地，其实现在生产的电气设备都增加了接地线如图244所示，将一电容器接入电路中，当接入恒定电压的电源时，灯泡不亮；当接入交流电源时，灯泡发光探讨1：交变电流是如何“通过”电容器的？【提示】所谓交变电流能“通过”电容器，其实是电容器不断充电和放电的一个交替过程探讨2：当交流电源的电压有效值不变，其频率变化时，灯泡的亮度如何变化？【提示】当交流电源的频率升高时，灯泡变亮；当交流电源的频率降低时，灯泡变暗1交变电流是怎样通过电容器的电容器两极板之间是相互绝缘的，不论是恒定电流还是交变电流，自由电荷都不能通过两极板之间的绝缘体(电介质)，通常所说的交变电流“通过”电容器，并不是自由电荷穿过了电容器，而是在交流电压作用下，当电压升高时电容器充电，电容器极板上的电荷量增加，形成充电电流，如图245甲所示；当电压降低时，电容器放电，电容器极板上的电荷量减少，形成放电电流，如图乙所示由于电容器反复不断的充电、放电，使电路中有持续的交变电流甲乙图2452对容抗及“阻碍”作用的理解(1)对容抗的理解：容抗是表示电容器对交变电流阻碍作用大小的物理量容抗的大小与自身的电容量、交变电流的频率有关，可用XC来表示，单位是欧姆此公式虽然不要求掌握，但可以用来定性地分析问题，当交变电流的频率增加时，容抗减小(2)电容器对交变电流的阻碍作用：对导线中形成电流的自由电荷来说，当电源的电压推动它们向某一方向做定向移动的时候，电容器两极板上积累的电荷却反抗它们向这个方向做定向移动，这就产生了对交变电流的阻碍作用(3)“阻碍”作用可概括为：“隔直流、通交流”，“通高频、阻低频”3电容器的作用(1)隔直电容器，如图246所示作用是“通交流、隔直流”，因为直流不能通过电容器，交流能“通过”电容器起这样作用的电容器电容要大些图246(2)高频旁路电容器，如图247所示，作用是“通高频、阻低频”，因为对不同频率的交流电，频率越高，容抗越小，频率越低，容抗越大，即电容对低频交变电流阻碍作用大，对高频交变电流阻碍作用小，起这样作用的电容器电容要小些图2474电阻、感抗、容抗的区别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的特点对直流、交流均有阻碍作用对交流有阻碍作用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的频率f决定由电容的大小和交流的频率f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3(多选)如图248所示，接在交流电源上的电灯泡正常发光，以下说法正确的是()图248A把电介质插入电容器，灯泡变亮B增大电容器两板间的距离，灯泡变亮C减小电容器两板间的正对面积，灯泡变暗D使交变电流频率减小，灯泡变暗【解析】电容器的电容与介电常数成正比，与正对面积成正比，与两板间距离成反比而容抗与电容成反比，与频率成反比把介质插入电容器，电容变大，容抗减小，灯泡变亮，A正确；电容器两板间距离增大，电容减小，容抗增大，灯泡变暗，B错；减小电容器两极正对面积，电容减小，容抗增大，灯泡变暗，C正确；交流电的频率减小，容抗增大，灯泡变暗，D正确【答案】ACD4(多选)如图249所示的电路，一灯泡和一可变电容器串联，下列说法正确的是() 【导学号：97192079】图249Aa、b端接恒稳直流电，灯泡发亮Ba、b端接交变电流，灯泡发亮Ca、b端接交变电流，灯泡发亮，且将电容器电容增大时，灯泡亮度增大Da、b端接交变电流，灯泡发亮，在不改变交变电流有效值的情况下增大其频率，灯泡亮度增大【解析】电容器有“通交流、隔直流、通高频、阻低频”的特点，A错，B对；容抗大小与电容器电容成反比，电容越大，容抗越小，灯泡越亮，C对；容抗大小与交流电的频率成反比，频率越大，容抗越小，灯泡越亮，D对【答案】BCD5在如图2410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