高中物理第2章交变电流与发电机2.3探究电阻电感和电容的作用讲义沪科版选修

2.3探究电阻、电感和电容的作用第2章

交变电流与发电机[目标定位]1.知道电阻器对交流电的阻碍作用与对直流电的阻碍作用相同.2.能理解电感器、电容器对交变电流形成阻碍作用的原因.3.知道用感抗、容抗来表示电感器、电容器对交变电流阻碍作用的大小.4.能够分析简单电路中的电容器、电感器的作用.内容索引知识探究新知探究点点落实达标检测当堂检测巩固反馈知识探究阅读教材相关内容，结合图1回答下列问题(A、B是规格相同的灯泡)：(1)当开关S扳向交流电源时，两只灯泡的亮度是否相同？这说明什么问题？一、电阻器对交变电流的作用图1答案B比A更亮些，这说明电阻器对交流电有阻碍作用.答案(2)把开关S扳向直流电源和交流电源，比较这两种情况下灯泡A的亮度有没有变化，这又说明什么问题？答案开关S扳向直流电源和交流电源，两种情况下灯泡A的亮度相同，这说明电阻器对交流的阻碍作用跟对直流的阻碍作用相同.答案[要点总结]1.电阻器对交变电流和直流电的阻碍作用是

的.2.在交流电路中，电阻定律和欧姆定律都

.相同成立如图2所示，把带铁心的线圈L与小灯泡串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上，取直流电源的电压与交流电压的有效值相等.二、电感器对交变电流的作用答案(1)对比两种情况下灯泡的亮度有什么不同？说明了什么？图2答案甲图中灯泡比乙图中灯泡更亮，说明电感器对交变电流有阻碍作用.(2)乙图中换用自感系数更大的线圈或调换频率更高的交流电源，灯泡的亮度有何变化？说明了什么？答案答案不论是换用自感系数更大的线圈还是调换频率更高的交流电源，灯泡均变得更暗，说明线圈的自感系数越大，交流电的频率越高，线圈对交流电的阻碍作用越大.[要点总结]1.感抗：

对交变电流的阻碍作用的大小.2.电感器的感抗是由

的电流在线圈中产生的感应电动势引起的，与制成线圈导体的电阻无关.3.电感器对交变电流的阻碍作用的大小用感抗XL表示，XL＝

.所以感抗的两个决定因素：(1)电感器的

；(2)交变电流的

.4.电感器在电路中的作用(1)通

流，阻

流；(2)通

频，阻

频.电感器变化2πfL电感量(自感系数)频率直交低高例1

(多选)如图3所示实验电路中，若直流电压和交流电压的有效值相等，S为双刀双掷开关，下面叙述正确的是A.当S掷向a、b时灯较亮，掷向c、d时灯较暗B.当S掷向a、b时灯较暗，掷向c、d时灯较亮C.S掷向c、d，把电感线圈中的铁心抽出时灯变亮D.S掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗典型例题答案√解析图3√解析线圈对恒定电流无感抗，对交变电流有感抗，当交流电频率减小时，感抗变小，灯变亮，并且是有铁心时感抗更大，故铁心抽出时灯变亮.如图4甲、乙所示，把灯泡和电容器串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上，观察灯泡的发光情况.三、电容器对交变电流的作用答案图4(1)分析电容器能通交流的原因.答案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，电荷从极板上流出，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“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)若把图乙中的电容器去掉，变成图丙所示电路，会发生什么现象？说明了什么？答案答案灯泡变得比乙中亮，说明电容器对交变电流有阻碍作用.(3)在图乙中，改变电容器的电容和电源频率，灯泡亮度会有什么变化？答案答案电容变大时，灯泡变亮；频率增大时，灯泡变亮.[要点总结]1.容抗：

对交变电流的阻碍作用的大小.2.电容器对交变电流的阻碍作用：电源电压推动自由电荷定向移动时，电容器极板上积累的电荷会阻碍自由电荷向此方向做定向运动，这就产生了电容器对交变电流的阻碍作用.3.电容器对交变电流的阻碍作用的大小用容抗XC表示，XC＝_____，所以决定容抗的两个因素：(1)电容器的

；(2)交变电流的

.4.电容器能通交变电流，并不是电荷真的穿过了电容器.5.电容器在电路中的作用：通

流，隔

流，通

频，阻

频.电容器电容量频率交直高低例2

(多选)如图5所示，接在交流电源上的灯泡正常发光，以下说法正确的是A.把电介质插入电容器，灯泡变亮B.增大电容器两极板间的距离，灯泡变亮C.减小电容器两极板间的正对面积，灯泡变暗D.使交变电流频率减小，灯泡变暗典型例题答案√解析图5√√解析把电介质插入电容器，电容变大，容抗变小，电容器对交变电流阻碍作用变小，所以灯泡变亮，故A正确；增大电容器两极板间的距离，电容变小，电容器对交变电流阻碍作用变大，所以灯泡变暗，故B错误；减小电容器两极板间的正对面积，电容变小，灯泡变暗，故C正确；使交变电流频率减小，电容器对交变电流阻碍作用变大，灯泡变暗，故D正确.1.容抗的大小除了与电容自身的性质有关，还与交变电流的频率有关.频率越高，容抗越

.(填“大”或“小”)2.感抗的大小除了与电感线圈自身的性质有关外，还与交变电流的频率有关，频率越高，感抗越

.(填“大”或“小”)3.电阻无论对直流还是交流，阻碍作用相同，只取决于电阻本身.四、电阻、感抗、容抗的对比小大例3如图6所示，电路中完全相同的三只灯泡L1、L2、L3分别与电阻R、电感L、电容C串联，然后再并联到220V、50Hz的交流电源上，三只灯泡亮度恰好相同.若保持交流电压不变，将交变电流的频率增大到60Hz，则发生的现象是典型例题答案解析图6A.三灯亮度不变 B.三灯均变亮C.L1不变、L2变亮、L3变暗 D.L1不变、L2变暗、L3变亮√解析当交变电流的频率变大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，因此L3变亮，L2变暗.又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用，故L1亮度不变，所以选D.达标检测1.(对感抗的理解)(多选)在如图7所示的电路中，L为电感线圈，R为灯泡的电阻值，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u＝220sin(100πt)V.若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100Hz，下列说法正确的是A.电流表示数增大

B.电压表示数增大C.灯泡变暗

D.灯泡变亮答案解析123图7√√123灯泡的电阻值R是一定的，电流减小时，实际消耗的电功率(P＝I2R)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U＝UL＋UR，因UR＝IR，故电流I减小时，UR减小.因电源电压的有效值保持不变，故UL＝U－UR增大，选项B正确.2.(对容抗的理解)如图8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大时解析123A.电容器电容增大 B.电容器电容减小C.灯变暗 D.灯变亮答案√图8123解析电容器的电容是由电容器本身的特性决定的，与外加的交流电源的频率无关，选项A、B错误.当交流电源的频率增大时，电容器充、放电的速度加快，电容器的容抗减小，电流增大，灯变亮.3.(对感抗的理解)(多选)如图9所示，输入端ab的输入电压既有直流成分，又有交流成分，以下说法中正确的是(L的直流电阻不为零)答案123图9解析A.直流成分只能从L通过B.交流成分只能从R通过C.通过R的既