高中物理 2.4+5 电容器在交流电路中的应用 电感器在交流电路中的应用同步备课课件 教科版选修32.ppt

教师用书独具演示 课标要求1 了解电容器和电感器对交变电流的阻碍作用及其产生原因 2 知道感抗和容抗及其与哪些因素有关 3 了解电容器和电感器通交流电的特性 4电容器在交流电路中的作用 5电感器在交流电路中的作用 课标解读1 通过实验探究 了解电容器对交变电流的阻碍与导通作用 2 知道容抗的物理意义及影响因素 3 通过实验理解电感器对交流电的阻碍作用 4 知道感抗的物理意义及其影响因素 教学地位本节知识在高考中出现的频度不高 一般以选择题的形式出现 难度中等偏下 新课导入建议在直流电路中 当电压恒定时 因为电容器是两块彼此绝缘的导体组成 所以是不导电的 线圈除本身的电阻以外也没有其他的阻碍作用 但在交变电流的电路中 由于电容器的不断的充放电 所以交变电流可以 通过 电容器 又由于线圈的自感现象 而对交变电流产生阻碍作用 那么电容器和线圈对交变电流的导通和阻碍作用 与交变电流的哪些因素有关 电容器和电感器在交流电路中有什么作用 这是本节我们探究和学习的主要内容 课前预习安排 1 看教材2 填写 课前自主导学 同学之间可进行讨论 教学流程设计 步骤1 导入新课 本节教学地位分析 步骤2 老师提问 检查预习效果 可多提问几个学生 步骤3 师生互动完成 探究1 互动方式 除例1外可再变换命题角度 补充一个例题以拓展学生思路 步骤4 教师通过例题讲解总结电容器通电的实质和容抗的决定因素 步骤5 让学生完成 迁移应用 检查完成情况并点评 步骤6 师生互动完成 探究2 方式同完成探究1相同 步骤7 完成 探究3 重在讲解规律方法技巧 步骤8 指导学生完成 当堂双基达标 验证学习情况 步骤9 先由学生自己总结本节的主要知识 教师点评 安排学生课下完成 课时作业 演示结束 1 基本知识 1 电容器对交流电的导通作用 实验电路 如图2 4 1 电容器在交流电路中的作用 图2 4 1 实验现象 电路中串有电容器时 接通 电源 灯泡不亮 接通 电源时 灯泡亮 实验结论 能够通过电容器 不能通过电容器 电容器导通交流电的实质电容器接入交变电路时 使电容器反复地 和 使电路中形成交变电流 直流 交流 交变电流 直流电 充电 放电 2 电容器对交流电的阻碍作用 容抗 电容器对交流电的 作用称为容抗 容抗大小的影响因素 阻碍 越小 越低 电容的作用 交流 直流 通 阻 通 阻 高频 低频 3 电容器在电子技术中的应用 隔直电容 利用了电容器 的性质 只让交流信号通过而直流成分不能通过 如图2 4 2甲所示 旁路电容 利用了电容器对 电流阻碍小而对 电流阻碍作用大的特性 低频信号不能通过而高频干扰信号可以通过 如图2 4 2乙所示 通交流 隔直流 高频 低频 甲乙 图2 4 2 2 思考判断 1 对于同一个电容器 容抗可以发生变化 2 在有电容器的交流电路中 没有电荷通过电容器 3 电容器的电容越大 容抗越大 3 探究交流电阻 容抗对电流的阻碍作用相同吗 提示 不同 电阻对直流电和交流电的阻碍作用相同 与交流电的频率无关 而容抗对交流电的阻碍作用与交流电的频率有关 频率越高 阻碍作用越小 1 基本知识 1 电感器对交流电的阻碍作用 感抗 表示电感器对交流电 的大小 感抗的形成原因交流电通过线圈时 由于 作用产生了 自感电动势要阻碍电流的 这样就形成了对电流的阻碍作用 电感器在交流电路中的作用 阻碍作用 自感 自感电动势 变化 影响感抗大小的因素线圈的 即 越大 交流电的 越高 对交流电的阻碍作用 即感抗越大 感抗大小的公式是xl 2 fl 电感 自感系数l 频率 越大 2 电感器在电子技术中的应用 低频扼流圈特点 电感 电阻 感抗 对 交流电产生较大的感抗 作用 可用来 高频扼流圈特点 匝数较 自感系数 感抗 对 交流电产生较大的感抗 作用 较大 较小 较大 低频 通直流 阻交流 少 较小 小 高频 通低频 阻高频 2 思考判断 1 电感器的感抗只由线圈本身决定 2 电感器对直流电的阻碍作用也较大 3 电感器对直流没有阻碍作用 对所有交流电的阻碍作用都一样 3 探究交流电容器 电感器对交流电的阻碍作用的实质是什么 提示 电容器阻碍作用的实质是 由于极板充电带电荷后 会产生阻碍电流的反向电压 形成容抗 电感器阻碍作用的实质是 由于交变电流通过线圈时 线圈中产生了自感电动势 从而阻碍了电流的变化 形成感抗 问题导思 1 交变电流是如何 通过 电容器的 2 为什么电容器对电流 通过 也有阻碍作用 3 电容器的容抗与哪些因素有关 电容器对交变电流的导通和阻碍 作用分析 1 交变电流 通过 电容器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 电容器对电流阻碍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继续聚集 其表现就是电容器在交变电流通过时的阻碍作用 3 影响电容器容抗的因素影响电容器的容抗有两个因素 一是电容器的电容 二是交变电流的频率 电容器的电容越大 电容器容纳电荷的本领就越大 即在容纳相同电荷的情况下 电容大时电压小 电场力对电荷充电时受到的阻碍作用力就小 所以容抗就小 交变电流的频率高时 充电和放电的时间就短 相同电路电容器上聚集的电荷就少 电容器所达到的电压就小 排斥充电和放电的电场力就小 从而阻碍作用就小 容抗就小 1 电容器能通交变电流的原因 是电容器不断的充电和放电形成的 面不是电荷真的穿过了电容器 2 电容器的容抗不仅与电容器的电容有关还与电流有关 相同的电容器 通过的电流的频率越高容抗越小 3 电容器有 通高频 阻低频 通交流 隔直流 的作用 如图2 4 3所示 白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端 当交变电源的频率增加时 a 电容器电容增加b 电容器电容减小c 电灯变暗d 电灯变亮 审题指导 审题时应注意以下问题 1 电容器电容的决定因素 2 电容器对交变电流有什么阻碍作用 图2 4 3 解析 电容器的电容是由电容器本身的特性所决定的 与外加的交变电源的频率无关 选项a和b是错误的 当交变电源的频率增加时 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 答案 d 1 电容器通交变电流的实质是充放电 2 决定容抗大小的因素 电容器电容的大小和电源的频率 交变电流的频率越高 容抗越小 交变电流的频率越低 容抗越大 1 在如图2 4 4所示电路中 u是有效值为220v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220vb 大于220vc 小于220vd 等于零 图2 4 4 解析 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 而电压表测量的电阻两端的电压 故选项c正确 答案 c 问题导思 1 为什么线圈的自感系数与感抗大小有关 2 决定感抗大小的因素有哪些 3 为什么感抗随交变电流的频率和自感系数的增大而变大 对感抗的认识 1 电感对交变电流的阻碍作用的成因通过线圈的电流大小和方向变化 都会引起通过线圈的磁通量发生变化 从而产生感应电动势 这种现象就是自感现象 根据楞次定律 自感电动势所引起的感应电流总是要使它产生的磁场阻碍线圈内原有磁场的变化 所以自感电动势对线圈中电流的变化有阻碍作用 这样就形成了对交变电流的阻碍作用 电感器对交变电流阻碍作用的大小就称为感抗 2 影响感抗大小的因素 3 扼流圈及其作用 1 低频扼流圈 线圈绕在铁芯上 匝数为几千甚至超过一万 自感系数较大 对低频电流感抗也较大 所以有 通直流 阻交流 的作用 2 高频扼流圈 线圈绕在铁氧体芯上 匝数有几百或几十 自感系数较小 只对高频电流有较大的阻碍作用 对低频电流和直流阻碍都很小 所以有 通直流 通低频 阻高频 的作用 2012 眉山高二期末 在如图2 4 5所示的电路中 l为电感线圈 l1为灯泡 电流表内阻为零 电压表内阻无穷大 交流电源的电压u 220sin100 tv 若保持电压的有效值不变 只将电源频率改为60hz 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 灯泡变亮d 灯泡变暗 图2 4 5 审题指导 审题时应注意以下问题 1 感抗与交变电流频率的关系 2 电压表的示数等于线圈两端的电压 答案 bd 1 电感器的感抗 是由于变化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 2 电感器的感抗不仅与线圈本身的自感系数有关 还与电流的频率有关 电流的频率越大感抗就越大 2 2013 成都七中高二检测 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 a i ib i ic i id 无法比较 解析 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 答案 b 在频率为f的交变电流电路中 如图2 4 6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 则下列几种情况不正确的是 综合解题方略 电阻 感抗 容抗的对比 图2 4 6 a 通过r的电流有效值不变b 通过c的电流有效值最大c 通过l的电流有效值最小d 流过r c l的电流有效值都不变 审题指导 解答本题时应注意电流的频率发生变化时 电阻 电感器和电容器的阻碍作用的变化情况 规范解答 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 答案 d 电阻对交变电流的阻碍作用与电流的频率无关 电感和电容对交变电流的阻碍作用都与变化电流的频率有关 频率越高 感抗越大 容抗越小 频率越低 感抗越小 容抗越大 感抗 容抗的变化导致了电流有效值的变化 备课资源 教师用书独具 电风扇的电容法和感抗法调速电风扇的调速功能是电风扇的基本要求之一 也是节能的重要方式之一 电风扇常采用感抗法 电容法来调速 电感器调速法是通过串入不同感抗值 匝数不同 的电感器从而改变电风扇电机绕组的电压来调速 它的特点是各挡速度调节容易 绕线简略 维修便利 缺点是不能随心所欲地调节 电容调速法是通过改变加在副绕组的电压相角关系间接改变主副绕组的电压实现控制电机绕组产生转矩的大小达到调速的目的 其中主绕组是恒压 副绕组是变量 电容调速器成本较低 重量轻 电磁噪声小 但使用寿命短且低转速挡难启动 吊扇及顶扇由于受安装位置限制 因此基本采用电感或电容调速器 另一种新型的电风扇用调感调速电路 由相互串联后串接于风扇电机主回路中的铁芯电感器和调速开关构成 铁芯电感器的线圈绕组由互不相连的若干段绕组构成 调速开关为双向开关 每段线圈绕组的两个出线端分别与一个双向开关器件的正 反向触点连接 各段线圈绕组通过与之相连的双向开关器件相互串接 其可使调感调速电风扇的调速挡数大大提高 也可直接与数字控制电路连接 便于实现调速自动控制 1 电容对交变电流影响的下列说法中 错误的是 a 交变电流能通过电容器b 电容器具有通直流 阻交流的作用c 电容器电容较小 它具有通高频 阻低频的作用d 电容器的电容越大 交变电流的频率越高 电容器对交变电流的阻碍作用就越小 解析 电容器 通交流 隔直流 但对交流电有阻碍作用 电容越大 频率越高 容抗越小 所以选项a c d均正确 b错误 答案 b 2 电感对交变电流的影响的以下说法中 正确的是 a 电感对交变电流有阻碍作用b 电感对交变电流阻碍作用的大小叫感抗c 电感对某一频率的交变电流的阻碍作用跟线圈的自感系数有关d 线圈的自感系数越大 交变电流的频率越高 电感对交变电流的阻碍作用就越大 解析 电感对交流电有影响 其阻碍作用的大小和线圈的自感系数l 交流电的频率f有关 l越大 f越高 阻碍作用越大 故选项a b c d均正确 答案 abcd 3 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2 4 7所示 一铁块插进线圈之后 该灯将 a 变亮b 变暗c 对灯没影响d 无法判断 解析 加入铁芯改变了电感自感系数 自感系数增大 感抗增大 电路中的电流减小 所以灯变暗 b对 答案 b 图2 4 7 4 有两个电容器的电容分别为c1 5 f c2 3 f 分别加在峰值一定的交变电源上 在下列各种情况下 哪一种情况通过电容器的电流最大 a 在c1上所加交变电流的频率为50hzb 在c2上所加交变电流的频率为50hzc 在c1上所加交变电流的频率为100hzd 在c2上所加交变电流的频率为100hz 解析 当交变电源的频率增加时 电容器充放电的速度加快 电