陕西省安康市石泉县高中物理 第2章 交变电流与发电机 2.3 究电阻、电感和电容的作用课件 沪科版选修32.ppt

第二章 交变电流 第3节 探究电阻 电感和电容的作用 3 2 课前思考 如果把下图所示的三种电压加在同一纯电阻r的两端 产生的效果是否相同 若把它们加在同一自感线圈或同一电容器的两端 又会如何呢 1 一 电感器对交变电流的阻碍作用 实验现象 与直流电源相接 灯较亮 与交流电源相接 灯较暗 若在线圈中加入铁芯 灯更暗 若增加交流电的频率 灯也更暗 实验结论 电感对交变电流有阻碍作用 3 影响感抗大小的因素 l越大 f越高 xl越大 即 xl 2 l l 感抗 1 定义 电感线圈对交变电流的阻碍作用 2 物理意义 是描述电感对交变电流的阻碍作用大小的物理量 用字母xl表示 单位是欧 4 原因 感抗是由于通过线圈的电流发生变化产生自感电动势对电流的变化产生阻碍作用 频率越高 电流变化越快 产生的自感电动势越大 阻碍作用越大 感抗也就越大 5 能量的转化 电能和磁场能的往复转化 1 低频扼流圈 2 高频扼流圈 1 构造 线圈绕在闭合的铁芯上 匝数n为几千 几万 自感系数l为几十亨 且线圈的电阻较小 2 作用 通直流 阻交流 1 构造 线圈绕在圆柱形的铁氧体芯上 匝数n为几百或几十 自感系数l为几个毫亨 2 作用 通直流 通低频阻高频 电感在生产科技中的应用 例1如图 交流电电压的有效值和直流电电压相等 当开关接直流电源时 灯泡的实际功率p1 当接交流电时 功率p2 则 a p1 p2b p1 p2c p1i2 分析 对直流电 电能全部转化为热能对交流电 电能转化为灯泡的热能和磁场能 二 交变电流能通过电容器 实验现象 通交流时 灯会亮 但若将电容短接 灯更亮 实验结论 电容对交变电流有阻碍作用 为什么电容有阻直流通交流的作用 1 电容阻直流 是因为电容器的两个极板被绝缘介质隔开了 故只有在通电的瞬间有短暂电流 2 电容通交流 实际上也并没有电荷通过电容器的两个极板间的绝缘介质 但当交流电压升高时 对电容充电 有充电电流 而当交流电压降低时 电容放电 有放电电流 充电 放电 思考与讨论 1 定义 电容器对交变电流的阻碍作用 容抗 2 物理意义 描述电容对交变电流的阻碍作用大小的物理量 用字母xc表示 单位是欧 c越大 f越高 xc越小 4 电容的作用 阻低频 通高频 1 隔直电容 隔直流 通交流 在电子技术中 声音 图像等信号都有要变成交流来处理 微弱的信号电流往往需要经过几级放大 在某级放大之后 要把信号送到下级 但两级的直流工作状态不能相互影响 这时可以在两级之间接入右图所示的电路 图中的电容器称为耦合电容器 这个电容起到了 隔直流 通交流 的作用 5 应用 2 高频旁路电容 通高频 阻低频 在电子技术中 从某一装置输出的交流常常既有高频成分 又有低频成分 如果只需要把低频成分输送到下一级装置 可以在一级电路的输入端并联一个电容器 这样 进入下一级的高频成分就很少了 这中电容器叫做高频旁路电容器 这个电容器起到了 高频旁路 的作用 结论 通交流 隔直流 通高频 阻低频 课堂练习 使用220v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 但是有时候用手触摸外壳仍会感到 麻手 用试电笔测试时 氖管发光 这是为什么 这是因为与电源相连的机芯和金属外壳可以看作电容器的两个极板 电源中的交变电流能够通过这个 电容器 故为了确保安全 电器设备和电子仪器的金属外壳都应接地 三 电感和电容的组合应用 1 如果将电容c与负载并联 然后与电感l串联 能更好的起到滤掉电流中交流成分或高频成分 2 如果将电感l与负载并联 然后与电容c串联 能更好的起到滤掉电流中直流成分或低频成分 四 电阻 感抗和容抗的比较 电阻 感抗 容抗 产生原因 在电路中的特点 决定因素 电能的转化与做功 定向移动的自由电荷与静止的离子间的碰撞 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在这个方向上定向移动的电荷的反抗作用 对直流和交流均有阻碍作用 只对变化的电流 如交流 有阻碍作用 不能通直流只能通变化的电流 由导体本身决定 与温度有关 由自感线圈的自感系数和交流电的频率决定 由电容的大小和交流电的频率决定 电流通过电阻做功 电能转化为内能 电能和磁场能反复转化 电能和电场能反复转化 通直流 阻交流 电容对交变电流的作用 通交流 隔直流 电感对交变电流的作用 低频扼流圈 l大 高频扼流圈 l小 隔直电容 c大 高频旁路电容 c小 通低频 阻高频 通高频 阻低频 5 3电感和电容对交变电流的影响小结 感抗和容抗跟电感和电容本身有关 还跟交流的频率有关 例2 如图所示 当交流电源的电压 有效值 u 220v 频率f 50hz时 三只灯a b c的亮度相同 l无直流电阻 1 将交流电源的频率变为f 100hz 则 2 将电源改为u 220v的直流电源 则 a a灯比原来亮b b灯比原来亮c c灯和原来一样亮d c灯比原来亮 ac bc 直流电只受直流电阻的影响 线圈除受直流电阻的影响还受感抗的阻碍作用 串联分压 练习1 如图所示 线圈l的自感系数和电容器的电容c都很小 如l 100 h c 100pf 此电路的主要作用是 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 输出高频交变电流d 阻高频 通低频 输出低频交变电流和直流电 d 练习2 如图所示 甲 乙是规格相同的灯泡 a b两端加直流电压时 甲灯正常发光 乙灯完全不亮 当a b两端加上有效值和直流电压相等的交流电压时 甲灯发出微弱的光 乙灯能正常发光 下列说法正确的有 bc a 与甲灯串联的元件x是电容器b 与乙灯串联的元件y是电容器c 与甲灯串联的元件x是电感线圈d 与乙灯串联的元件y是电感线圈 x可能是电阻或线圈 y定是电容c x定是线圈 例1 如图所示 l为电感线圈 r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 311sin100 tv 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 bc 例2 如图所示 接在交流电源上的电灯泡正常发光 以下说法正确的是a 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 减少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 acd 例3 如图所示 线圈的自感系数l和电容器的电容c都很小 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 输出高频电流d 阻高频通低频 输出低频和直流 d 例4 如图所示电路中 三只电灯的亮度相同 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 灯泡l1的亮度将变暗 灯泡l2的亮度将变亮 因此其亮度不变 一 电感器对交变电流的阻碍作用1 电感对交变电流的阻碍作用的大小用 来表示 线圈的 越大 交变电流的 越高 阻碍作用就越大 也就越大 感抗 自感系数 频率 感抗 课堂小结 2 扼流圈是电子技术中常用的电子元件 分为两种 一种是线圈绕在铁芯上 它的自感系数较 感抗较大 叫做 扼流圈 它的作用是 另一种是线圈绕在铁氧体芯上或空心 它的自感系数较 感抗较小 叫做 扼流圈 它的作用是 大 低频 通直流 阻交流 小 高频 通低频 阻高频 二 交变电流能够通过电容器通过实验可以看到交变电流能够通过电容器 其实自由电荷并未通过两极板间的绝缘介质 只是在交流电压的作用下 电容器交替进行 和 电路中就有了电流 充电 放电 课堂小结 三 电容器对交变电流的阻碍作用电容对交变电流的阻碍作用的大小用 来表示 电容器的 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 也就越小 电容对交变电流的作用是 容抗 电容 容抗 通交流 隔直流 随堂小结 通高频 阻低频 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 电流表示数增大b 电压表示数增大c 灯