高中物理 第5章 交变电流 3 电感和电容对交变电流的影响课件 新人教版选修32.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 2 交变电流 第五章 第三节电感和电容对交变电流的影响 第五章 在现代无线电仪器中 电容器 电感器都有广泛的应用 如下图是半导体收音机电路板上的电子元件 其中电容器 电感器十分醒目 在交流电路中 它们对交变电流的作用是怎样的呢 1 感抗实验 1 实验电路 电感对交变电流的阻碍作用 2 实验现象 取直流电源的电压与交流电源电压的有效值相等 接通 电源时 灯泡亮些 接通 电源时 灯泡暗些 3 实验结论 电感线圈对 电流有阻碍作用 2 感抗 1 物理意义 表示电感对 阻碍作用的大小 2 影响感抗大小的因素 线圈的 越大 交流的 越高 感抗越大 直流 交流 交变 交变电流 自感系数 频率 3 感抗的应用 较小 较小 直流 交流 低频 高频 电容器对交变电流的阻碍作用 1 交变电流能够通过电容器 1 实验电路 如图 2 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 灯泡亮 3 实验结论 电流能够通过电容器 不能通过电容器 直流 交流 直流 交变 2 电容器对交变电流的作用 1 容抗 表示电容对 阻碍作用的大小 2 影响容抗大小的因素 电容器的电容 交变电流的频率 容抗越小 3 应用 电容器具有 隔 通 的作用 交变电流 越大 越高 直流 交流 一 电感对交变电流的阻碍作用的成因分析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 电感对交变电流阻碍作用的大小就称为感抗 2 感抗的两个决定因素决定感抗大小的因素有两个 一是交变电流的频率 二是自感系数l l决定于线圈本身的性质 即线圈匝数 横截面积 有无铁芯等因素 3 电感线圈在电路中的作用 1 通直流 阻交流 这是对两种不同类型的电流而言的 因为恒定电流不变化 不能引起自感现象 所以对恒定电流没有阻碍作用 交变电流时刻改变 必有自感电动势产生以阻碍电流的变化 所以对交流有阻碍作用 2 通低频 阻高频 这是对不同频率的交变电流而言的因为交变电流的频率越高 电流变化越快 感抗也就越大 对电流的阻碍作用越大 3 扼流圈 利用电感阻碍交变电流的作用制成的电感线圈 低频扼流圈 线圈绕在铁芯上 匝数多 自感系数大 铜线绕制电阻较小 具有 通直流 阻交流 的作用 高频扼流圈 线圈有的绕在铁氧体芯上 有的是空心的 匝数少 自感系数小具有 通直流 通低频 阻高频 的作用 a 变亮b 变暗c 对灯没影响d 无法判断答案 b解析 在线圈内由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 电惰性 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 故答案为b 二 电容对交变电流的阻碍作用的成因分析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 电容器对交变电流有阻碍作用的原因我们知道 恒定电流不能通过电容器 原因是电容器的两个极板被绝缘介质隔开了 当接到交流电源上时 电源使导线中的自由电荷向某一方向定向移动 对电容器进行 充 放电 电容器两极板在此过程中由于电荷积累 或减少 而产生电动势 因而反抗电荷继续运动 就形成了电容器对交变电流的阻碍作用 3 决定容抗的两个因素交流电的频率和电容器的电容 4 电容器在电路中的作用 1 通交流 隔直流 用来 通交流 隔直流 的电容器叫耦合电容器 其电容一般较大 常串接在两级电路之间 以使电流中的交流成分通过 如图所示 2 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 若在下一级电路的输入端并联一个电容器 就可只把低频成分的交流信号输送到下一级装置 具有这种 通高频 阻低频 用途的电容器叫高频旁路电容器 如图所示 a 电容器电容增加b 电容器电容减小c 电灯变暗d 电灯变亮答案 ad解析 将介质板插入电容器中 平行板电容器的电容增大 容抗减小 对交变电流的阻碍作用减小 所以灯泡将变亮 故a d正确 三 电阻 感抗 容抗的比较 特别提醒 电感 电容接到交流电源上时 电能与磁场能或电能与电场能往复转化 所以电感 电容上不会消耗电能 而电流通过电阻时 必然会产生焦耳热 从而造成电能的损耗 a 三个灯亮度相同b 甲灯最亮 丙灯不亮c 甲灯和乙灯亮度相同 丙灯不亮d 只有丙灯不亮 乙灯最亮 答案 d解析 开关s接a时 甲 乙 丙三条支路均有交流电通过 开关s接b时 电路处于直流工作状态 电容器c 隔直流 通交流 电感线圈l 阻交流 通直流 电阻r对交流和直流有相同的阻碍作用 可判断此时电路中i丙 0 i甲不变 i乙增大 又因为灯泡亮度与电功率 p i2r 成正比 所以只有丙灯不亮 乙灯最亮 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 电感对交变电流的阻碍作用 当电源频率由原来的50hz增为100hz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 选项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 因电源电压有效值保持不变 故ul u ur ul增大 选项b正确 答案 bc 点评 电感在交流电路中有类似于直流电路中的 电阻 的作用 这种阻碍作用不是保持不变的 它的大小与交流电的频率有关 频率变化 阻碍作用相应变化 做题时应注意 直流电路中的有关公式 规律在交流电路中同样适用 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的既有直流成分又有交流成分d 通过l的直流成分比通过r的直流成分必定要大答案 cd 解析 由于线圈直流电阻不为零 所以有直流通过r 而线圈对交流有阻碍作用 因此也有交流成分通过r b错 c正确 由于r对交流也有阻碍作用 所以也有交流成分通过l a错 因为导线的直流电阻很小 所以通过线圈的直流要比通过r的大 d正确 电容对交变电流的阻碍作用 图甲中r得到的是交流成分 图甲中r得到的是直流成分 图乙中r得到的是低频成分 图乙中r得到的是高频成分a b c d 解析 甲图中输入的是直流和低频交流电 直流电不能通过电容器 r上得到的是交流成分 乙图中输入的是低 高频交流电 电容器一定时 对高频交流电阻碍作用小 因此高频交流电更容易通过电容器 r上得到的是低频成分 所以选项b正确 答案 b a 等于220vb 大于220vc 小于220vd 等于零答案 c解析 虽然交变电流能通过电容器 但对交流有阻碍作用 电容器的容抗与电阻串联 根据串联分压原理可知电阻两端电压应小于电源电压 而电压表测的是电阻两端的电压 故选项c正确 开放 探究 解析 由图可知 在 日 字形的软铁芯上 绕了数百匝线圈 每隔数十匝就将抽头接到2至5各端钮上 线圈与电风扇电动机串联 由于感抗它将分掉电源加在电风扇上的部分电压 使电风扇转速降低 图中端钮0是断路 端钮1不经线圈直接通电 风扇的转速最高 端钮5经过的线圈匝数最多 故转速最低 解析 使用交变电流的电器设备和电子仪器 与电源相连的机芯和金属外壳可以看做电容器的两个极板 电源中的交变电流能够 通过 这个 电容器 将 漏电 导入大地 为了确保安全 电器设备和电子仪器的金属外壳都应该接地 易错点 对电感器和电容器的导电特性不明确a 电阻对直流电和交流电的阻碍作用相同b 电感对直流电和交流电均有阻碍作用c 电容器两极板间是绝缘的 故电容支路上没有电流通过d 交变电流的频率增加时 电阻 电感