新高中物理 第二章 4 电感器对交变电流的作用 电容器对交变电流的作用课件 粤教版选修32.ppt

第二章 交变电流 目标定位 1 通过演示实验了解电感器和电容器对交变电流的阻碍和导通作用 2 知道感抗和容抗的物理意义以及与哪些因素有关 3 能够分析简单电路中的电容器 电感器的作用 学案4电感器对交变电流的作用电容器对交变电流的作用 知识探究 自我检测 一 电感器对交变电流的作用 问题设计 知识探究 如图1所示 把带铁芯的线圈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 图1 1 对比两种情况下灯泡的亮度有什么不同 说明了什么 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 要点提炼 1 感抗 对交变电流的阻碍作用的大小 2 影响感抗的因素 线圈的自感系数 交流电的频率越 感抗越大 3 注意 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 电感器 越大 变化 高 4 扼流圈是利用 对交变电流的阻碍作用制成的电感线圈 1 高频扼流圈高频扼流圈的自感系数很小 只对高频交变电流有较大的阻碍作用 对低频交变电流的阻碍作用较小 对直流的阻碍作用更小 它具有 通 流 通 频 阻 频 的作用 2 低频扼流圈低频扼流圈的自感系数很大 既使交流电的频率较低 它产生的感抗也很大 它具有 通 流 阻 流 的作用 电感器 直 低 高 直 交 二 电容器对交变电流的作用 问题设计 如图2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 图2 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 答案电容变大时 灯泡变亮 电源频率增大时 灯泡变亮 要点提炼 1 容抗 对交变电流的阻碍作用的大小 2 影响容抗的因素 电容器的电容越 交流电的频率越 容抗越小 3 注意 电容器能通交变电流 并不是电荷真的穿过了电容器 4 隔直电容器在电路中的作用 通 流 隔 流 高频旁路电容器在电路中的作用 通 频 阻 频 电容器 大 高 交 直 高 低 三 电阻 感抗 容抗的作用及区别 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r无论对直流还是交流 阻碍作用相同 只取决于电阻本身 小 大 典例精析 一 对感抗的理解 例1如图3所示实验电路中 若直流电压和交变电压的有效值相等 s为双刀双掷开关 下面叙述正确的是 图3 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 把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮d s掷向c d 电源电压不变 而使频率减小时 灯变暗 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 并且是有铁芯时感抗更大 故铁芯抽出时灯变亮 答案ac 二 对容抗的理解 例2如图4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 灯泡变暗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3 图4 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错误 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 答案cd 三 电阻 感抗 容抗的对比 例3如图5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的交流电路上 三只灯泡亮度恰好相同 若保持交变电压不变 将交变电流的频率增大到60hz 则发生的现象是 a 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 图5 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 答案d 四 电感器 电容器在电路中的应用 例4在收音机线路中 经天线接收下来的电信号既有高频成分 又有低频成分 经放大后送到下一级 需要把低频成分和高频成分分开 只让低频成分输送到再下一级 可以采用如图6所示电路 其中a b应选择的元件是 图6 a a是电容较大的电容器 b是低频扼流圈b a是电容较大的电容器 b是高频扼流圈c a是电容较小的电容器 b是低频扼流圈d a是电容较小的电容器 b是高频扼流圈解析电容器具有通高频 阻低频的作用 这样的电容器电容应较小 所以a处放电容较小的电容器 电感线圈在该电路中要求起到通低频 阻高频的作用 b处接一个高频扼流圈 d对 答案d 课堂要点小结 1 对感抗的理解 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 100 t 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 1 2 3 自我检测 图7 1 2 3 解析由u 220sin 100 t v 可得电源原来的频率f hz 50hz 当电源频率由原来的50hz增为100hz时 线圈对交流电的感抗增大 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 1 2 3 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 答案bc 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 a 电容器电容增大b 电容器电容减小c 灯变暗d 灯变亮 1 2 3 图8 1 2 3 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 答案d 3 电阻 感抗 容抗的对比 如图9所示 三个灯泡相同 而且足够耐压 电源内阻忽略 单刀双掷开关s接a时 三个灯亮度相同 那么s接b时 1 2 3 图9 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